Density Functional Theory

Para finalizar o estudo cristalográfico das xantonas tri-oxigenadas, será analisado a estrutura da única xantona que não é natural. Mesmo que o escopo deste trabalho seja o estudo estrutural de xantonas obtidas a partir de plantas brasileiras, a xantona VIII também será abordada pelo fato desta ter sido sintetizada a partir da xantona VII. Desta forma, acredita-se que é de grande valia a comparação estrutural de dois constituintes tão similares em termos moleculares.

A estrutura da xantona VIII está ilustrada na Figura 3.3.2.2.1 e os valores de comprimentos e ângulos de ligação estão representados no Apêndice B. Os parâmetros geométricos para esse composto não sofrem desvios significativos em relação aos valores esperados (BRUNO et al., 2004) e ressalta-se que os valores obtidos são bem próximos daqueles encontrados para a xantona VII.

Figura 3.3.2.2.1 – Estrutura cristalina da xantona VIII com os anéis e átomos de carbono e oxigênio nomeados. Os elipsóides estão a 50% de probabilidade.

Estruturalmente, observa-se que a conformação das metoxilas O2–C21 e O3–C31 de ambos os compostos são similares. Na xantona VIII, as metoxilas O3–C31 e O4–C41 adotam direções opostas para minimizar os efeitos estércos. Realizou-se as comparações dos aspectos intramoleculares das xantonas VII e VIII através do WinKabsch (ARAUJO, 2002). Na Figura 3.3.2.2.2, pode-se ver a sobreposição entre ambas, onde pode-se observar uma pequena diferença na conformação da metoxila O3–C31. Considerando os átomos homólogos, enfatizou a similaridade de ambas as estruturas com um valor quadrático médio entres os átomos de 0,05(5) Å. Pela sobreposição teve-se uma idéia que o sistema de anéis A, B e C é praticamente plano. Para confirmação, passou-se um plano médio pelo sistema xantônico da xantona VIII e o valor quadrático médio foi de 0,0236 Å.

Figura 3.3.2.2.2 – Sobreposição mostrando as similaridades entre as moléculas da xantona VII (verde) e VIII (azul).

Logo no início da abordagem sobre estas xantonas 2,3,4-substituídas, levantou-se a possibilidade das mesmas apresentarem estruturas isomórficas como ocorreu para as xantonas 1,7-substituídas, mas isso não ocorreu. No estudo cristalográfico intramolecular de ambas, identificou-se alguns possíveis responsáveis pela quebra do isomorfismo. Talvez o mais enfático seja a substituição do hidrogênio pela metila. Pois, um fator importante seria se as estruturas intramoleculares de ambas fossem bem similares como nas xantonas 1,7- substituídas, ou seja, a metila substituída na posição 4 da xantona VIII deveria apresentar a mesma orientação do hidrogênio da xantona VII, mas devido ao impedimento estérico sabe-se que isso é energeticamente desfavorável. Como consequência das mudanças no arranjo intramolecular em relação à xantona VII, as interações intermoleculares também sofrem o reflexo e assumem um padrão bem distinto em ambas as estruturas. Na xantona VIII não existe a presença de nenhum doador forte. Com isso, a estabilização do empacotamento cristalino é decorrente das interações fracas. Sendo que as mais fortes, dentre as interações fracas, são as ligações de hidrogênio não clássicas C–H…O (Tabela 3.3.2.2.1; Figura 3.3.2.2.3). A ausência de interações com maior magnitude pode explicar a dificuldade de obter monocristais deste composto.

Tabela 3.3.2.2.1 – Ligações de hidrogênio fracas da xantona VIII.

D–H···A D–H (Å) H···A (Å) D···A (Å) D–H···A (º)

C21–H21a…O9 i 0,96 2,56 3,501(3) 165

C31–H31a…O3 ii 0,96 2,71 3,650(3) 166

C41–H41a…O4 ii 0,96 2,62 3,368(3) 135

Códigos de simetria: i= -x, y, ½-x; ii= x, y+1, z.

Na estrutura existem basicamente três ligações de hidrogênio não clássicas que merecem destaque. Primeiramente, a interação que envolve O9 da carbonila com a metila C21 é responsável pela formação de dímeros (Figura 3.3.2.2.3a.). Ao contrário da xantona VII, a carbonila não está envolvida na formação de uma cadeia infinita. As outras duas interações estão representadas na Figura 3.3.2.2.3b e ocorrem entre as metoxilas homólogas que se encontram fora do plano, sendo que estas interações são as principais responsáveis pela estabilização da conformação das mesmas. Nota-se que o fato das metoxilas O3–C31 e O4– C41 serem opostas contribui para a acomodação das moléculas. As moléculas que participam destas interações formam uma cadeia infinita ao longo do eixo b (Figura 3.3.2.2.3b), sendo que a interação C21–H21a…O9 une uma cadeia infinita a outra paralela.

Figura 3.3.2.2.3 – Ligações de hidrogênio não clássicas que estabilizam o empacotamento da xantona VIII. [Códigos: i= -x, y, ½-x; x= x, y+1, z].

Para auxiliar as ligações de hidrogênio não clássicas na estabilização da cadeia infinita que se expande na direção do eixo b, existem algumas interações hidrofóbicas. A interação –

, bastante estudada aqui, não foi muito bem compreendida na xantona VII (Figura 3.3.2.2.4). Nesta xantona, VIII, esta interação, como em outros casos anteriores, foi identificada pela distância entre os centróides dos anéis do sistema xantônico. As interações ocorrem de maneira que anel A interage com o anel C [distância de 3,707 Å e deslocamento de 16,43º] e o anel B também interage com o anel C [distância de 3,618 Å e deslocamento de 14,35º]. A diferença entre as distâncias de cada interação dos centróides é relativamente grande. Assim, acredita-se que dois motivos podem explicar essa diferença: 1) como o anel A apresenta uma grande quantidade de substituintes volumosos e isso dificulta a aproximação do anel C devido o efeito estérico. 2) os substituintes ligados ao anel A retiram elétrons deste anel de modo que deixa-o mais deficiente em elétrons do que o anel B, então mais fraca é a interação com o anel C.

Figura 3.3.2.2.4 – Interações – que se estendem ao longo de b.

Com relação à disposição espacial da xantona VIII, na Figura 3.3.2.2.5 observa-se as moléculas empacotadas ao longo da direção a formando um arranjo em ziguezague. Esta talvez seja a maior diferença comparada com a estrutura da xantona VII que forma camadas infinitas. Ainda na Figura 3.3.2.2.5, ressalta-se que as regiões vizinhas ao anel B, que estão no

centro e nos lados (direito e esquerdo) da ilustração, participam de interações de van der Waals que contribuem para a estabilização tridimensional da rede.

Figura 3.3.2.2.5 – Arranjo cristalino das moléculas da xantona VIII dentro da cela unitária.