52
1 UNIVERSITATEA ALEXANDRU IOAN CUZAdin IA܇I FACULTATEA DE FIZICĂ CONTRIBU܉II LA INTERPRETAREA INTERAC܉IUNILOR INTERMOLECULARE ALE UNOR MOLECULE DE INTERES BIOMEDICAL PE BAZA TEORIILOR SOLVATOCROMICE Rezumatul tezei de doctorat Doctorand, Antonina Gri܊co (căs. Todira܈cu) Coordonator ܈tiin܊ific, Prof. Univ. Em. Dr. Dana Ortansa Dorohoi - IA܇I - 2018

&2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

  • Upload
    others

  • View
    11

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

1

UNIVERSITATEA “ALEXANDRU IOAN CUZA” din IA I

FACULTATEA DE FIZIC

CONTRIBU II LA INTERPRETAREA INTERAC IUNILOR

INTERMOLECULARE ALE UNOR MOLECULE DE INTERES

BIOMEDICAL PE BAZA TEORIILOR SOLVATOCROMICE

Rezumatul tezei de doctorat

Doctorand,

Antonina Gri co (c s. Todira cu)

Coordonator tiin ific,

Prof. Univ. Em. Dr. Dana Ortansa Dorohoi

- IA I -

2018

Page 2: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

2

Universitatea “Al. I. Cuza” din Ia i

Facultatea de Fizic

În aten ia

V facem cunoscut faptul c în data de 20 septembrie 2018, ora 09:00, în sala L1, d-na

Antonina GRI CO (c s. TODIRA CU) va sus ine în edin public , teza de doctorat intitulat :

“Contribu ii la interpretarea interac iunilor intermoleculare ale unor molecule de

interes biomedical pe baza teoriilor solvatocromice”

în vederea ob inerii titlului tiin ific de Doctor în domeniul fundamental tiin e Exacte, domeniul

Fizic .

Comisia de doctorat are urm toarea componen :

Pre edinte:

Prof. Univ. Dr. Diana MARDARE Director al colii Doctorale, Facultatea de Fizic

Universitatea “Alexandru Ioan Cuza: din Ia i Conduc tor tiin ific:

Prof. Univ. Em. Dr. Dana Ortansa DOROHOI Universitatea “Alexandru Ioan Cuza: din Ia i, Facultatea de Fizic

Referen i:

Prof. Univ. Dr. Simion A TILEAN Universitatea “Babe -Bolyai” Cluj-Napoca, Facultatea de Fizic Prof. Univ. Dr. Dorina Emilia CREANG

Universitatea “Alexandru Ioan Cuza: din Ia i, Facultatea de Fizic Prof. Univ. Dr. Mihaela Cristina BAICAN Universitatea de Medicin i Farmacie “Gr. T. Popa” Ia i

V invit m s participa i la edin a public de sus inere a tezei.

Teza poate fi consultat la Biblioteca Facult ii de Fizic .

Page 3: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

3

MUL UMIRI

Îi mul umesc în primul rând, doamnei prof. univ. dr. em. Dana Ortansa

Dorohoi, conduc toarea tezei de doctorat pentru r bdarea i profesionalismul cu care m-

a îndrumat în timpul realiz rii acestei teze. Îi voi fi mereu recunasc toare pentru

încrederea acordat i sprijinul oferit atât pe plan profesional cât i pe plan personal.

Calde mul umiri se îndreapt c tre doamna prof. univ. dr. Dorina Emilia

Creangă pentru suportul logistic, indica ii i sprijinul moral oferite pe parcursul celor

patru ani de studii doctorale, precum i d-rei dr. Mihaela Liliana Ivan pentru colaborare

fructuoas în realizarea unora dintre obiectivele tezei.

Mul umesc membrelor Comisiei de îndrumare a tezei, respective d-nei prof.

univ. dr. em. Dorina Emilia Creangă, d-lui conf. univ. dr. Dan Gheorghe Dimitriu, d-lui

conf. univ. pr. Silviu Gurlui pentru ajutorul i sugestiile oferite în realizarea acestei teze.

Nu în ultimul rând, îi mul umesc membrilor Comisiei de examinare a tezei: d-

na prof. univ. dr. Diana Mardare (pre edintele Comisiei), d-ul prof. univ. dr. Simion

Aștilean, d-na prof. dr. univ. Dorina Emilia Creangă i d-na prof. Mihaela Pascu, care

au avut r bdarea i bun voin a de a-mi analiza teza i de a-mi oferi observa ii despre

anumite aspecte ale acestei lucr ri.

De asemenea, a dori s mul umesc familiei mele, în special so ului i mamei

pentru ajutorul, în elegerea i r bdarea oferite, f r de care nu a fi putut s finalizez

aceast tez .

Page 4: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

4

CUPRINS

Cuprins...........................................................................................................................................................2

Lista de abrevieri.......................................................................................................................................4

Introducere..................................................................................................................................................5

Scopul studiului.........................................................................................................................................7

PARTEA I. Aspecte teoretice generale............................................................................................8

CAPITOLUL I. Principalele caracteristici ale stării lichide. Interacțiuni intermoleculare în lichide.....................................................................................................................8

I.1 Caracteristicile fizico-chimice ale lichidelor..........................................................................8

I.2 Clasificarea lichidelor.....................................................................................................................10

I.3 Forţe intermoleculare în lichide................................................................................................11

I.4 Utilizarea metodelor solvatocromice la determinarea parametrilor electro-optici

ai moleculelor aflate în stare excitată.....................................................................................….…13

I.5 Tipuri de tranziții electronice......................................................................................................15

I.6 Relaţii cantitative bazate pe teoria lui Bakhshiev..............................................................18

I.7 Elemente de modelare moleculară............................................................................................21

Bibliografie.................................................................................................................................................24

PARTEA a II-a CONTRIBUȚII PERSONALE..................................................................................26

CAPITOLUL II

Studii cuanto-chimice și spectrale ai unor compuși de interes biomedical....................26

II.1 Studii cuanto-chimice și spectrale ale unor derivați ai tetraciclinei.........................26

II.1.1 Studiul computaţional al unor derivaţi ai tetraciclinei...............................................30

II.1.2 Analiza spectrală a clortetraciclinei în soluţii binare şi ternare............................34

II.1.3 Studiul spectrelor de fluorescenţă ale clortetraciclinei.............................................39

II.1.4 Determinarea parametrilor electro-optici ai clortetraciclinei în stare excitat ........42 Concluzii............................................................................................... ............................47 II.2 Studiul computa ional i spectral al unor biomateriale utilizate în implanturi dentare ..................................................................................................................... ........48 II.2.1 No iuni introductive...............................................................................................48 II.2.2 Studiul computațional al compusului tetraetilortosilicat (TEOS).......................49

II.2.3 Studiul experimental al biocompatibilit ii ale unor sisteme aluminosilicate folosite

Page 5: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

5

în implanturi dentare…………………………………………………………………...53 Concluzii…………………………………………………………………………….…58 Bibliografie........................................................................................... ...........................59 CAPITOLUL III

Studiul solvatocromic şi computaţional al unor derivaţi ai benzo-[f]-chinolinei......61

III.1 Studiul comparativ a două benzo-[f]-chinolinium ilide carbanion mono-

substituite..................................................................................................................................................62

