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Type: Tese de Doutorado
Title: Estudo teórico das interações da cisplatina e análogos em solução
Authors: Juliana Fedoce Lopes
First Advisor: Wagner Batista de Almeida
First Co-advisor: Hélio Ferreira dos Santos
First Referee: Rogério Custódio
Second Referee: Francisco Elias Jorge
Third Referee: Elene Cristina Pereira Maia
metadata.dc.contributor.referee4: Helio Anderson Duarte
Abstract: Neste trabalho, através de diferentes metodologias teóricas foi estudada a reação de substituição de ligantes da cisplatina, bem como processos de interação com a água que antecedem a reação de substituição. As curvas de energia potencial (CEP) entre a cisplatina, eespécies análogas, [Pt(NH3)2H2OCl]+1 e cis-[Pt(NH3)2(H2O)]+2 e a água foram detalhadamente estudadas, caracterizando as principais interações intermoleculares envolvidas na reação. Foram realizados inúmeros cálculos ab initio de alto nível, analisando o comportamento e as contribuições para 32 CEPs. O efeito da correção do erro de superposição de base nestas curvas também foi avaliado, através do procedimento de Counterpoise, principalmente em relação ao uso do pseudopotencial de caroço para o átomo de platina. As contribuições deindução, dispersão e eletrostática para a energia de interação total entre a cisplatina e a água, foram investigadas através do método clássico de expansão de multipolos. Estes resultados foram comparados com as contribuições eletrostática e de correlação eletrônica, obtidas através de métodos ab initio de alto nível fornecendo um bom acordo. Foi determinada a extrema importância da descrição do potencial eletrostático para descrever as interações, principalmente no que se refere às espécies ionizadas madp e dap. O estudo da reação de substituição foi conduzido em fase gás e em solução. Variaçõesdo modelo do contínuo polarizável foram utilizadas, incluindo otimização de geometria em solução e utilização das propriedades do meio biológico (constante dielétrica e força iônica) no qual ocorre a reação. Os resultados em solução apresentam um melhor acordo com o experimento quando os reagentes e produtos são as espécies intermediárias da reação e quando se utiliza o nível MP2. Após a otimização em solução, não ocorrem mudanças expressivas para a energia livre de ativação e de reação em relação à fase gás. A inclusãoimplícita dos efeitos do meio biológico também não alterou significativamente os resultados em solução. Dois conjuntos de parâmetros Lennard-Jones (LJ) desenvolvidos para a cisplatinaforam testados quanto à transferabilidade para as espécies madp e dap. O conjunto 1 (Pt=1,055 e Pt=3,659) foi derivado de curvas de energia potencial corrigidas do BSSE. O conjunto 2 (Pt=7,010 e Pt=2,559) foi obtido através de CEPs sem correção do BSSE. Foiobservado que o melhor acordo geral é obtido através do conjunto de parâmetros sem o envolvimento da correção do BSSE. Apesar deste resultado preliminar, simulações clássicas de Monte Carlo foram conduzidas para a reação utilizando os dois conjuntos de parâmetrosLJ. Após toda a análise estrutural das espécies em solução, foi demonstrado que a presença de duas moléculas de água axiais necessárias para estabilizar as estruturas em solução éobservada apenas nos resultados sem a correção do BSSE, atestando que o conjunto 2 de parâmetros LJ é o mais adequado para o estudo de cisplatina e análogos em solução.
Abstract: In this work, different theoretical methods were used to study the cisplatin substitution reaction, as well as the intermolecular interactions that occur before this reaction. Potential energy curves (PEC) between cisplatin and water, and its hydrolyzed species, [Pt(NH3)2H2OCl]+1 and cis-[Pt(NH3)2(H2O)]+2, were studied in details, providing the majorintermolecular interactions involved in the hydrolysis reaction. High level ab initio calculations were carried out, observing the PECs contributions. The effects of the correction due to basis set superposition error, BSSE, were evaluated through the Counterpoise method, particularlyconcerning to the use of effective core potential for platinum atom. In this same stage, the induction, dispersion and electrostatic contributions were described through the classical method of multipoles expansion. These results are in good agreement with electronic correlation contributions obtained with high level ab initio calculations. The importance of the electrostatic potential description, mainly for the charged species madp and dap was also found. The substitution reaction study was carried out in gas phase and in solution. Somepolarizable continuum model variations were used, including geometry optimization in solution and biological medium properties as the dielectric constant and ionic strength. The results calculated in solution are in the best agreement with the experimental data, when the reactantand products are the intermediary species of the reaction at the MP2 theoretical level. After the optimization in solution, no expressive changes were found. In the same way, the implicit inclusion of biological medium effects did not alter the results in solution. Two sets of Lennard-Jones (LJ) parameters developed for cisplatin molecule were tested for transferability to the madp and dap species. The set 1, (Pt=1.055 and Pt=3.659), was obtained through PECs with BSSE correction. The set 2 (Pt=7.010 and Pt=2.559), was developed through PECs without BSSE correction. The best general agreement was obtained when the set without BSSE correction was used. In spite of this result, classical Monte Carlo simulations were carried out for the cisplatin reaction using both LJ parameters sets. After all structural analysis of the species in solution only for the results without BSSE correction, were found two axial water molecules that is needed to stabilize these structures in solution. This fact confirms that set 2 of LJ parameters is the most applicable to the study of cisplatin and analogues in solution.
Subject: Método de Monte Carlo
Físico-química
Química inorgânica
Cancer Quimioterapia
Agentes antineoplásicos
Quimica quantica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-86BVMY
Issue Date: 19-Feb-2009
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