CONFORMAÇÕES DO CICLOEXANO:
um modelo de estudo no PCMODEL
Anderson Hollerbach Klier 1
RESUMO: O estudo molecular conformacional ainda é visto como um dos entraves para o entendimento de estabilidade molecular principalmente pelos estudantes de graduação que cursam disciplinas na área química. O software PcModel pode ser uma ferramenta bastante útil, quando aplicado na previsão e estimativa do
cálculo de energia envolvendo as conformações mais e menos estáveis do cicloexano substituído, podendo ser aplicado em aulas práticas de química.
PALAVRAS-CHAVE: conformação, estabilidade, interação 1,3-diaxial
INTRODUÇÃO
Como molécula modelo para as simulações, o cicloexano,
A análise conformacional ou o estudo da estabilidade de
um hidrocarboneto da classe dos cicloalcanos, se mostra bas-
moléculas, normalmente é visto como conteúdo complicado e
tante adequado por possuir estrutura tridimensional como forma
de difícil compreensão principalmente pelo público discente, em
mais estável, além de três padrões de substituição, com duas
virtude de requerer uma visão ampla e espacial que envolve o
configurações para cada padrão de substituição e duas confor-
conhecimento pregresso referente a geometria espacial (MAR-
mações para cada configuração (SOLOMONS, 1996). Estrutu-
TINS, 2009). Com o intuito de desmitificar e facilitar o entendi-
ralmente o cicloexano possui fórmula molecular C6H12, com con-
mento do assunto, a disciplina de Química Farmacêutica do
formação mais estável do tipo cadeira, que segundo o padrão
curso de Farmácia do Centro Universitário Newton Paiva, inclui
de substituição dos átomos de hidrogênio por substituintes mais
em seu programa simulações no software PcModel. Estas simu-
volumosos, pode apresentar interações conhecidas como inte-
lações permitem que os alunos comprovem que certos valores
rações 1,3-diaxiais. Estas são interações oriundas principalmen-
teóricos de energia para alguns tipos de interações químicas
te de repulsões eletrônicas, que podem estabilizar uma determi-
podem ser estimados e visualizados com uma certa facilidade
nada conformação, quando seu valor é baixo, ou desestabilizar
dentro das matrizes de cálculo no ambiente virtual.
outra conformação quando seu valor for mais elevado, (figura 1).
Como parâmetro de estabilidade as interações 1,3-diaxiais
podem assumir duas conformações distintas, que serão mais
sempre existem entre substituintes em posição axial ligados
ou menos estáveis de acordo com o número de interações
em carbonos do cicloexano que reservam entre si, um padrão
1,3-diaxiais presentes, conforme representado na figura 2.
de posicionamento do tipo-1,3. Se considerarmos dois substi-
Dentre as possibilidades, as conformações com dois substi-
tuintes aleatórios A e B substituindo hidrogênios no cicloexano,
tuintes (A e B) em equatorial serão mais estáveis que confor-
estes podem estar ligados nas posições 1 e 2, 1 e 3 ou 1 e 4.
mações com um dos substituintes (A ou B) em axial, e estas
Cada um destes padrões de substituição pode assumir duas
mais estáveis que conformações com os dois substituintes (A
configurações, cis ou trans, e cada uma destas configurações
e B) em axial.
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As conformações características dos padrões de substituição
análogos em sua estrutura, dependerão da conformação do ciclo-
estrutural do cicloexano, possuem importância específica principal-
exano ou de seus análogos (BARREIRO, 2008). Como exemplos
mente em moléculas bioativas (BARREIRO, 2008). Estas moléculas
de fármacos que apresentam tal peculiaridade, podem ser citados;
quando possuem receptores biológicos são chamadas Fárma-
meperidina (1), fentanil (2), ciclofosfamida (3), gatifloxacino (4) e
cos específicos, e para tanto irão apresentar interações químicas
vardenafil (5), representados estruturalmente na figura 3 (BARREI-
fármaco-receptor, que para fármacos que possuam cicloexano ou
RO, 2008; FOYE, 1995; LEDNICER, 1998; LEDNICER, 2008).
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Objetivos
feitas entre os valores obtidos nas simulações computacionais
e os valores reais descritos na literatura (SOLOMONS, 1996;
Em função das peculiaridades estruturais já decritas,
bem como as implicações destas em possíveis atividades bio-
CLAYDEN, 2001).
lógicas, o presente trabalho objetivou simular a energia de diferentes substituintes no cicloexano, a fim de prever valores para
Resultados e discussão
possíveis interações 1,3-diaxiais existentes em conformações de
Como protótipo minimizamos a energia do cicloexano não
uma configuração específica do mesmo.
substituído a fim de obtermos a energia total da molécula, conforme figura 4. O valor de energia total do cicloexano não subs-
Material e Métodos
tituído foi de 6,551 Kcal/mol. Em termos estruturais, este valor
Como ferramenta virtual facilitadora do entendimento de
corresponde a todas as seis ligações C-C, doze ligações C-H e
estrutura conformacional, utilizamos o software PcModel 7.2 –
seis interações repulsivas
Serena software, nos laboratórios de informática do Campus
hidrogênio-hidrogênio, três acima do plano e três abaixo do
Silva Lobo do Centro Universitário Newton Paiva. Foram feitas
plano. Estas são consideradas de muito baixa energia, pois são
simulações das energias totais do cicloexano não substituído e
os menores substituintes possíveis para qualquer cadeia car-
do cicloexano mono e dissubstituido, a fim de compararmos os
bônica. Quando consideramos o cicloexano monossubstituído,
valores das possíveis interações 1,3-diaxiais existente em pos-
como metilcicloexano, podemos otimizar sua energia conforma-
síveis substituintes nas posições axiais. As comparações foram
cional , (figura 5).
