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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.59.2001.tde-16012002-124815
Documento
Autor
Nome completo
Renato Luis Tâme Parreira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2001
Orientador
Banca examinadora
Galembeck, Sergio Emanuel (Presidente)
Morgon, Nelson Henrique
Nigra, Jose Manuel Riveros
Título em português
Interação da formamida com água.
Palavras-chave em português
ligações de hidrogênio
solvatação
Resumo em português
O grupo amida é encontrado em biomoléculas como as proteínas, ácidos nucleícos, bem como em polímeros sintéticos. A molécula mais simples que contém o grupamento amida é a formamida. Um grande número de estudos sobre essa molécula tem sido realizados no vácuo, no estado líquido e em solventes utilizando-se as mais diferentes técnicas experimentais e computacionais, mas ainda restam questões fundamentais sobre a sua estrutura eletrônica e solvatação. O conhecimento preciso da ressonância e das barreiras conformacionais desse composto é de fundamental importância para uma compreensão do comportamento conformacional de biomoléculas e polímeros sintéticos. Uma compreensão detalhada das interações dessa molécula com água é igualmente importante, pois o grupamento amida é um dos principais sítios de hidratação de proteínas. Este trabalho teve o objetivo de se estudar as interações existentes entre a formamida e água, nas formas de mínima energia e nos estados de transição do grupo amida, e as alterações na estrutura eletrônica da formamida. Constatou-se a existência de grandes diferenças entre a estrutura eletrônica da formamida na sua forma mais estável e a dos estados de transição da rotação do grupo amida. Através do método NBO (Natural Bond Orbitals), verificou-se uma diminuição nos efeitos de ressonância nos estados de transição provocada pela diminuição da interação entre o par de elétrons isolados do nitrogênio e o orbital 'pi' antiligante do grupo carbonila (nN→'pi'*CO). A hidratação provocou alterações na estrutura eletrônica da formamida planar e dos estados de transição. As interações intermoleculares entre formamida e água foram intensas, sobretudo nos casos em que o solvente interagiu simultaneamente com os grupos carbonila e amida. Nos estados de transição, a interação entre o par de elétrons isolado do nitrogênio da amida e a molécula de água se torna importante. As energias das ligações de hidrogênio entre a formamida e as moléculas de água são, de um modo geral, estabilizadoras das supermoléculas. Pode-se verificar que há cooperatividade apenas nas energias e não em outras propriedades. Com o auxílio das análises NBO (Natural Bond Orbitals) e NRT (Natural Resonance Theory), verificou-se um aumento da ressonância da formamida planar com a adição sucessiva de moléculas de água. Tal observação pode sugerir que as ligações de hidrogênio entre formamida e água possuem algum caráter covalente. O estudo da solvatação da formamida utilizando o modelo discreto/contínuo demonstrou que as moléculas de água explícitas exercem larga influência na energia livre de solvatação. Constatou-se a preferência pela solvatação no oxigênio do grupo carbonila e a validade do modelo discreto/contínuo.
Título em inglês
Interaction of formamide with water.
Palavras-chave em inglês
hydrogen bonds
solvation
Resumo em inglês
The amide group is found in biomolecules such as proteins, nucleic acids, as well as synthetic polymers. The simplest molecule that contains the amide group is formamide. A large number of studies have been made on vacuum, liquid state and on various solvents, using the most different computational and experimental techniques, but there are many fundamental questions to be answered about its electronic structure and solvation. The precise knowledge about resonance and conformational barriers of this compound is of fundamental importance for the understanding of conformational behavior of biomolecules and synthetic polymers. A detailed understanding about the interactions of this molecule with water is equally important, for the amide group is one of the major sites of solvation in proteins. This work has the objective of studying the interactions of formamide and water, on the minimum energy conformation and the transition conformations of the amide group and the electronic structure of formamide. It has been found the existence of great differences between the electronic structure of formamide on its more stable conformation and the conformational transition states of the amide group rotation. Using the Natural Bond Orbital (NBO) analysis, a decrease of resonance effects on the transitions states was verified, due to the loss of interaction between the electrons of the nitrogen lone pair and the carbonyl 'pi' anti-bonding orbital (nN→'pi'*CO). The solvation of formamide has changed the electronic structure of planar formamide and the conformational transition states. The intermolecular interactions between planar formamide and water are very strong, specially when the solvent molecules interact simultaneously with the carbonyl and amide groups. Regarding the conformational transition states, the interaction between the nitrogen lone pairs of amide and the water molecule is observed. The hydrogen bond energies of formamide and water stabilizes the supermolecules. It can be verified that there is cooperativity only with energies and not in other properties. Using the NBO and the Natural Resonance Theory (NRT) methods, an increase of resonance for the planar form with the successive addition of water molecules has been verified. This observation suggests that the hydrogen bonds between formamide and water have some covalent character. The solvation study of formamide using the discrete/continuous model shows that the explicit waters influence the free energy of solvation. A preference for the solvation of carbonyl oxygen and the validity of the discret/continuous model has been verified.
 
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Dissertacao.pdf (1.35 Mbytes)
Data de Publicação
2002-01-24
 
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  • PARREIRA, Renato L. T., et al. Hydrogen bond and the resonance effect on the formamide-water complexes [doi:10.1002/qua.23124]. International Journal of Quantum Chemistry [online], 2011, p. n/a.
  • PARREIRA, Renato L.T., VALDéS, Haydee, and GALEMBECK, Sérgio E.. Computational study of formamide–water complexes using the SAPT and AIM methods [doi:10.1016/j.chemphys.2006.09.041]. Chemical Physics [online], 2006, vol. 331, n. 1, p. 96-110.
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