III.2 Studiul comparativ a trei benzo-[f]-chinolinium cicloaducţi....................................72

III. 2.1. Studiul computaţional.........................................................................................................72

III.2.2 Studiul spectral al derivaţilor benzo-[f]-chinolinei.................................................80

Concluzii....................................................................................................................................................83

Bibliografie...............................................................................................................................................84

CAPITOLUL IV. Studiul computaţional şi spectral al unor piridazinium ilide carbanion monosubstituite...............................................................................................................87

IV.1 Clasificarea piridazinium ilidelor studiate.......................................................................87

IV.2 Caracterizarea cuanto-mecanică a moleculelor studiate P şi P .........................90

IV.3 Calculul contribuțiilor diferitelor tipuri de interacțiuni în cazul lui P și P ....99

IV.4 Determinarea momentului de dipol al moleculelor P și P ..................................102

Concluzii..................................................................................................................................................105

Bibliografie.............................................................................................................................................106

Concluzii generale...............................................................................................................................108

Perspective de viitor..........................................................................................................................110 Lista lucrărilor publicate.................................................................................................................111 Lista participărilor la evenimente științifice..........................................................................113

Obs:

Rezumatul tezei de doctorat p streaz numerotarea capitolelor, subcapitolelor,

figurilor, formulelor i a tabelelor din tez .

Page 6: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

6

INTRODUCERE

Noţiunea de solvatocromie este utilizat în descrierea unei modific ri în poziţia sau în intensitatea unei benzi de absorbţie din domeniul UV-Viz ce însoţesc o modificare în polaritatea mediului. Orientarea moleculelor de solvent în jurul solvitului, în absenţa interacţiunilor specifice solvit-solvent, este determinat de c tre momentul de dipol. Formarea leg turilor de hidrogen deplaseaz batocrom benzile de absorbţie la moleculele în care momentul de dipol al st rii excitate este mai mare decât cel al st rii fundamentale.

Pentru a evidenţia tipurile de forţe intermoleculare ce se manifest în soluţiile compuşilor organici, s-au corelat deplas rile de frecvenţ m surate în spectrele electronice ai moleculei studiate cu anumiţi parametri macroscopici ai solventului (indicele de refracţie, constanta dielectric etc). De-a lungul timpului au fost propuse diverse modele matematice cu scopul de a exprima cantitativ m rimea diferitelor tipuri de interacţiuni intermoleculare solvit-solvent în funcţie de parametrii fizici macroscopici (permitivitatea dielectric ε, indicele de refracţie n) şi cei microscopici (momentul dipolar electric şi polarizabilitatea α) ai partenerilor de interacţiune: începând cu modelul propus de Onsager, modelul lui Abe, urmând cu modelul propus de Bayliss şi McRae, Lippet, Bakhshiev, Reichardt şi de mulţi alţi cercet tori. Modelul folosit în aceast lucrare este cel al lui Bakhshiev.

Modelarea molecular presupune reconstituirea principalilor parametri structurali şi energetici ai unui sistem molecular studiat, care conduc la posibilitatea estim rii unor caracteristici m surabile şi prin metode fizico-chimice experimentale. Programul HyperChem, utilizat în aceast tez , permite simularea spectrelor electronice de absorb ie (SEA) ale compu ilor investiga i pe baza metodelor semiempirice, cu ajutorul a diver i algoritmi. Aceste spectre redau dependen a t riei oscilatorului de pozi ia maximelor benzilor de absorb ie corespunz toare domeniului UV-Viz. Spectrele electronice calculate depind de num rul de orbitali moleculari (OM) între care se consider tranzi ia electronic , dar i de valoarea energiei de tranzi ie (ΔE). Metodele utilizate în aceast tez au fost PM3 (Parametrization Method, versiunea 3) i DFT, care permit estimarea prin metode computaţionale, bazate pe principiile chimiei cuantice, determinarea parametrilor enumarați mai sus, precum i a celor mai importanţi parametri energetici şi structurali ai unui sistem molecular.

Page 7: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

7

Lucrarea de fa este structurat în dou p r i, având în total patru capitole. În prima parte (capitolul I) am prezentat câteva no iuni generale despre principalele caracteristici ale st rii lichide, o scurt clasificare a lichidelor i a tipurilor de tranzi ii electronice, precum i câteva metode solvatocromice utilizate în determinarea parametrilor electro-optici ale moleculelor aflate în stare excitat (teoria lui Bakhshiev).

Partea a II-a cuprinde contribu iile personale (capitolele II-IV). În capitolul II sunt expuse detalii despre studiul efectului solventului asupra spectrelor electronice ale clortetraciclinei (CTC) şi investigarea unor propriet ţi fluorescente, CTC fiind bine cunoscut pentru activitatea sa antimicrobian . S-au preg tit soluţii binare şi ternare prin dizolvarea moleculei spectral active studiate atât în solvenţi puri, cât şi în amestecuri de ap şi propanol/butanol în diverse raporturi volumice. În urma înregistr rii SEA, atât în vizibil cât şi în ultraviolet, s-au identificat frecvenţele în maximele benzilor de absorbţie din vizibil, respectiv ultraviolet, pentru fiecare soluţie studiat i s-au eviden iat principalele tipuri de interac iuni solut-solvent la diferite concentra ii, prin corelarea liniar între frecven a maximului benzii de absorb ie a CTC i f(ε) i f(n).

Capitolul III, intitulat “Studiul solvatocromic i computa ional al unor deriva i ai benzo-[f]-chinolinei”, prezint rezultatele studiului comparativ a dou benzo-[f]-chinolinium ilide carbanion monosubstituite (BQY1 i BQY2), precum i studiul comparativ (computa ional i spectral) a trei benzo-[f]-chinolinium cicloaduc i (BQD1, BQD2 i BQD3). Aceste molecule au fost analizate în scopul unei posibile utiliz ri ale acestora ca indicatori de pH sau coloranţi.

Capitolul IV este dedicat studiului spectral i computa ional ale unor piridazinium ilide carbanion monosubstituite (P1 i P2). S-a urm rit comportarea benzii cu transfer de sarcin (TIS) la modificarea naturii solven ilor utiliza i i s-au calculat (prin modelare molecular ) spectrele electronice de absorb ie prin ambele criterii (orbital i energetic). Au fost calculate contribu iile (în procente) ale tipurilor de interacţiuni ce

produc deplas ri ale benzilor electronice cu TIS în cazurile celor dou piridazinium ilide studiate, precum i modulul vectorului dipol moment în starea excitat a moleculei, în ipoteza c tranzi ia între nivelurile energetice participante nu mofific polarizabilitatea moleculei. Folosind metoda variaţional am estimat unghiul φ dintre momentele de dipol electric în st rile electronice participante la tranziţia cu transfer intramolecular de sarcin (TIS).

Page 8: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

8

SCOPUL STUDIULUI

Aceast tez de doctorat se axeaz pe rezultatele publicate i prezentate la diferite conferin e în cadrul studiilor doctorale.

Ne-am propus continuarea studiilor preliminare cu privire la compatibilitatea unor molecule organice cu esuturile biologice, ale c ror rezultate au fost publicate deja [1,2] din lista de lucr ri. Aceste rezultate se refer la testarea stabilit ii unor compu i organici în prezen a lichidului biologic simulat (SBF-simulated body fluid), compu i utilizabili în tratamentul unor afec iuni dentare.

