Effect of fluorine atom substitution on the conformational equilibrium of chalcone

Quimica nova

Braz-Filho, Raimundo¹  Cesarin-Sobrinho, Dari²  Netto-Ferreira, José Carlos² 

[1] Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos;Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica

关键词: chalcone;    conformational equilibrium;    spectral data.  ;     ;    INTRODUÇÃOA rotação em torno das ligações simples carbono-carbono é um processo bem conhecido e largamente estudado em diversas classes de substâncias orgânicas1. Podemos destacar;    em particular;    a rotação livre em torno da ligação simples em sistemas conjugados do tipo X=CR1-CR2=Y;    onde também é amplamente aceita a hipótese de que;    quando possível;    esses sistemas adotam conformações planas permitindo que a estrutura seja estabilizada pelo processo de ressonância. São possíveis para esse sistema duas estruturas planas;    s-cis e s-trans;    e;    em muitos dos casos;    pode ser estabelecido um equilíbrio entre estas duas conformações;    sendo a proporção s-cis/s-trans dependente;    exclusivamente;    de como os grupos substituintes X;    Y;    R1 e R2 interagem entre si e com o ambiente químico. De acordo com a natureza dos substituintes;    podemos classificar as interações quanto aos efeitos estéricos causados por substituintes volumosos2-22;    aos efeitos eletrônicos decorrentes da diferença de eletronegatividade entre os átomos ou grupos substituintes23;    ou a presença de sítios ácido/base de Lewis possibilitando a formação de ligações de hidrogênio e/ou complexos intra-24 e intermoleculares25. Outro fator muito importante para o estabelecimento da estabilidade conformacional é a polaridade do solvente. Uma particularidade das substâncias carbonílicas e análogas;    quando comparadas aos alquenos;    é a dependência da população dos confôrmeros com a polaridade do solvente. Esta subordinação torna-se particularmente pronunciada quanto maior for a diferença entre os momentos dipolares de cada confôrmero individualmente26. Esse trabalho tem como objetivo contribuir para o estabelecimento de uma maior compreensão do comportamento molecular em solventes apolares das chalconas fluoradas 2 ;     ;    4;    com diferentes graus de substituição de átomos de hidrogênio por átomos de flúor em ambos os anéis aromáticos. Visto que a geometria molecular pode desempenhar um papel preponderante no controle de muitos processos reacionais;    especialmente nos processos de fotoisomerização e fotodimerização27;    será feita uma comparação com os análogos cíclicos 5 ;    –;    10;    que apresentam configuração e conformação definidas.  ;    PARTE EXPERIMENTAL Síntese de chalcona (1);    das chalconas fluoradas 2-4 e dos análogos cíclicos 5-10 A chalcona (1);    os derivados pentafluorados 2 e 3;    o decafluorado 4 e os análogos cíclicos 5-10 foram sintetizados por reação de condensação aldólica em meio básico28;    através da seguinte metodologia geral. Em um balão de 50 mL;    imerso em banho de gelo;    colocou-se 10 mL de EtOH/H2O (6:4);    uma solução de KOH de razão molar 1:10 em relação à concentração molar da cetona (0;    24 M) e o aldeído (0;    26 M) sob agitação magnética;    seguindo-se a adição de metade da massa de cetona. Após ser verificado o início da reação;    adicionou-se o restante da cetona. A reação foi mantida sob agitação constante até a obtenção de um precipitado;    o qual foi filtrado;    pulverizado e lavado com H2O destilada até pH neutro;    sendo posteriormente recristalizado sucessivamente em solução de EtOH/H2O. O produto obtido foi seco;    acondicionado em frasco escuro e mantido em refrigerador;    devido à sua foto- e termolabilidade. Os pontos de fusão para 1–;    10;    bem como os dados de espectros de massa (picos correspondentes aos íons moleculares e os decorrentes dos principais processos de fragmentação) utilizados para a confirmação da estrutura do produto obtido nas diversas sínteses;    empregando uma coluna capilar BP1;    de sílica fundida;    de 12 m. Os espectros de RMN uni- [1D: 1H;    13C e as experiências de efeito nuclear Overhauser (1Hx1H-NOE) por subtração de espectros] e bidimensionais [2D: correlações homonuclear de hidrogênio (1Hx1H-COSY) e heteronuclear de carbono e hidrogênio (HETCOSY) através de uma ligação (13Cx1H-COSY-1J CH) foram obtidos em um aparelho Bruker AC-200 (1H: 200MHz;    13C: 50;    3MHZ);    usando-se CDCl3 como solvente e TMS como padrão interno32. Os parâmetros de aquisição dos