Lucas Colucci Ducati.

Desde 2015, a proposta temática (2015 / 08541-6) está em andamento, relacionada à aplicação da RMN além da determinação estrutural. Durante esse período, nosso grupo desenvolveu e aplicou novas seqüências de pulsos, incluindo aquelas para experimentos com DOSY e FESTA, para lidar com a determinação estrutural de compostos em misturas, sem a necessidade de separação física. Foram realizados experimentos de DOSY para estudar a estrutura de líquidos iônicos em solventes polares e apolares e também para diferenciar enantiômeros usando matrizes quirais. O efeito da estrutura eletrônica molecular no deslocamento químico de 1H e 13C e no caminho de transmissão de algumas constantes de acoplamento e preferências conformacionais para pequenas molécula foram investigados. Mecanismos de reações orgânicas foram estudados empregando medidas de RMN e cálculos mecânico quânticos. Na presente proposta, pretendemos aprofundar o desenvolvimento de métodos de RMN para: trabalhar com misturas introduzindo novos experimentos de RMN 2D e 3D; aplicar uma abordagem empregando experimento de HR-MAS para a medição de RDC (acoplamento dipolar residual) e RCSA (anisotropia de deslocamento químico residual) usando uma única amostra para obter parâmetros isotrópicos e anisotrópicos, evitando as aproximações não ideais comumente usadas; Os experimentos de RMN de HR-MAS também serão aplicados empregando fase cromatográfica quiral para experimentos de DOSY assistida por matriz (MAD) para diferenciar enantiômeros e avaliar a força de interação dos enantiômeros com as fases cromatográficas; micelas quirais também serão utilizadas como uma alternativa atraente para diferenciação de enantiômeros. Serão empregados medidas de RMN para investigar a absorção de CO2 na presença de líquido iônico através de experimentos de DOSY com amostras em alta pressão; cálculos teóricos serão empregados para descrever, em termos de estrutura eletrônica, a origem correta dos parâmetros de RMN observados e as preferencia conformacional de moléculas orgânicas fluoradas determinando quais interações são responsáveis pela preferencia observada. Experimentos de RMN rápidos e quantitativos serão desenvolvidos para obter informações cinéticas necessárias para a investigação de mecanismos de reação orgânica. Além dos desenvolvimentos para a RMN de alto campo, também pretendemos adaptar e desenvolver metodologias para a RMN de bancada, em colaboração com a empresa Canadense Nanalysis, líder na fabricação de espectrômetros comerciais de RMN de bancada. Pretendemos continuar o importante trabalho de proporcionar uma melhor compreensão dos parâmetros fundamentais de RMN (´ e J), essenciais para uma correta aplicação da RMN na atribuição de estruturas moleculares e para o desenvolvimento de novas metodologias de RMN para a análise de amostras complexas. O projeto tem um importante papel de formação de recursos humanos em alto nível muito importantes para a indústria e a Academia. Acreditamos que o sucesso alcançado nos últimos cinco anos nos qualifica para o desenvolvimento do projeto proposto para os próximos cinco anos.

O estudo do efeito de solvatação da água e, principalmente, a contribuição da ligação de hidrogênio entre solvente e soluto no deslocamento químico (δ) de 14N de compostos acíclicos e cíclicos nitrogenados é proposto. Alguns estudos teóricos usando modelos de solvatação implícita na literatura sugerem o uso de solvatação explícita e a descrição do sistema soluto-solvente de forma dinâmica, para obtenção de uma descrição mais realista das condições experimentais e a melhora na precisão dos valores estimados. Adicionalmente, valores de relaxação T1 para alguns compostos nitrogenados também serão calculados e comparados com os valores experimentais. A influência da coordenação do solvente (água) sobre o tensor blindagem (σ)/deslocamento químico (δ) e sobre as constantes de acoplamento indireta spin-spin (J) dos complexos Pt-Pt, precursores dos sais de Magnum, também será alvo de estudo. Esses sais se encontram em equilíbrio em meio aquoso, sendo necessário o uso de solvatação explícita e uma descrição do sistema soluto-solvente de forma dinâmica. Os valores teóricos estimados dos parâmetros magnéticos com geometrias estáticas em nível DFT, com inclusão de efeito de solvente implícito e Hamiltoniano com correção relativística, superestimam os valores experimentais em cerca de 100% para os compostos diaquo. Para isso, a dinâmica molecular de Kohn-Sham (KS) Car-Parrinello (CPMD) e cálculos KS híbridos de propriedades magnéticas, com e sem efeito de solvente, serão utilizados. Esta nova técnica computacional, aliando KS-CPMD e cálculos KS-DFT híbridos para determinação de propriedades magnéticas, foi proposta e desenvolvida durante os últimos 2 anos durante o estágio de pesquisa deste proponente no exterior, tendo sido aplicada com sucesso para compostos de metais de transição Tl-Pt.