Scopul acestei teze de doctorat a fost focalizat pe studiul influen ei de solvent asupra spectrelor electronice de absorb ie (SEA) în solu ii diluate cu molecule organice de interes biomedical (deriva i ai tetraciclinei, piridazinium ilide carbanion monosubstituite, deriva i ai benzo-[f]-chinolinei). În vederea stabilirii naturii i estim rii contribu iilor fiec rui tip de interac iune, am înregistrat SEA pentru compu ii studia i i am prelucrat datele folosind metode statistice utilizate în solvatocromie. Rezultatele ob inute ne-au permis s stabilim contribu ia fiec rui tip de interac iune la deplasarea total a benzelor electronice de absorb ie .

Parametrii energetici, structurali i eletro-optici ai compu ilor analiza i au fost determina i pe baza studiilor computa ionale, utilizând programul HyperChem.

Rezultatele solvatocromice si computa ionale au fost utilizate i pentru estimarea momentelor de dipol în st rile excitate ale moleculelor, precum i a polarizabilit ii lor folosind metoda varia ional . Prin aceast metod am estimat unghiului φ dintre momentele de dipol electric din st rile electronice corespunz toare apari iei benzilor electronice de absorb ie.

Rezultatele ob inute vor permite caracterizarea moleculelor studiate din punct de vedere al reactivit ii i al interac iunii lor cu celulele vii.

Page 9: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

9

PARTEA I. Aspecte teoretice generale CAPITOLUL I

PRINCIPALELE CARACTERISTICI ALE ST RII LICHIDE INTERAC IUNI INTERMOLECULARE ÎN LICHIDE

I.1 Caracteristicile fizico-chimice ale lichidelor Starea lichid este o stare de agregare a materiei, cuprins între limita de

stabilitate a st rii solide şi cea a st rii gazoase, pentru o densitate şi o temperatur date, cu mici excepţii [3-5].

Densitatea substanţei în stare lichid este mult mai mare ca densitatea fazei gazoase, dar mai mic decât densitatea fazei solide, excepţie f când apa, care la 4˚C are densitatea mai mare decât densitatea ei în stare solid .

Forţele de interacţiune dintre sisteme atomice împreun cu mişcarea de agitaţie termic sunt cele care determin distanţele dintre elementele de structur din starea lichid , adic , pentru o aceeaşi stare de agitaţie termic , cu cât forţele de atracţie sunt mai mari, cu atât distanţele dintre sistemele atomice sunt mai mici.

Coeficienţii de difuzie ai gazelor sunt mult mai mari decât ai lichidelor, respectiv ai solidelor. Ordinul de m rime al coeficienţilor de difuzie pentru faza lichid este, în general, cam de 100 de ori mai mare ca al fazei solide.

Spre deosebire de starea solid caracterizat prin ordine pe distanţa mare şi de starea gazoas caracterizat printr-o total lips de ordine, în lichide exist regiuni de ordine local cu dimensiuni de câteva diametre moleculare. Mişcarea de translaţie a domeniilor de ordine local din lichide se exprim prin mişcarea centrelor de mas ale acestor domenii, denumite şi centre de ordine locală. În interiorul acestor structuri locale particulele au mişc ri de vibraţie i rota ie ca la solide.

Deci, lichidele se comport ca şi solidele în intervale de timp mai mici decât , dup care ordinea local se stric şi apare comportarea de gaz.

I.2 Clasificarea lichidelor Lichidele se clasific în [6-8]: I. Lichide simple, sunt formate din molecule aproximativ sferice, f r momente

dipolare, forţele de interacţiune fiind de tip van der Waals, nesaturate şi neorientate,:

Page 10: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

10

a) lichidele monoatomice sau cu molecule aproximativ sferice (argonul, tetraclorura de carbon etc);

b) lichidele formate din molecule biatomice homonucleare (hidrogenul, azotul etc) cu molecule nepolare care pot avea îns momente de ordin superior;

c) metale pure în stare lichid (aurul, sodiul, mercurul etc), în care elementele de structur sunt ionii.

II. Lichide complexe:

a) lichide polare (acetonitril, cloroform, clorbenzen etc) având molecule cu momente dipolare permanente;

b) lichidele cu molecule asociate (apa, alcoolii etc) între moleculele c rora se pot forma punţi de hidrogen

c) cristale lichide.

Teoretic, lichidele simple sunt studiate cu ajutorul funcţiilor de corelaţie, care îns pot fi folosite selectiv şi la lichidele complexe, al turi de modelele de lichide care dau numai o descriere particular a lichidelor.

În cazul lichidelor complexe nu exist o teorie unitar , îns , pentru diverse tipuri de lichide şi pentru intervale de temperatur bine determinate, exist modele de lichide cu ajutorul c rora pot fi studiate cu rezultate destul de bune şi aceste lichide.

Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid pur [9,10] şi modelul statistic al soluţiilor cu trei componente.

I.3 For e intermoleculare în lichide Interacţiunile dintre sarcinile electrice conţinute în atomi dau naştere unor forţe

intermoleculare, a c ror intensitate şi orientare variaz cu distanţa la care se afl o molecul faţ de cealalt .

Dup natura lor, forţele intermoleculare se împart în [11]: 1) forţele intermoleculare de atracţie; 2) forţele intermoleculare de repulsie; 3) forţele intermoleculare cu transfer de sarcin . Interacţiuni intermoleculare sunt puternice în mediile condensate (lichide şi

solide) şi se diminueaz la gazele reale. Între o molecul solvit şi moleculele unui solvent se pot manifesta urm toarele tipuri de interacţiuni:

Page 11: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

11

a) interacţiuni dintre dipolii electrici permanenţi ai moleculelor (dac ambele specii moleculare se caracterizeaz prin momente dipolare nenule) - forţe de orientare Keesom [12];

b) interacţiuni între momentele dipolare permanente ale moleculelor solventului şi momentele dipolare induse de acesta în moleculele solvite: forţe de polarizare-inducţie);

c) interacţiuni care pot ap rea chiar atunci când ambele specii moleculare aduse în contact sunt nepolare, dar din cauza mişc rii browniene, deform rile temporare ale norilor electronici moleculari duc la apariţia unor momente dipolare elctrice mici: interacţiuni de dispersie (forţe de dispersie London [13]);

d) în cazul când structurile moleculare respective o permit, pot s apar interacţiuni de tipul leg turilor de hidrogen, care îns nu mai au caracter universal, de volum (nu mai implic toate moleculele dintr-un volum considerat), aşa-numitele interacţiuni specifice sau punţi de hidrogen [14].

