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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autor: Basheer, Muftah Mohamed
Título: Avaliação Teórica de Propriedades de Clorofenóis e sua Possível Correlação com as Respectivas Toxidades
Ano: 2002
Orientador: Prof. Dr. Rogério Custódio
Departamento: Química Orgânica
Palavras-chave: Clorofenóis, Toxidade, SAR, Química Teórica
Resumo: Testes de toxidade vêm sendo constantemente utilizados em conjunto com estudos envolvendo a relação entre estrutura e atividade de um composto. Portanto, quando se prevê efeitos tóxicos, baseando-se em relações estrutura e atividade, pode-se obter dados toxicológicos almejados com uma baixa relação custo-benefício. Os clorofenóis representam uma classe de agentes tóxicos, freqüentemente empregados em processos industriais como biocidas, insatisfatoriamente descritos na literatura quanto à sua toxidade. Desta forma, o objetivo principal deste trabalho é o de relacionar as atividades de uma série de 15 clorofenóis mono-, di e tri-substituídos, com as respectivas propriedades físico-químicas: a) calculadas: afinidade eletrônica, potencial de ionização (fase gasosa e em solução), afinidade protônica (fase gasosa e em solução), entalpia de formação, deslocalização de carga e efeito do solvente, e b) provenientes da literatura: valores de pKa experimental e calculado, coeficiente de partição experimental n-octanol/água (log Kow) e os valores de toxidade dos clorofenóis frente as diferentes culturas bacterianas. O modelo teórico empregado para estes compostos foi o cálculo ab initio envolvendo a Teoria do Funcional de Densidade (TFD), Hartree-Fock e MP2 com funções bases geradas via Método da Coordenada Geradora (MCG), além de funções de bases disponíveis na literatura, com o intuito de estabelecer uma possível explicação sobre o grau de toxicidez dessas substâncias. Para minimizar custos computacionais, foram realizados cálculos empregando-se pseudopotenciais de Steven, Basch e Krauss (SBK). O conjunto de propriedades calculados e experimentais foram avaliados através de análise de quimiométrica (análise hierárquica por agrupamento, HCA, e análise de componentes principais, PCA). Concluiu-se que os clorofenóis que apresentam valores maiores de log Kow (coeficiente de partição experimental n-octanol/água), PI (potencial de ionização fase gasosa e em solução), denC1 (densidade eletrônica sobre os átomos de cloro nas moléculas na forma neutra), EScosmo (efeito de solvente) e valores menores de AP (afinidade protônica na fase gasosa e em solução), DHf (entalpia de formação), AE (afinidade eletrônica) e pKa são os compostos mais tóxicos do conjunto analisado. Estes resultados concordam com os trabalhos recentes da literatura. Dados microcalorimétricos obtidos neste trabalho para p-clorofenol e p-cloroanisol comprovam aos resultados obtidos anteriormente. Além disto, ao aplicar o mesmo método de cálculo sobre outra categoria de fenóis (m-alcoxifenóis) confirma-se a existência de uma boa correlação linear entre o efeito tóxico e as propriedades físico-químicas descritas acima.
Abstract: Toxicity tests are being constantly used together with studies involving the relationship between structure and activity of a compound. Therefore, when we predict toxic effects, based on structure-activity relationships, we can obtain toxicological data with a low cost-benefit relationship. The chlorophenols represent a toxic agent class, frequently used in industrial processes, such as the biocides production, unsatisfactorily described in literature in relation to their toxicity. Because of this, the main objective of this work is to relate the activities of 15 mono-, di- and tri-substituted chlorophenol series, to the respective physicochemical properties: a) calculated: the electronic affinity, ionization potential (in the gas phase and in solution), proton affinity (in the gas phase and in solution), heat of formation, charge distribution and solvent effect; b) from the literature: experimental and calculated pKa, experimental log Kow partition coefficient (n-octanol/water) and the chlorophenol toxicity with respect to the deferent bacterial cultures. The calculations were performed at the ab initio DFT level, Hartree-Fock AND MP2, employing the GCM basis sets (Generator Coordinate Method) besides other basis sets available in the literature, the objective was to establish a possible explanation of the chlorophenols toxic degree. To minimize the computational costs, the calculations were conducted using pseudopotential of Steven, Basch and Krauss (SBK). Both empirical and theoretical properties were assessed through chemometric analysis (HCA, hierarchical cluster analysis and PCA, the principal component analysis), to classify a chlorophenols series in relation to their biological activities. The chlorophenols which are characterized by higher experimental log Kow (partition coefficient n-octanol/water), IP (ionization potential in the gas and solution phase), DenC1 (electronic density on the chlorine atoms bonded in neutral molecules) and EScosmo (solvent effects via COSMO) and smaller PA (proton affinity in the gas and solution phase), DHf (heat of formation),EA (electronic affinity) and pKa were the more toxic molecules in the analyzed group. The presented results are compared satisfactorily and well with the recent works found in the literature. Microcalorimetric data obtained in this work for p-chlorophenol and p-chloroanisol confirms the results obtained previously. Furthermore, applying the same calculation method on other phenols category (m-alkoxyphenols), the existence of a good linear correlation was confirmed between the toxic effect and the above-mentioned physicochemical properties.
Arquivo (Texto Completo): vtls000294022.pdf (tamanho: 6,24MB)

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