O presente projeto propõe o uso de funcionais ajustados bidimensionalmente com base no critério de correção de longo alcance (alfa + beta = 1), para estimativa de parâmetros de RMN de complexos de metais pesados de Tl e Pt. A aplicação dos funcionais ajustados proporcionará uma medida do erro de deslocalização que corriqueiramente está presente na maioria dos funcionais; a origem do erro de deslocalização; e como esse erro afeta os parâmetros magnéticos medidos para os complexos com grande deslocalização e covalência em suas ligações multi-centradas do tipo trans-3-centros-4-elétrons. Todos os cálculos serão feitos em nível DFT com correções relativísticas de duas componentes ZORA, com os Hamiltonianos escalar e spin-órbita, incluindo efeito de solvente quando necessários. Os funcionais ajustados bidimensionalmente com base no critério de longo alcance (alfa+beta = 1), LC-PBE0, foram aplicados a algumas propriedades moleculares com grande sucesso, mas apresenta alguns problemas com relação às propriedades magnéticas. Isso ainda se deve à pobre descrição da deslocalização para os sistemas com alta covalência. Assim, elucidar a origem do erro da descrição da deslocalização e como este afeta essas propriedades, proporcionará um melhor ajuste desses funcionais para obter uma ampla aplicação para propriedades moleculares.

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is the most powerful spectroscopic technique for detailed chemical information in solution. The fundamental parameters such as chemical shift () and coupling constant (J) are the most important source of information to achieve unequivocal molecular structure assignment. These two parameters can also be applied to determine the conformation adopted by a molecule in solution. The chemical shifts and coupling constants are dependent of electronic molecular structure and their experimental measurements can be used as a probe to evaluate small changes in electronic structure, but for these purposes, the experimental NMR parameters ( and J) must be supported by quantum chemistry calculation..

This project aims to study the solvent effect influence on the 1JPt-Tl spin-spin coupling constant in metal complexes that exhibit a metal-metal bond between Pt and Tl. These 1JPt-Tl spin-spin coupling constants have a strong solvent effect influence. Previous works showed that the calculated values of 1JTlPt for isolated complexes reproduce about 50% of the experimental value, while the same NMR calculation for the complexes in the presence of some solvent molecules can describe about 80% of the experimental 1JPt-Tl value. In this project the inclusion of solvent effect by ab inito molecular dynamics (aiMD) in the calculation of the coupling constant 1JTlPt is proposed. This new approach to the description of the effect of the solvent in the calculation of magnetic properties at the DFT-ZORA level has been successfully applied to cisplatin complexes, obtaining an accuracy of approximately 95%. To explain the reason for the strong influence of the solvent effect on the studied coupling constant, the 1JTlPt values will be decomposed into contributions from bonding, non-bonding, core, and antibonding orbitals applying the "Analysis of Natural Coupling Constant" (NJC), which provides an interpretation of the results with a chemical sense. Another issue to be studied is the nature of the complexes' Pt-Tl chemical bond using the energy decomposition analysis (EDA) method. This will allow assessing the change in electron density across the Pt-Tl bond, when the complex is solvated, supplementing NJC results, since the Pt-Tl bond is the transmission path for the coupling constant between these two metal centers.