I.4 Utilizarea metodelor solvatocromice la determinarea parametrilor electro-optici ai moleculeor aflate în stare excitat

Mişc rile sistemelor atomice din lichide pot fi clasificate în: mişc ri de vibraţie şi de rotaţie, în interiorul zonei ordonate, la fel ca în

cazul solidelor; mişc ri de translaţie împreun cu domeniul de ordine (mişc ri dezordonate

descrise de centrul de ordine); mişc ri dezordonate când molecula face parte din zona de dezordine. Din aceast cauz , energia de interacţiune dintre perechile de particule depinde

de distanţa dintre centrele acestor molecule, sc zând odat cu creşterea acesteia. St rile energetice ale sistemelor atomice şi moleculare pot fi influenţate de

temperatură. Astfel, la temperaturi joase (temperatura camerei) majoritatea moleculelor se

afl în st ri energetice inferioare, numite st ri fundamentale. La creşterea temperaturii proporţia moleculelor aflate în st ri energetice

superioare creşte, deoarece creşte şi energia de vibraţie. Deplas rile spectrale ofer informaţii despre structura electronic a solvitului şi

despre procesele ce au loc la nivel molecular. Acestea sunt în strâns leg tur cu natura şi t ria interacţiunilor moleculare dintre moleculele de solvit şi cele ale solventului [15,16] .

Page 12: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

12

Deplasarea spectral total în lichide poate fi influenţat de interacţiunile de orientare-inducţie, de polarizare, de dispersie şi de interacţiuni specifice.

Pentru a determina contribuţia fiec rui tip de interacţiune la deplasarea spectral total , se foloseşte relaţia (1):

43210 )()( CCnfCfC (1)

C1, C2, C3 şi C4, se determin prin metoda regresiei liniare multiple,

cunoscând numerele de und din maximele benzilor din spectrele electronice de absorbţie înregistrate în mai mulţi solvenţi cu parametrii f(ε), f(n), β şi α cunoscuţi [17].

De-a lungul timpului au fost propuse diverse modele matematice cu scopul de a exprima cantitativ intensitatea diferitelor tipuri de interacţiuni intermoleculare solvit-solvent în funcţie de parametrii fizici macroscopici (permitivitatea dielectric ε, indicele de refracţie n) şi cei microscopici (moment dipolar electric şi polarizabilitatea α) ai componenţilor mediului condensat: începând cu modelul propus de Onsager, modelul lui Abe, urmând cu modelul propus de Bayliss şi McRae [18], Bakhshiev i Reichardt [19].

I.5 Tipuri de tranzi ii electronice Tranziţiile electronice în domeniul UV-Viz constau în excitarea unui electron de

valenţ situat într-un orbital molecular (OM) de leg tur sau π, sau într-un orbital de neleg tur n, spre un OM de antilegatur * sau π* (Fig. I.1). Tanziţiile electronice care pot avea loc între orbitalii moleculari ai moleculelor organice sunt:

tranziţii σ→σ*, conform c rora un electron poate fi promovat dintr-un OM de legatur în cel de antilegatur * (figura I.1). Datorit valorilor mari corespunz toare diferenţei dintre nivelele energetice ale OM de legatur şi OM de antilegatur * (aprox.185 kcal/mol), producerea acestei tranziţii necesit radiaţii UV cu lungimi de und scurte ( ≈150 nm).

tranziţii n→σ*, în care un electron provenind dintr-o pereche de electroni neparticipanţi la leg turi (n) ai unui heteroatom, poate fi promovat dintr-un orbital atomic într-un orbital molecular de antileg tur *. Sunt tranziţii permise de regulile de selecţie şi conduc la înregistrarea unor benzi intense în spectrul UV, situate la valori mici ale lungimii de und ( ≈150-250 nm).

tranziţii π→π* în decursul c rora un electron poate fi promovat dintr-un orbital molecular de legatur π în cel de antilegatur π*. Aceste tranziţii apar la lungimi de und situate în domeniul de m sur uzual (UV apropiat şi vizibil) şi sunt cel mai mult studiate

Page 13: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

13

din punct de vedere experimental. Benzile corespunz toare tranziţiilor π→π* au intensit ţile cele mai mari din spectrele UV-Viz.

tranziţii n→π* în care un electron provenind dintr-o pereche de electroni neparticipanţi la leg turi (n) ai unui heteroatom, poate fi promovat dintr-un orbital atomic într-un orbital molecular de antilegatur π*. Aceste tranziţii sunt ”interzise” din punct de vedere al regulilor de selecţie (din considerente de simetrie) astfel încât probabilitatea producerii lor este destul de mic , iar intensitatea benzilor corespunz toare din spectrele UV-Viz este foarte sc zut .

Fig. I.2 Principalele tranziţii electronice care pot avea loc între orbitali moleculari.

I.6 Rela ii cantitative bazate pe teoria lui Bakhshiev

În cazul interacţiunilor dispersive teoria arat c num rul de und disp în

maximul unei benzi electronice de absorbţie a unei molecule solvite într-un solvent nepolar caracterizat de un indice de refracţie n şi un potenţial de ionizare I – în comparaţie cu cel al moleculei în stare izolat - este o funcţie de acest indice de refracţie (n) al solventului care se poate scrie sub forma ecuaţiei (4):

( ) ( )2n

1n

'II

'I I

a2

3vhchc

2

2

3eg0disp.disp+

-

+-=-= aannD

(4) În aceast formul mai intervin num rul de und al moleculei în stare izolat ,

0 , raza moleculei solvite, a şi polarizabilitatea aceleiaşi molecule în st rile electronice

fundamental g şi excitat e. La deducerea acestei relaţii s-au f cut unele aproximaţii şi anume: ambele molecule sunt nepolare, iar solvitul este o molecul polarizabil [21].

În cazul interacţiunilor de polarizare s-a obţinut urm toarea relaţie:

Page 14: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

14

2n

1n

am8

fhc)(hchc

2

2

30

2

0.pol.pol+

--=-=

npnnnD

(5) Unde: m este masa moleculei solvite, f este t ria oscilatorului asociat tranziţiei de absorbţie – legat de suprafaţa

integral a benzii de absorbţie. Interacţiunile de orientare-inducţie conduc la relaţia (6):

( ) ( )

ïþ

ïýü

ïî

ïíì

+

--+

úúû

ù

êêë

é

+

--

+

--

+

+-=-=

2n

1n

a2n

1n

2

1

a

cos2

2n

1n2)(hchc

2

2

3

2eg

2

2

3

egg

2

2

0.ind.or.ind.or

mm

e

ejmmmnnnD

(6) unde este permitivitatea electric a solventului, iar µg şi µe sunt momentele

dipolar-electrice în stare fundamental şi respectiv excitat ale moleculei solvite [22]. În cazul cel mai general, când coexist toate aceste tipuri de interacţiuni

universale se poate scrie: ( ).ind.or.pol.disphchc nDnDnDnD ++=

(7) adic :

( )( ) ( )

( )2

1

a

cos2

2n

1n2

2n

1n

aa

cos2

2n

1n2

am8

fhc

'II

'I I

a2

3hc

3

egg

2

2

2

2

3

2eg

3

egg

2

2

30

2

3eg

+

--

+

+-

-+

-

ïþ

ïýü

ïî

ïíì

úúû

ù

êêë

é --

-

+

++-

+-=

e

ejmmm

mmjmmm

npaanD

(8) Toate tipurile de interacţiuni intermoleculare universale, care contribuie la

deplasarea spectral a benzilor electronice de absorbţie, depind de parametrii macroscopici ai solventului n (indicele de refracţie ) şi ε (constanta dielectric ), astfel încât se poate scrie şi:

21

)(21

)( 2

2

nB

n

nnAhc (9)

unde:

3

22

2

2

30

2

3 212

8``

23

)(an

n

am

fhc

II

II

anA

eg

eg

(10)

Page 15: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

15

( )

( )3

egg

2

2

a

cos2

2n

1n2nB

jmmm -

+

+-=

(11)

Termenul A(n) corespunde sumei primilor doi termeni din ecuaţia (10), care

descriu forţele de dispersie-polarizare, pe când termenul B(n) corespunde forţelor de tip orientare-inducţie.

