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Tipo do documento: Dissertação
Título: Estudo DFT dos antibióticos rifampicina e claritromicina e de suas dispersões sólidas
Título(s) alternativo(s): DFT study of the antibiotics rifampicin and clarithromycin and their solid dispersions
Autor: BARROS, Ranna de Sousa 
Primeiro orientador: LAGE, Mateus Ribeiro
Primeiro membro da banca: LAGE, Mateus Ribeiro
Segundo membro da banca: RIBEIRO, Paulo Roberto da Silva
Terceiro membro da banca: PAES, Lilian Weitzel Coelho
Resumo: Uma dispersão sólida de um fármaco é um material formado a partir da interação fármaco- fármaco, fármaco-coformador ou fármaco amorfo-matriz polimérica, apresentando propriedades físicas e químicas características. Deste modo, a preparação de uma dispersão sólida de um fármaco pode contribuir para o aumento de solubilidade e biodisponibilidade de fármacos com baixa solubilidade em água, como os fármacos hansenostáticos rifampicina (RIF) e claritromicina (CLA). Neste trabalho, foi realizado um estudo teórico de propriedades dos fármacos RIF e CLA, dos coformadores trometamina (TRIS) e ácido oxálico (OXA), bem como dos sistemas RIF-TRIS e CLA- OXA, na formação de dispersões sólidas, a partir de cálculos computacionais empregando-se funcional DFT (do inglês, Density Functional Theory). A DFT é amplamente usada no estudo de propriedades de sistemas multieletrônicos, considerando a densidade eletrônica como parâmetro fundamental. Com custo computacional relativamente baixo, a DFT viabiliza a determinação de diversas propriedades de fármacos, bem como o estudo de dispersões sólidas. Deste modo, a DFT foi usada na investigação das interações intermoleculares entre a RIF e a TRIS, bem como entre CLA1+ e OXA1- , que ocorrem na formação das dispersões sólidas estudadas. Para tanto, foi realizado o estudo teórico da RIF e de sua interação com a TRIS, bem como do íon CLA1+ e de sua interação com o íon OXA1- , com o software Gaussian16, empregando-se o funcional DFT ωB97X-D e o conjunto de funções de base 6-31G(d). O efeito de solvatação em metanol foi estudado usando o método de solvatação contínua IEFPCM. A geometria otimizada de cada um dos sistemas foi obtida e cada uma delas foi confirmada como correspondendo a um mínimo na superfície de energia potencial, a partir de cálculos de frequências vibracionais, com todas as frequências vibracionais positivas. Propriedades termodinâmicas, mapas de potencial eletrostático, orbitais moleculares, cargas atômicas parciais, vetores de momento de dipolo e espectros teóricos de infravermelho e Raman foram obtidos, contribuindo para um estudo mais detalhado das interações e para a caracterização dos sistemas estudados. A variação de energia livre de Gibbs no vácuo associada à interação no heterodímero RIF-TRIS é de -39,73 kcal/mol, enquanto no heterodímero CLA-OXA é de -5,67 kcal/mol, e do heterodímero CLA1+ - OXA1- é de -102,01 kcal/mol, sendo estas interações as mais favoráveis encontradas. No estudo teórico foi constatada a ocorrência de ligação de hidrogênio nos três heterodímeros estudados (RIF-TRIS, CLA-OXA e CLA1+ -OXA1- ). No heterodímero RIF-TRIS, ocorre interação entre os átomos de H17 da TRIS com o O28 da RIF, bem como entre o O1 da TRIS com H41 da RIF, com distância entre os átomos de 1,65 Å na interação H17∙∙∙O28 e de 1,68 Å na interação O1 ∙∙∙H41, com ângulos de 171,93° O-H∙∙∙O e de 165,41° O-H∙∙∙O, no vácuo. No heterodímero CLA-OXA, a interação ocorreu entre os átomos H128 do OXA e O23 da CLA no vácuo, com a distância entre os átomos de O e H de 1,75 Å e ângulo O- H∙∙∙O de 158,61o. Para o heterodímero CLA1+ -OXA1- a interação se dá entre os átomos de H70 da CLA1+ com o O15 do OXA1- , com distância entre os átomos de 1,66 Å com o ângulo H-O∙∙∙N de 155,88° para o heterodímero CLA1+ -OXA1- no vácuo. Estudos de interações não-covalentes (NCI) com o programa Multiwfn também confirmaram a ocorrência das ligações de hidrogênio descritas. Esses parâmetros foram obtidos a partir das interações mais favoráveis no vácuo, confirmando a contribuição dessas interações estabilizantes na formação das dispersões sólidas dos fármacos RIF e CLA.
