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Tipo do documento: Dissertação
Título: Estudo teórico-experimental de propriedades físico químicas do cocristal L-triptofano-(e)-ácido-2-butenodióico hidratado
Título(s) alternativo(s): Theoretical-experimental study of physical-chemical properties of the hydrated L-tryptophan-(e)-2-butenedioic acid cocrystal
Autor: RIBEIRO, Francisco Dânio Cornélio 
Primeiro orientador: FAÇANHA FILHO, Pedro de Freitas
Primeiro membro da banca: FAÇANHA FILHO, Pedro de Freitas
Segundo membro da banca: CARVALHO, Jonhatam de Oliveira
Terceiro membro da banca: LAGE, Mateus Ribeiro
Resumo: Neste trabalho, foram obtidos monocristais de L-triptofano-ácido-fumárico-água (TAF) pelo método de evaporação lenta do solvente, enquanto policristais de TAF foram sintetizados pelo processo mecanoquímico. Algumas propriedades físico-químicas, incluindo os mapas de potencial eletrostático e análise vibracional, foram investigadas por meio da teoria do funcional da densidade (DFT). Adicionalmente, as propriedades estruturais e vibracionais foram elucidadas por difração de raios X no pó (DRXP), espectroscopia Raman e espectroscopia no infravermelho (FT-IR). Além disso, a análise da superfície de Hirshfeld foi conduzida utilizando o arquivo no formato CIF. Estudos de acoplamento molecular também foram realizados para prever a interação de TAF com o sítio ativo da proteína Ciclooxigenase-2 (COX-2). Os resultados mostraram que o processo de síntese mecanoquímica apresentou vantagens significativas em relação à síntese convencional por evaporação lenta, incluindo maior rendimento percentual, menor tempo de obtenção e redução no consumo de solvente. O estudo estrutural por DRXP indicou que TAF cristaliza no sistema cristalino monoclínico com grupo espacial C2 (P21). Os difratogramas refinados pelo método Rietveld mostraram que os cristais de TAF obtidos apresentaram boa concordância com os padrões relatados. Os resultados dos cálculos DFT foram consistentes com os dados experimentais, contribuindo para a atribuição segura de bandas de IR e Raman na caracterização do material. Além disso, os cálculos DFT permitiram a elucidação das propriedades eletrônicas do trímero de TAF, através do mapas de potencial eletrostático, sendo possível a análise de regiões nucleofílicas e eletrofílicas. Os índices de reatividade calculados para os precursores apontam bons níveis de estabilidade química, assinalando que o material formado através da interação entre as moléculas de ácido fumárico e L-triptofano pode apresentar propriedades biológicas interessantes. Notavelmente, os espectros IR e Raman teóricos mostraram boa concordância com os resultados experimentais. As superfícies de Hirshfeld revelaram a natureza das interações intermoleculares visualizadas e mapeadas na superfície de TAF, identificando que as ligações de hidrogênio (O⋯H) representam as principais interações responsáveis pelo empacotamento atômico na rede cristalina. Os estudos de acoplamento molecular sugeriram que TAF possui energia livre de ligação (-10,68 kcal.mol⁻¹) e constante de inibição (1,48e+01) mais favoráveis do que os inibidores comerciais Ketorolac, Indometacina, Celecoxib e Etodolac, bem como os precursores ácido fumárico e L-triptofano. Por fim, as principais interações ligante-receptor identificadas incluem ligações π-sigma (VAL-523), π-alquil (LEU-352, ALA-527 e VAL-349) e de hidrogênio (GLY-526), sugerindo que TAF pode ser uma alternativa eficaz como inibidor da enzima COX-2.
Abstract: In this study, single crystals of L-tryptophan-fumaric acid-water (LTFAW) were obtained using the slow solvent evaporation method, while LTFAW polycrystals were synthesized by mechanochemical method. The physicochemical properties, including electrostatic potential maps and vibrational analysis, were investigated using density functional theory (DFT). Structural and vibrational properties were elucidated through powder X-ray diffraction (PXRD), Raman spectroscopy, and infrared spectroscopy (FT-IR). Hirshfeld surface analysis was performed using the CIF file format, and molecular docking studies were conducted to predict the interaction of LTFAW with the active site of the Cyclooxygenase-2 (COX-2) protein. The results demonstrated that the mechanochemical synthesis process offered significant advantages over the conventional slow evaporation method, including higher yield, reduced synthesis time, and decreased solvent consumption. Structural studies by PXRD indicated that LTFAW crystallizes in a monoclinic crystal system with space group C2 (P21), and Rietveld refinements revealed good agreement with reported standards. DFT calculations were consistent with experimental data, supporting the reliable assignment of IR and Raman bands, and enabling the elucidation of electronic properties of LTFAW trimers through electrostatic potential maps, highlighting nucleophilic and electrophilic regions. Reactivity indices calculated for the precursors suggested good chemical stability, indicating that the material formed through the interaction of fumaric acid and L-tryptophan molecules may exhibit interesting biological properties. Theoretical IR and Raman spectra aligned well with experimental results, and Hirshfeld surface analysis identified hydrogen bonds (O⋯H) as the primary interactions responsible for atomic packing in the crystal lattice. Molecular docking studies suggested that LTFAW has a binding free energy (-10.68 kcal·mol⁻¹) and inhibition constant (1.48e+01) more favorable than commercial inhibitors Ketorolac, Indomethacin, Celecoxib, and Etodolac, as well as the fumaric acid and L-tryptophan precursors. Key ligand-receptor interactions included π-sigma (VAL-523), π-alkyl (LEU-352, ALA-527, and VAL-349), and hydrogen bonds (GLY-526), suggesting that LTFAW could be an effective alternative as a COX-2 enzyme inhibitor.
Palavras-chave: cocristal,
TAF;
mecanossíntese;
espectroscopia Raman e IR;
modelagem molecular;
cocrystal;
LTFAW;
mechanosynthesis;
Raman and IR spectroscopies;
molecular modeling.
Área(s) do CNPq: Fisico-Química
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE QUÍMICA/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST
Citação: RIBEIRO, Francisco Dânio Cornélio. Estudo teórico-experimental de propriedades físico químicas do cocristal L-triptofano-(e)-ácido-2-butenodióico hidratado. 2024. 136 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais/CCSST) - Universidade Federal do Maranhão, Imperatriz, 2024
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/5835
Data de defesa: 28-Jan-2024
Aparece nas coleções:DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DOS MATERIAIS/CCSST

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