I.7 Elemente de modelare molecular

Modelarea molecular presupune reconstituirea principalilor parametri structurali şi energetici ai unui sistem molecular studiat, care conduc la posibilitatea estim rii unor caracteristici m surabile şi prin metode fizico-chimice experimentale.

Metodele computaţionale împreun cu calculele de chimie cuantic pot ajuta într-o m sur foarte mare la determinarea structurilor moleculare, la interpretarea SEA cât şi la calculul unor parametri fizico-chimici care nu pot fi determinaţi experimental.

Exist mai multe programe de modelare molecular şi de vizualizare a datelor obţinute cu ajutorul lor, cel folosit în teza de faţ fiind HYPERCHEM [23,24].

Metoda aleas pentru studiul compu ilor din aceast tez este metoda PM3, care permite estimarea prin metode computaţionale, bazate pe principiile chimiei cuantice ai celor mai importanţi parametri energetici şi structurali ai unui sistem molecular:

a) Energia totală a unei molecule reprezint suma energiilor de mişcare a electronilor din molecul şi a nucleelor atomice (mişc ri de vibraţie şi de rotaţie) la care se mai adaug şi energia intern nuclear (ipoteza Hartree-Fock):

Etotală= Eelectronică+ Evibraţie+Erotaţie+Enucleară (12) b) Energia de legătură reprezint energia de leg tur a atomilor care

interacţioneaz formând molecula studiat ; rezult din algoritmi de calcul cuantum-chimici de tipul formalismului Hartree-Fock, conform c ruia funcţia de und a unei molecule Ψmolec este o combinaţie liniar de funcţiile de und atomice Ψ1, Ψ2 etc:

Ψmolec= a1∙ Ψ1 + a2∙ Ψ2 + ... In aceste condiţii rezolvarea ecuaţiei de funcţii proprii şi valori proprii (12)

conduce la energia de leg tur ca valoare proprie [26]. c) Energia liberă reprezint diferenţa dintre energiile în st rile legate (suma

energiilor atomice şi a interacţiunilor între atomii constituenţi) şi nelegate (doar sumarea

Page 16: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

16

energiilor atomii constituenţi) ale unui sistem. De regul , aceast energie are valori negative.

d) Căldura de reacţie ∆H sau entalpia de reacţie este, de fapt, variaţia entalpiei la trecerea de la reactanţi la produşi de reacţie (de exemplu: la formarea unei molecule) – conform ecuaţiei termodinamicii; entalpia de reac ie este: ∆H = ∆U + p∙∆V.

BIBLIOGRAFIE

[1]. Antonina Gri co, M. Moldovan, R. Grecu, V. imon, Thermal and Infrared Analyses of Aluminosilicate Glass Systems for Dental Implants, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 7, No. 6, (Dec. 2005) p. 2845-2847.

[2]. V. imon, D. Eniu, Antonina Gri co, S. imon, Thermal and Spectroscopic Investigation of sol-gel Derived Aluminosilicate Bioglass Matrices, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 9, No 11, (2007) 3368-3371.

[3]. V. Georgescu, M. Sorohan – Fizica molecular , Editura Univ. Al. I. Cuza, Iaşi (1996).

[4]. G. de With - Liquid-State Physical Chemistry: Fundamentals, Modeling, and Applications, Wiley (2013).

[5]. P Atkins – Physical Chemistry, Oxford University Press (1998). [6]. L. Georgescu, E. Barna, D. Borşan, V. Popa Niţ , V. Dima, N. Stamatin, Fizica

St rii lichide şi a cristalelor lichide, Ed. Univ. Bucureşti (1987). [7]. I. Murgulescu, E. Segal – Introducere în chimia fizic , Editura Academiei

Romîne, Bucureşti (1976) . [8]. D. Dorohoi – Fizica st rii lichide, Editura Gama (1995). [9]. T. Abe, Theory of solvent effects on Molecular Electronic Spectra. Frequency shifts, Bull. Chem. Soc. Japan, 38 (1965).

[10]. T. Abe, Y. Amako, T. Nishioka, H. Azumi, The Dipole Moments and Polarizabilities in the Excited States of Naphthalene from Spectral Solvent Shifts, Bull. Che. Soc. Japan, 39, p.845 (1966).

[11]. H. Ratajczak, W. J. Orville-Thomas - Molecular Interactions, vol I, Wiley, New York (1980).

[12]. W. H. Keesom – Die van der Waalschen Kohäsionkräfte, Physik Z. 22, 129 (1921).

[13]. F. London – Zur Theorie und Systematik der Molekularkräfte, Physik Z. 63, (1930).

[14]. G. Gilli, Paola Gilli - The Nature of the Hydrogen Bond. Outline of a Comprehensive Hydrogen Bond Theory, Oxford University, Press (2009).

Page 17: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

17

[15]. M. Dimitriu, D. G. Dimitriu, D. O. Dorohoi, Supply to the Spectral Shifts of each Type of Intermolecular Interactions in Binary Solutions, J. of Optoelectronics and Advanced Materials, 2 (12) 867-870.

[16]. C. N dejde, D. E. Creang , I. Humelnicu, D. O. Dorohoi, Study of Intermolecular Interactions in Rifampicin Solutions. Calculation of Microscopic Parameters of Rifampicin Molecules, J. Mol. Liq. 150 (1-3) (2009) 51-55.

[17]. M. J. Kamlet, J. I. Abboud, M. Abraham, R. W. Taft, The Linear Energy Relationships 23.A Comprehensive Collection of the Solvatochromic Parameters, , α i β and some Methods for Simplifying the General Solvatochromic Equation, J. Org. Chem. 48 (1984) 2877-2887.

[18]. E. G. McRae, Theory of Solvent Effects on Molecular Electronic Spectra. Frequency Shifts, Bull. Chem. Soc. Jpn., 38(8) (1965) 1314-1318.

[19]. C. Reichardt, Solvent and Solvent Effects in Organic Chemistry, 3rd, updated and enlarged edition, Wiley-VCH (2003).

[20]. L. David, O. Cozar, C. Cristea, L. Gaina, Identificarea Structurii Moleculare prin Metode Spectroscopice, Presa Universitar Clujean (2004).

[21]. N. G. Bakhshiev, Spectroscopy of Intermolecular Interactions (Spectroscopia Mejmoleculiar’h Vzaimodeistvii), Leningrag, Ed. Nauka, (1972).

[22]. N. G. Bakhshiev, Intermolecular Repulsion Forces and Optical Spectra of Molecules in Solutions, Optics and Spectroscopy, 72 (1) (1992) 53-56.

[23]. http://www.hyper.com/Products/HyperChemProfessional/tabid/360/Default.aspx

[24]. HyperChem 7.5, Molecular Visualization and Simulation Program Package, Hypercube, Gainsville, Fl. 32601 (2002).

[25]. T. Schlick, Molecular Modeling and Simulation. An Interdisciplinary Guide, Springer Verlag. New York (2002).