Abstract: A solid dispersion of a drug is a material formed from drug-drug, drug-coformer or amorphous drug-polymeric matrix interaction, presenting physical properties and chemical characteristics. Thus, the preparation of a solid dispersion of a drug can contribute to increase the solubility and bioavailability of drugs with low water solubility, such as the leprosy drugs rifampicin (RIF) and clarithromycin (CLA). In this work, a theoretical study of the properties of the drugs RIF and CLA, of the coformers tromethamine (TRIS) and oxalic acid (OXA), as well as of the RIF-TRIS and CLA-OXA systems, in the formation of solid dispersions, from computational calculations using functional DFT (Density Functional Theory). The DFT is widely used in the study of properties of multielectronic systems, considering the electronic density as a fundamental parameter. With a relatively low computational cost, the DFT enables the determination of different properties of drugs, as well as the study of solid dispersions. Thus, DFT was used to investigate the intermolecular interactions between RIF and TRIS, as well as between CLA1+ and OXA1- , which occur in the formation of the studied solid dispersions. To this end, a theoretical study of the RIF and its interaction with TRIS, as well as the CLA1+ ion and its interaction with the OXA1- ion, was carried out with the Gaussian software16, using the DFT functional ωB97X-D and the set of base functions 6-31G(d). The solvation effect in methanol was studied using the IEFCM continuous solvation method. The optimized geometry of each of the systems was obtained and each of them was confirmed as corresponding to a minimum on the potential energy surface, from vibrational frequency calculations, with all vibrational frequencies positive. Thermodynamic properties, electrostatic potential maps, molecular orbitals, partial atomic charges, dipole moment vectors and theoretical infrared and Raman spectra were obtained, contributing to a more detailed study of the interactions and to the characterization of the studied systems. The Gibbs free energy change in vacuum associated with the interaction in the RIF-TRIS heterodimer is -39.73 kcal/mol, while in the CLA-OXA heterodimer it is -5.67 kcal/mol, and in the CLA1+ -OXA1- heterodimer is -102.01 kcal/mol, these being the most favorable interactions found. In the theoretical study, the occurrence of hydrogen bonding was verified in the three heterodimers studied (RIF-TRIS, CLA-OXA and CLA1+ -OXA1- ). In the RIF-TRIS heterodimer, there is an interaction between the atoms of H17 from TRIS with O28 from RIF, as well as between O1 from TRIS with H41 from RIF, with a distance between atoms of 1.65 Å in the interaction H17∙∙∙O28 and 1.68 Å in the O1∙∙∙H41 interaction, with angles of 171.93° O- H∙∙∙O and 165.41° O-H∙∙∙O, in vacuum. In the CLA-OXA heterodimer, the interaction occurred between the atoms H128 of OXA and O23 of CLA in vacuum, with the distance between the O and H atoms of 1.75 Å and the O-H∙∙∙O angle of 158.61o. For the CLA1+ - OXA1- heterodimer, the interaction takes place between the H70 atoms of CLA1+ with the O15 of OXA1- , with a distance between the atoms of 1.66 Å with the angle H-O∙∙∙N of 155.88° for the CLA1+ -OXA1- heterodimer in vacuo. Non-covalent interactions (NCI) studies with the Multiwfn program also confirmed the occurrence of the described hydrogen bonds. These parameters were obtained from the most favorable interactions in vacuum, confirming the contribution of these stabilizing interactions in the formation of solid dispersions of RIF and CLA drugs.
Palavras-chave: DFT;
fármacos;
rifampicina;
claritromicina;
dispersões Sólidas.
DFT;
drugs;
antibiotics;
solid dispersions.
Área(s) do CNPq: Ciências Exatas e da Terra
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: COORDENAÇÃO DO CURSO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA - BALSAS - CAMPUS BALSAS
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST
Citação: BARROS, Ranna de Sousa. Estudo DFT dos antibióticos rifampicina e claritromicina e de suas dispersões sólidas. 2022. 127 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais/CCSST) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2022.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/4820
Data de defesa: 22-Dez-2022
Aparece nas coleções:DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST

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