espectros de RMN 1H foram os seguintes: número de espectros (NS) 128;    largura do pico (PW) 2;    0 ms;    intervalo entre picos (RD) 1;    00 ms;    tamanho (SI) 16.384 e tempo de aquisição (AQ) 1;    425 s. Para a aquisição de espectros de RMN 13C;    os seguintes parâmetros foram utilizados: (NS) 30.000;    (PW) 6;    5 ms;    (RD) 0;    0 ms;    (SI) 16.384 e (AQ) 0;    655 s. Foram também obtidos espectros de RMN 1D: 1H para as chalconas 1-4 em CCl4;    empregando TMS em CDCl3 como referência externa. Os espectros na região do infravermelho (IV) foram obtidos em espectrofotômetro Perkin-Elmer 1420;    utilizando-se CCl4 ou CHCl3 como solvente e cela de NaCl com caminho ótico de 0;    1 cm;    e calibrados com filme de poliestireno através da banda em 1601;    4 cm-1. A integração das bandas de infravermelho foi realizada pelo método da pesagem da área dos sinais a partir de triplicatas em três concentrações diferentes nas proporções 1:2:3. Para o cálculo da concentração das conformações por infravermelho;    considerou-se que na série de compostos 2-4;    derivados fluorados da chalcona (1);    as intensidades específicas iC=O(scis) e iC=O(s-trans) sejam constantes33;    34. O fator de conversão para estimar os coeficientes de absorção relativos para as conformações s-cis/s-trans foi obtido a partir dos dados apresentados na literatura para a chalcona (1)22;    juntamente com os respectivos experimentos de IV em solução de CHCl3 e em CCl4. Os cálculos teóricos foram desenvolvidos através do método da mecânica molecular disponível no programa PC-MODEL (versão 4.0;    1997). Todas as etapas foram realizadas em computador Pentium ;    I 166 Mhz;    sob o sistema operacional Windows 95. A construção das matrizes correspondentes às estruturas estudadas e os cálculos de mecânica molecular foram feitos com o módulo SYBYLL do programa PC Spartan Plus 1.535. Os dados de RMN 1H e 13C podem ser encontrados nas Tabelas 2-4 enquanto que os dados de IV encontram-se na Tabela 5.  ;     ;     ;     ;    RESULTADOS E DISCUSSÃOCom base nos resultados fornecidos por espectros de RMN 1H e RMN 13C (HBBD ;    = Hydrogen Broad Band Decoupled e DEPT = Distortionless Enhancement by Polarization Transfer);    uni- e bidimensionais de correlação homonuclear de hidrogênio (1Hx1H-COSY) e heteronuclear (HETCOSY) de hidrogênio e carbono-13 (13C detectado;    13Cx1H –;    COSY - nJCH;    n=1);    foi possível correlacionar os deslocamentos químicos dos átomos de hidrogênio (dH) e carbono (dC) da chalcona (1) e seus derivados fluorados 2–;    4;    bem como dos análogos cíclicos 5-10 (Tabela 2). A análise comparativa dos espectros de RMN 13C-HBBD e RMN 13C-DEPT foi usada para reconhecer os sinais correspondentes aos carbonos quaternários;    metínicos e metilênicos. Uma interpretação correta dos valores de dH e dC para as chalconas 1-4 deve considerar as mudanças na posição do equilíbrio conformacional s-cis (1a)/s-trans (1b);    pois como o deslocamento químico é uma média ponderada dos efeitos sofridos pelo núcleo em relação ao ambiente em que se encontra;    então um aumento da concentração do isômero s-cis e;    conseqüentemente;    uma diminuição na concentração de s-trans;    H-8 (a em relação ao grupo carbonila);    C-7;    C-8 e o carbono carbonílico C-9;    sendo três os efeitos principais que influenciam o deslocamento químico de 1H e 13C: a) o efeito anisotrópico exercido principalmente pelos anéis aromáticos e;    em menor intensidade;    pela carbonila sobre os hidrogênios H-7 e H-8;    b) o efeito de proteção gama (g) exercido principalmente pelo átomo de oxigênio do grupo carbonila nos átomos de carbono C-7 e orto (C-2'/C-6') do anel aromático B;    no caso de espectros de RMN ;    13C;    c) os efeitos indutivo e mesomérico transmitidos através da conjugação tanto para os hidrogênios quanto para os carbonos. Os estudos por RMN realizados para chalcona (1) e seus derivados 2-4 mostraram que os deslocamentos químicos dos hidrogênios olefínicos H-7 e H-8 dependem principalmente do ambiente químico gerado pelos anéis aromáticos e seus substituintes. Para os carbonos;    os espectros de RMN 13C (HBBD - totalmente desacoplado e DEPT) de 1 mostraram que o C-7 absorve em campo mais baixo do que o C-8;    como previsto pelo efeito de desproteção por mesomeria exercido pela carbonila. Os efeitos gerados pela presença de substituintes polares no anel aromático (anel A) pertencente ao grupo cinamoíla são transmitidos por efeito de ressonância para H-8 e C-8 e