[26]. W. J. Hehre, A Guide of Molecular Mechanics and Quantum Chemical Calculations. Wavefunction, Irvine (2003).

Page 18: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

18

PARTEA a II-a. CONTRIBU II PERSONALE CAPITOLUL IISTUDII

CUANTO-CHIMICE SI SPECTRALE ALE UNOR DERIVA I AI TETRACICLINEI

No iuni introductive

Antibioticele sunt definite ca substanţe utilizate pentru distrugerea agenţilor patogeni.Primul antibiotic – Penicilina – a fost descoperit în 1929 din mucegaiul Penicillium notatum, dar abia în 1940 un colectiv condus de Alexander Flemming [1] a izolat şi preparat în stare purificat şi concentrat penicilina, una din marile realiz ri ale omenirii.

Acţiunea antimicrobian a antibioticelor nu este egal asupra tuturor germenilor, intensitatea acţiunii lor alc tuind ceea ce se numeşte spectru bacterian.Din acest punct de vedere exist [2,3]:1) antibiotice cu spectru larg, care acţioneaz asupra unui num r mare de bacterii gram-pozitive si gram-negative; 2) antibiotice cu spectru îngust, acestea având o acţiune foarte selectiv .

Test rile clinice au ar tat c tetraciclinele prezint o toxicitate sc zut şi un larg câmp de aplicare terapeutic , ceea ce a dus la începerea producerii lor pe scar larg . Cele mai importante deosebiri dintre ele sunt stabilitatea mai mic a clortetraciclinei în anumite condiţii in vitro i toxicitatea clinic mai mic a tetraciclinei. Clortetraciclina şi oxitetraciclina se obţin din actinomicetele Streptomyces aureofacies şi Streptomyces

rimosus.

Tetraciclina a fost izolat în 1953. Denumirea tetraciclinelor provine de la structura lor, un nucleu naftacencarboxamidic cu patru cicluri care prezint diferiţi radicali ce definesc compuşii derivaţi (figura II.1).

Page 19: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

19

Fig.II.1 Formula structurală a tetraciclinelor

II.1. Studiul computa ional al unor deriva i ai tetraciclinei

Formulele compuşilor studiaţi (tetraciclina, clortetraciclina şi oxitetraciclina) se obţin din figura II.1, înlocuind radicalii R1 şi R2 cu diferite grup ri. Astfel, dac :

. a) R1 - H şi R2 – H, obţinem tetraciclina (figura II.2 a)

. b) R1 - H şi R2 – Cl, compusul rezultat este clortetraciclina (figura II.2 b)

. c) R1 - OH şi R2 – H: oxitetraciclina (figura II.2 c)

Programul utilizat pentru studiul celor trei compuşi a fost HyperChem, iar metoda aleas - PM3 [12], util la calculul parametrilor energetici, structurali şi electro-optici ai unor molecule relativ mici. Structurile moleculelor au fost optimizate utilizând algoritmul Polak-Ribiere din cadrul aceluiaşi program (figura II.2) [13].

a) tetraciclina

b) clortetraciclina

Page 20: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

20

c) oxitetraciclina

Fig. II.2 Formulele structurale optimizate ale derivaţilor studiaţi, în care: turcoaz – carbon, alb-hidrogen, rosu-oxigen, albastru-azot, verde-clor.

Tabel II.1 Principalii parametri energetici ai tetraciclinelor studiate

Parametrii energetici Tetraciclina Clortetraciclina Oxitetraciclina

Energia total (kcal/mol) -130298.589 -137246.51 -137072.46

C ldura de formare (kcal/mol) -5981.904 -5962.589 -6083.259

Energia de leg tur kcal/mol) -269.404 -273.201 -311.188

ΔE=IEHOMO -ELUMOI (eV) 7.860 7.649 7.719

Din tabelul II.1 se observ c cel mai stabil compus este clortetraciclina, deoarece are energia total , în valoare absolut , cea mai mare.

II.2 Analiza spectral a clortetraciclinei

în solu ii binare şi ternare Din cei trei compuşi investigaţi din punct de vedere teoretic am ales pentru

analiza spectral clortetraciclina, al c rei comportamentul solvatocromic l-am studiat în 11 solvenţi, (prezenta i în tabelul II.3) în solu ii binare i ternare, prezentaţi în tabelul 3

Page 21: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

21

[19]. În cazul spectrelor de fluorescenţ , m sur torile au urm rit atât frecvenţa în maximumul benzii de fluorescenţ , cât şi intensitatea acesteia.

Benzile electronice de absorbţie ale clortetraciclinei pot fi atribuite unor tranziţii de tip π-π*, conform criteriilor generale de atribuire (intensitate relativ mare, deplas ri mici la schimbarea naturii solventului, stabilitatea faţ de protonarea soluţiei).

Fig. II.3 Spectrele electronice de absorbţie ale clortetraciclinei în soluţii binare

Banda de absorbţie din vizibil a clortetraciclinei este sensibil în egal m sur şi la constanta dielectric şi la indicele de refracţie al solventului, fiind astfel pus în evidenţ coexistenţa celor dou tipuri de interacţiuni universale principale: orientare – inducţie şi dispersie, prin dependenţa de f(ε) (fig.II.4 a), respectiv dependenţa de funcţia f(n) (fig. II.4 b).

Fig. II.4 Corelaţia liniară între frecvenţa maximului benzii de absorbţie a clortetraciclinei în solvenţi polari si f(ε), respectiv f(n)

Pentru studierea clortetraciclinei în soluţii ternare cu ap – propanol şi ap – butanol, s-au înregistrat spectrele de absorbţie cu acela i aparat; am observat deplasarea

Page 22: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

22

treptat spre albastru (hipsocrom ) a frecvenţei în maximumul de absorbţie din vizibil odat cu creşterea concentraţiei apei în propanol.

Din figura II.5 se observ c la creşterea progresiv a concentraţiei apei în propanol, num rul de und al benzii de absorbţie creşte cu creşterea funcţiei f(ε), ceea ce ne poate conduce la ideea c în acest caz predomin interacţiunile de orientare şi inducţie.

Fig. II.5 Interacţiuni universale în spectrele electronice de absorbţie înregistrate în solvenţi binari

II.3 Studiul spectrelor de fluorescen ale clortetraciclinei În cazul clortetraciclinei, spectrele de fluorescenţ au fost înregistrate în şapte

solvenţi: ap , metanol, etanol, n-propanol, n-butanol, pentanol şi izopentanol (fig. II.8). Analizând comportarea maximului benzii de fluorescenţ în soluţie ap -propanol se observ o deplasare batocrom a acesteia la concentraţii ale apei sub 15% , în timp ce la concentraţii mai mari ale apei apare o deplasare hipsocrom .

Page 23: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

23

Fig. II.11 Reprezentarea grafică a variaţiei numerelor de undă din spectrele de undă în funcţie de f(ε) si respectiv f(n) la diferite concentraţii ale apei

Din figura II.11 a) se observ c la concentraţii mai mici de 16% ap , banda de fluorescenţ se deplaseaz spre lungimi de und mai mari, în timp ce peste aceast concentraţie deplasarea se face spre lungimi de und mai mici. În figura II.11 b) este ilustrat dependenţa num rului de und de indicele de refracţie al solventului în soluţii ternare ap -propanol.

