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Tipo do documento: Dissertação
Título: Estudo quântico dos fatores cinéticos e termodinâmicos no controle seletivo da Síntese Homoquiral da Alanina
Título(s) alternativo(s): Quantum study of kinetic and thermodynamic factors in the selective control of Alanine Homochiral Synthesis
Autor: Silva, Matheus Augusto Raimundo Nogueira da 
Primeiro orientador: Silva, Valter Henrique Carvalho
Primeiro coorientador: Dantas, Nayara Coutinho
Primeiro membro da banca: Silva, Valter Henrique Carvalho
Segundo membro da banca: Dantas, Nayara Coutinho
Terceiro membro da banca: Napolitano, Hamilton Barbosa
Resumo: A homoquiralidade biológica desperta interesse desde sua descoberta há mais de um século, seja por sua singularidade no campo teórico ou suas consequentes aplicações tecnológicas. Com o objetivo de contribuir para uma compreensão mais profunda da homoquiralidade, este trabalho investigou rotas para uma possível síntese homoquiral da Alanina, o aminoácido quiral mais simples encontrado na natureza, como modelo de estudo teórico-computacional. Duas estruturas reacionais principais foram elegidas com base em achados experimentais e teóricos e estudadas com métodos estacionários e dinâmicos da mecânica quântica. Na primeira estrutura, E-etanimina e Z-etanimina, foram estudadas reagindo com monóxido de carbono e avaliando-se a formação dos estereocentros R e S para intermediários da síntese do aminoácido. Na segunda estrutura reacional, as etaniminas foram postas a reagir com dióxido de carbono, também se analisando a formação dos estereocentros quirais. Cada uma dessas duas estruturas gerou um total de 4 reações, a combinação de duas iminas possíveis com dois estereocentros possíveis. Calculou-se então as estruturas moleculares e as energias dos estados estacionários (reagentes, produtos, complexos de Van der Waals e estados de transição) dessas reações, bem como os parâmetros cinéticos e termodinâmicos. Constatou-se que os parâmetros cinéticos e termodinâmicos evidenciam o favorecimento das reações com o isômero Z das iminas, bem como das reações envolvendo CO. Porém, não houve identificação de canais preferenciais para a formação dos centros quirais R ou S. Foram feitas então simulações de metadinâmica molecular com o objetivo de avaliar o controle enantiomérico. Na etapa estatística do ensaio, em que se realizaram 80 simulações, constatou-se que os intermediários propostos no estudo estacionário têm duração muito curta, convertendo-se em outros intermediários que também são potencias precursores da alanina, porém aquirais, e que estes após alguns passos de simulação se degradam em substâncias mais simples e em geral pouco reativas, sem que houvesse retenção da configuração do estereocentro em nenhum dos casos. Este estudo, portanto, relata possíveis rotas de síntese de estruturas precursoras da Alanina, porém, não conseguiu levantar evidências do favorecimento da formação de algum dos estereoisômeros do aminoácido.
Abstract: Biological homochirality arouses interest since its discovery more than a century ago, either for its singularity in theoretical field and for its technological applications. Aiming to contribute to a deeper comprehension of homochirality, this work investigated pathways to a potential homochiral synthesis of Alanine, the simplest chiral amino acid found in nature, as theoretical-computational model of study. Two main reactional structures were selected based in experimental and theoretical findings, and then were studied using stationary and dynamic quantum mechanics methods. In the first reactional structure, E-ethanimine e Z- ethanimine, reacted with carbon monoxide forming R and S stereocenters of an Alanine precursor. In the second one, the ethanimines reacted with carbon dioxide also being analyzed the chiral stereocenters formed. Each one of these structures generated four reactions in total, a combination of two possible imines with two possible stereocenters. Then were proceeded the calculations of molecular structures and energies of the stationary states (reactants, products, Van der Waals complexes and transition states) for all the reactions, as well the kinetic and thermodynamic parameters. The kinetic and thermodynamic parameters pointed that the reactions with Z-ethanimine were favored, as well the reactions involving CO. Although, there were not found any preferential channels for the formation of any of the chiral centers, R or S. Metadynamic simulations were carried out to evaluate the enantiomeric control of the reactions. In the statistical step of the essay, 80 simulations were proceeded, resulting that the proposed intermediates in the stationary study exist just for some steps, being then converted into other intermediates, also potential precursors of alanine, but achiral. After some more steps of simulation, these also degrade to simpler and less reactive substances, without retaining the chiral configuration in any case. Finally, this study describes possible reactional pathways of Alanine precursors synthesis, although could not obtain any evidence of favoring the formation of one of the Alanine stereoisomers.
Palavras-chave: Alanina
Aminoácido
Homoquiralidade
Isomeria E/Z
Metadinâmica
Alanine
Amino acid
Homochirality
E/Z Isomerism
Metadynamics
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Estadual de Goiás
Sigla da instituição: UEG
Departamento: UEG ::Coordenação de Mestrado Ciências Moleculares
Programa: Programa de Pós-Graduação Stricto sensu em Ciências Moleculares
Citação: SILVA, M. A. R. N. Estudo quântico dos fatores cinéticos e termodinâmicos no controle seletivo da Síntese Homoquiral da Alanina. 2021. 57 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Moleculares) - Câmpus Central - Sede: Anápolis - CET, Universidade Estadual de Goiás, Anápolis-GO.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.ueg.br/handle/tede/898
Data de defesa: 25-Ago-2021
Aparece nas coleções:Mestrado em Ciências Moleculares

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