por mecanismo indutivo para H-7 e C-7. Por outro lado;    substituintes sustentados pelo anel aromático (anel B) ligado ao carbono carbonílico exercem efeito indutivo maior24 em H-8 e C-8 do que em H-7 e C-7. No espectro bidimensional de correlação heteronuclear de hidrogênio e carbono através de uma ligação (13Cx1H -COSY-1JCH) da chalcona 1 constatou-se;    por leitura direta de pico transversal;    que o sinal de maior deslocamento químico (dH 7;    80) representa o hidrogênio que está ligado ao carbono olefínico de maior deslocamento químico C-7 (dC 144;    71);    definindo-se assim o sinal correspondente ao H-7. Já o sinal de menor deslocamento químico (dH 7;    48);    observado na região de absorção dos hidrogênios aromáticos;    está correlacionado com o carbono C-8 que apresenta deslocamento químico em (dC 121;    99) e;    conseqüentemente;    representa o H-8. Estes resultados estão em acordo com os valores descritos na literatura36;    37. Com base nos mesmos efeitos;    a análise dos espectros de RMN das substâncias 5 e 6 (n=1);    7 e 8 (n=2) e 9 e 10 (n=3);    análogos cíclicos de chalcona de configuração E e nos quais somente a conformação s-cis é possível;    contribuiu para uma melhor compreensão dos estudos em questão. A existência de uma única conformação simplificou em muito as nossas deduções. A configuração E destes produtos (5-10) foi confirmada através de espectro 1Hx1H-NOE de 7 e de experiências de efeito nuclear Overhauser (NOE = Nuclear Overhauser Effect) por subtração de espectros.38 Esta substância foi escolhida por apresentar estrutura intermediária entre os derivados cíclicos (5-10). A análise dos espectros de RMN 13C de 5;    7 e 9 (Tabela 2) permitiu constatar o aparecimento dos sinais referentes aos carbonos carbonílicos de 5 (dC 194;    04;    DdC = + 6;    79 ) e 9 (dC 197;    98;    DdC = + 10;    73) com maiores deslocamentos químicos quando comparados com o valor obtido para a substância 7 (dC 187;    24). Considerando-se somente o tamanho do anel;    estes dados não obedecem à mesma ordem verificada na comparação dos deslocamentos químicos dos carbonos carbonílicos da ciclopentanona 11 (dC 219;    6) >;    cicloeptanona 13 (dC 215;    0) >;    cicloexanona 12 (dC 209;    7 e 9 pode ser justificada pelas alterações na densidade eletrônica destes átomos;    provocadas provavelmente por mudanças nas interferências estéricas e/ou tensão dos ângulos de ligação que respondem pela conformação mais estável. Um aumento na coplanaridade da carbonila;    tanto com o grupo benzilideno quanto com o anel aromático B;    leva a um aumento na conjugação com o sistema de elétrons p;    aumentando com isso a densidade eletrônica sobre o carbono carbonílico. Desta forma;    pode-se admitir que para a substância 9 (n=3) há uma menor coplanaridade e;    conseqüentemente;    menor deslocalização eletrônica e maior deslocamento químico (dC 197;    98) na sua conformação mais estável;    quando comparado com a substância 7;    que revela o sinal do carbono carbonílico com menor deslocamento químico (dC 187;    24). Apesar de 5 possuir a estrutura mais plana entre estas três cetonas a;    b-insaturadas (Tabela 6);    o seu carbono carbonílico aparece com maior deslocamento químico (dC 194;    04) do que o de 7 (dC 187;    24) devido à tensão do anel de cinco membros. Isto pode ser facilmente observado na comparação entre os deslocamentos químicos dos carbonos carbonílicos da 2-ciclopentenona 14 (dC 209;    8) e 2-cicloexenona 15 (dC 199;    A modificação observada nos deslocamentos químicos de C-7 e C-2' com o aumento de n (Tabela 2);    provavelmente reflete;    além do efeito mesomérico;    uma diminuição do efeito de proteção g exercido pelo oxigênio carbonílico nestes dois carbonos;    em decorrência dos ângulos diedros O=C-C7=C8 e O=C-C1'=C2';    que podem ser alterados pelas modificações conformacionais em função do aumento de n (Tabela 6). Uma comparação entre os valores dos deslocamentos químicos dos carbonos encontrados para os derivados 5-10 com aqueles da chalcona (1) e de seus derivados fluorados 2-4 não foi considerada porque a presença do grupo CH2 em 5-10 influencia os deslocamentos químicos tanto de C-8 (efeito a) quanto de C-7 (efeito b);    como pode ser deduzido pelas diferenças estruturais apresentadas para estas duas classes de substâncias (Esquema 1).;   

DOI  :  10.1590/S0100-40422001000500006

学科分类：化学（综合）

来源: Sociedade Brasileira de Quimica

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