II. 4 Determinarea parametrilor electro-optici ai clortetraciclinei în stare excitat

Am luat în considerare ecuaţia (1) din capitolul I, care descrie contribuţia tuturor interacţiunilor ce pot ap rea: υ=υ0+C1f(ε)+C2f(n)+C3β+C4α (1). C1 şi C2 sunt coeficienţi care depind de propriet ţile microscopice ale moleculelor şi indic t ria interacţiunilor universale, C3 şi C4 sunt termeni care înglobeaz interacţiunile specifice cu cedare şi acceptare de protoni.

Ecuaţiile utilizate pentru determinarea momentului dipolar şi al polarizabilit ii

în stare excitat sunt:

331 3)cos(2

akT

hcaC

egegg

(2)

)()(

)()(

2

33

)cos(23333

22

2vIuI

vIuI

aakT

hcahcaC

egegeggeg

Tabel II.4 Parametrii obținuți cu ajutorul studiului statistic în cazul clortetraciclinei

υ=υ0+C1f(ε)+C2f(n)+C3β+C4α

υ0 (cm-1) 26796.9

C1 (cm-1) 1332.7

C2 (cm-1) - 4235.9

C3 (cm-1) - 89.4

C4 (cm-1) - 217.5

Din suma coeficienţilor C1 şi C2 se obţine o relaţie între polarizabilitatea şi momentul de dipol, ambele în stare excitat : 20858,0271,57 ee (3)

Page 24: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

24

Înlocuind ecuaţia (3) în prima ecuaţie a sistemului (2), obţinem pentru momentul de dipol în stare excitat urm toarea ecuaţie:

0228,4853cos13252 ee (4)

Ecuaţia (4) se rezolv prin metoda clasic de rezolvare a ecuaţiei de gradul al II-lea, dând valori unghiului φ. Potrivit datelor din Tabelul II.5, în soluţiile clortetraciclinei predomin interacţiunile universale.

II.2 STUDIUL COMPUTA IONAL I EXPERIMENTAL AL UNOR BIOMATERIALE UTILIZATE ÎN IMPLANTURI DENTARE

În primul rând, a dori s mul umesc colectivului din catedra Fizica

Biomaterialelor a universit ii “Babe -Bolyai” din Cluj-Napoca (în special, calde mul umiri se îndreapt c tre Prof. univ. dr. Viorica imon) pentru sprijinul acordat în realizarea studiului spectral i termic al unor biomateriale folosite în implanturi dentare ob inute prin metoda sol-gel. Rezultatele acestor studii publicate în [21, 22] i citate ulterior de al i cercet tori tiin ifici m-au motivat s continui cercet rile în domeniul interpret rii interac iunilor intermoleculare ale unor molecule de interes biomedical.

II.2.1 No iuni introductive

Un biomaterial este un material sintetic, inert din punct de vedere sistemic i

farmacologic, folosit pentru înlocuirea par ial a unui sistem viu (implantare) sau conceput pentru încorporarea al turi de acestea.

Performan a biomaterialelor este determinat de interac iunea dintre material i organismul uman, adic de efectul mediului din corpul uman asupra biomaterialului i de efectul biomaterialului asupra corpului. Aceste procese care au loc la nivelul interfe ei esut viu-implant sunt definite ca toleranța organismului fa de biomateriale. În func ie

de procesele de la nivelul interfe ei, biomaterialele se clasific în materiale biotolerate, bioinerte si bioactive [23].

Caracteristica lor comun este biocompatibilitatea, o cerin imperioas pentru orice biomaterial, pe lâng celelalte condi ii impuse de func ionarea implantului. Biocompatibilitatea implic acceptarea implantului de c tre esuturile înconjur toare i de c tre întregul corp [24].

II.2.2 Studiul computa ional al compusului tetraetilortosilicat (TEOS)

Page 25: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

25

Una dintre substan ele de start folosite pentru prepararea biomaterialelor aluminosilicate studiate este compusul tatraetilortosilicat (TEOS), având formula chimic C8H20O4Si. Formula structural optimizat cu programul HyperChem a acestei substan e este redat în figura I.2.1.

Parametrii structurali i energetici ale tetraetilortosilicatului au fost ob inuti prin acela i program de modelare molecular HyperChem, metoda PM3; valorile parametrilor sunt prezenta i în tabelul II.2.1.

Tabel II.2.1 Parametrii energetici și structurali ale TEOS-lui

Parametrii QSAR Parametrii energetici

Aria suprafetei moleculei (Å2) 452.94 Energia totala (kcal/mol) -57886

Volumul moleculei (Å3) 713.99 Energia de formare (kcal/mol) -327

Energia de hidratare (kcal/mol) -2.30 Energia de legatura (kcal/mol) -3083

logP 1.74 HOMO (eV) -9.83

Refractivitatea (Å3) 48.26 LUMO (eV) 1.03

Polarizabilitatea (Å3) 20.31 Momentul dipolar (D) 2.66 Fig.II.2.2 Sarcinile atomilor componenți ale TEOS-lui

Page 26: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

26

Fig.II.2.3 Lungimile legăturilor interatomice pentru TEOS

II.2.3 Studiul experimental al biocompatibilitatii ale unor sisteme

aluminosilicate folosite in implanturi dentare

Biomaterialele propuse pentru acest studiu sunt niste sisteme vitroceramice

bioactive, care au fost preparate prin metoda sol-gel [25] in laboratorul din cadrul Institutului de Cercetari Experimentale Interdisciplinare din Cluj-Napoca (ICEI) in scopul utilizarii lor in viitor pentru implanturi dentare. Pentru studiul biocompatibilitatii ale acestor sisteme aluminosilicate, dupa preparare, ele au fost imersate in 50 ml de lichidul biologic simulat (SBF) timp de sapte zile la temperature camerei (37°C). Biomateriale preparate au fost studiate cu ajutorul analizei termice diferentiale (DTA), precum si prin metoda spectrala FTIR atat inainte cat si dupa imersarea lor in SBF in laboratorul Facultatii de Fizica din Universitatea “Babes-Bolyai” din Cluj-Napoca.

Cu ajutorul acestei metode au fost preparate patru sisteme de matrici vitroase aluminosilicate, si anume:

1) 66 SiO233Al2O3 cu TEOS 2) 66 SiO233 Al2O3 cu acid silicic 3) 75 SiO2 25 Al2O3 cu TEOS 4) 75 SiO225 Al2O3 cu acid silicic

Compozitia procentuala a sistemelor aluminosilicate studiate este prezentata in tab. II.2.2

Page 27: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

27

Proba 1 Proba 2 Proba 3 Proba 4

SiO2 45 40 35 40

Al2O3 10 10 10 12

B2O3 17 10 5

BaO 20

ZnO 30

CaO 10

Yb2O3 3

P2O5 4.6

ZrO2 8

SrO 22.4 27

fluoruri 8 10 15 8

CONCLUZII

Modelarea structurilor moleculare ale deriva ilor tetraciclinei prin metoda semiempiric PM3 din cadrul programului HyperChem, a permis calcularea unor parametri specifici st rii fundamentale, rezultând o bun concordanţ dintre spectrele electronice generate pe baza algoritmilor matematici şi cele înregistrate experimental.