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Aqui percebemos uma energia de 8,670 Kcal/mol para
mesmo metilcicloexano em sua conformação mais estável,
o metilcicloexano em sua conformação menos estável, ou
ou seja, o substituinte metil em equatorial, onde inexistem
seja, o substituinte metil em posição axial com duas inte-
interações do tipo 1,3-diaxiais, podemos um valor de ener-
rações repulsivas 1,3-diaxiais com os hidrogênios vizinhos
gia de 6,890 Kcal/mol, como é mostrado na figura 6.
também em axial. Já quando procedemos o cálculo para o
Considerando que em relação ao cicloexano não substituído
gia do metilcicloexano. Para tanto basta subtrairmos da energia
o metilcicloexano já conta com uma ligação C-C e duas ligações
da conformação menos estável (8,670 Kcal/mol) a energia da
C-H a mais em sua energia total, e considerando como des-
conformação mais estável (6,890 Kcal/mol), o que resulta numa
prezível os valores de energia das repulsões entre hidrogênios
diferença de energia de 1,78 Kcal/mol, que dividido pelo número
axiais, podemos estimar os valores das interações 1,3-diaxiais
de interações metil-hidrogênio, duas, nos fornece um valor de
entre grupos metil e hidrogênios na conformação de maior ener-
0,89 Kcal/mol de energia para a interação 1,3-diaxial metil-hi-
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drogênio. Tal valor obviamente é bastante próximo do valor real
químico, especialmente no campo da estereoquímica que tem
descrito na literatura, que é de 0,90 Kcal/mol, pois os softwares
se mostrado bastante árido para a grande maioria dos alunos
de simulação computacional são abastecidos com valores de
de graduação. A tabela 1, mostra alguns substituintes comuns
referência da literatura, entretanto, o que se chama atenção aqui
e suas simulações de energia para interações 1,3-diaxiais com
é a utilização prática destes softwares para comprovação de da-
o hidrogênio, obtidas no PcModel de modo análogo ao relatado
dos literários em experimentos que desmitifiquem o conteúdo
para o metilcicloexano.
A partir destes resultados, extrapolamos o cálculo para
ração entre dois grupos metila em configuração cis, em suas
derivados do cicloexano dissubstituídos, a fim de caracteri-
conformações mais estáveis equatorial-equatorial e menos
zarmos outras interações 1,3-diaxiais entre outros substituin-
estável, axial-axial, como representado abaixo.
tes diferentes do hidrogênio. Para tanto, iniciamos com inte-
Após as simulações de energia no PcModel foram obtidos
de maior energia e menor estabilidade, diaxial, existem duas in-
12,545 Kcal/mol para o conformero diaxial e 7,208 Kcal/mol para
terações 1,3-diaxiais metil-hidrogênio e uma interação 1,3-diaxial
o conformero diequatorial. Considerando que na conformação
metil-metil, temos a seguinte representação:
A fim de calcularmos o valor da interação A-B, metila-
diferença 1,78 Kcal/mol (0,89 Kcal/mol por interação previa-
metila, subtraímos da energia da conformação diaxial, 12,545
mente determinado), o que resulta num valor de 3,557 Kcal/
Kcal/mol, o valor da energia da conformação diequatorial
mol para a interação A-B, metila-metila. As simulações de
7,208 Kcal/mol, obtendo uma diferença de 5,337 Kcal/mol.
energia para a conformação mais estável diequatorial e me-
Como esta diferença inclui a interação desejada A-B e duas
nos estável diaxial para o 1,3-dimetilcicloexano, são apresen-
interações metila-hidrogênio, A-C e B-C, subtraímos desta
tadas nas figuras 7 e 8.
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Conclusão
no ensino dos conteúdos químicos envolvendo estereoquímica.
Após as simulações com o software PcModel foi possível
observar que as mesmas são bastante próximas dos valores
Referências
reais em termos de energia, permitindo uma previsão bastante
BARREIRO, E.J.; FRAGA, C.A.M. Química Medicinal: As bases Moleculares da Ação dos Fármacos. Porto Alegre: Artmed, 2008. 536p.
útil para valores energéticos de interações 1,3-diaxiais em substituintes no cicloexano. Interações estas que podem ser simuladas tanto para interações com o átomo de hidrogênio quanto
interações com grupamentos mais volumosos. Além das simulações de energia, como ferramenta virtual o software facilita o entendimento das diferenças estruturais pertinentes a definição de
configuração e conformação, o que o torna útil especialmente
CLAYDEN, J. GREEVES, N., WARREN, S., WOTHERS, P. Organic Chemistry. Oxford: Oxford University Press, 2001. 1512p.
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NOTAS DE RODAPÉ
Docente dos cursos de Farmácia e Ciências Biológicas do Centro Universitário Newton Paiva
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