S-au evidenţiat tipurile de interacţiuni universale ce se manifest în soluţiile clortetraciclinei în solvenţi puri polari şi nepolari, prin aplicarea teoriei lui Bakhshiev în interpretarea spectrelor electronice de absorbţie înregistrate în domeniul ultraviolet şi vizibil, prin dependenţa frecvenţei din maximele de absorbţie din vizibil şi ultraviolet, de constanta dielectric , respectiv de indicele de refracţie ai solvenţilor. Benzile spectrale studiate au fost atribuite tranziţiilor de tip π-π*, în concordanţ cu criteriile generale de atribuire şi pe baza rezultatelor experimentale. A fost estimat contribu ia procentual a fiec rui tip de interac iune la deplasarea total a maximuluii benzii de tip π-π* a CTC, constatându-se preponderen a interac iunilor universale de orientare-induc ie i a celor de dispersie în deplasarea spectral indus de solven i. Chiar dac structura clortetraciclinei permite formarea unui num r mare de leg turi de hidrogen în solven ii protici, efectul interac iunilor specifice asupra deplas rii

Page 28: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

28

spectrale este redus atât de ac iunea lor local , cât i de distribu ia locurilor de formare a leg turilor de hidrogen în jurul scheletului molecular al tetraciclinei. Prin utilizarea metodei varia ionale s-a calculat momentul de dipol al moleculei în starea excitat a tranzi iei π-π*, cât i unghiul dintre momentele dipolare ale moleculei în st rile elctronice participante la tranzi ie. S-a apreciat c tranzi ia electronic se produce atunci când polarizabilitatea st rii excitate devine egal cu polarizabilitatea molecular în starea electronic fundamental . Rezolvarea triungiului momentelor de dipol implicate în tranzi ia π-π* indic faptul c restructurarea norului electronilor de valen se produce pe o direc ie perpendicular pe planul ciclurilor benzenice componente ale moleculei de clortetraciclin . Datele spectrale i termale au demonstrat acoperirea probelor de sticl folosit în implanturi dentare cu silan ca agent de cuplare i faptul c nu s-au eviden iat modific ri majore dup imersarea lor în SBF.

BIBLIOGRAFIE

[1]. Alexander Fleming - On the Antibacterial Action of Cultures of a Penicillium, with Special Reference to their Use in the Isolation of B. influenzæ, Br J Exp Pathol. (1929) Jun; 10(3): 226–236.

[2]. Jason C. Gallagher, Conan MacDougall-Antibiotics Simplified , 4th Edition (2008).

[3]. Claudio O. Gualerzi, Letizia Brandi, Attilio Fabbretti, Cynthia L. Pon (Eds) - Antibiotics: Targets, Mechanisms and Resistance (2013).

[4]. Ingo Janser, Barrie W. Bycroft (eds.) - Dictionary of Antibiotics & Related Substances.

[5]. Tetracycline Amide Antibiotics, Ed(s): Clemens Lamberth, Jürgen Dinges (2016).

[6]. Ian Chopra, Marilyn Roberts - Tetracycline Antibiotics: Mode of Action, Applications, Molecular Biology, and Epidemiology of Bacterial Resistance, Microbiol Mol Biol Rev. (2001 Jun) 65(2): 232–260.

[7]. Jukes, Thomas H. Some Historical Notes on Chlortetracycline. Reviews of Infectious Diseases 7(5):702-707 (1985).

Page 29: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

29

[8]. Fischer, Janos; Ganellin, C. Robin (2006). Analogue-based Drug Discovery. John Wiley & Sons. p. 489. ISBN 9783527607495.

[9]. Nelson, ML; Levy, SB (December 2011). "The history of the tetracyclines". Annals of the New York Academy of Sciences. 1241: 17–32. doi:10.1111/j.1749-6632.2011.06354.x. PMID 2219152.

[10]. www.hyper.com [11]. Stewart J.J.P. - Optimization of Parameters for Semi-Empirical

Methods I-Method, Computational Chemistry, 10, 2, 209 (1989). [12]. M. J. S. Dewar - Molecular Orbital Theory of Organic Chemistry. I.

General Principles. J. Am. Chem. Soc., 1952, 74 (13), pp 3341–3345 (1952). [13]. Antonina Gri co-Todira cu, Liliana Mihaela Ivan, Dana Ortansa Dorohoi

, Computational Studies of some Tetracycline Derivatives, acceptat spre publicare în Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi (2018).

[14]. Nantasenamat C, Isarankura-Na-Ayudhya C, Naenna T, Prachayasittikul V (2009) "A Practical Overview of Quantitative Structure-Activity Relationship". Excli J. 8: 74–88.

[15]. Kwon Y , 4.2.4: Partition and Distribution Coefficients". Handbook of Essential Pharmacokinetics, Pharmacodynamics and Drug Metabolism for Industrial Scientists. (secondary). New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers (2001).

[16]. M. J. Kamlet, J. I. Abboud, R. W. Taft, An Examination of Linear Solvation Energy Relationships, Progr. Phys. Org. Chem., 13 (1981) 485-630.

[17]. C. Reichardt, Solvent and Solvent Effects in Organic Chemistry, 3rd Updated and Enlarged Eddition, Wiley-VCH Weinhein, Germany (2003).

[18]. R. W. Taft, T. Gramsted, M. J. Kamlet, Linear Solvation Relationships. M-Addition to and Correlations with the β-scale of Hydrogen bond Acceptor Basicities, J. Org. Chem., 47 (23), (1982) 4557-4563.

[19]. G. Oanca, C. Nadejde, N. Fifere, Antonina Gritco Todirascu, D. Creanga, D. Dorohoi, Jernej Stare - Solvatochromic study on chlortetracycline in binary and ternary solutions, Journal of Molecular Structure Volume 1126 (2016).

[20]. Antonina Gri co Todira cu, D. Creang , L. M. Ivan, D. Dorohoi, Excited state dipole moment of chlortetracycline estimated from solvatochromic and computational results, Rev. de Chimie (trimis spre publicare).

[21]. Antonina Gri co, M. Moldovan, R. Grecu, V. imon, Thermal and Infrared Analyses of Aluminosilicate Glass Systems for Dental Implants, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 7, No. 6, (Dec. 2005) p. 2845-2847.

Page 30: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

30

[22]. V. imon, D. Eniu, Antonina Gri co, S. imon, Thermal and Spectroscopic Investigation of sol-gel Derived Aluminosilicate Bioglass Matrices, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 9, No 11, (2007) 3368-3371.

[23]. J. B. Park, R. S. Lakes, Biomaterials: An Introduction, Kluwer Academic Publishers, 1992

[24]. Viorica imon, Fizica Biomaterialelor, Presa Universitar Clujean , Cluj-Napoca, 2002

[25]. V. Pop, I. Chicina , N. Jumate, Fizica biomaterialelor. Metode experimentale, Presa Universitar Clujean , 2001

CAPITOLUL III

STUDIUL SOLVATOCROMIC SI COMPUTA IONAL AL UNOR DERIVA I

AI BENZO-[F]-CHINOLINEI

În acest capitol am studiat atât experimental cât şi teoretic dou ilide [2] şi trei cicloaducţi, derivaţi ai benzo-[f]-chinolinei.

Chinolina este un compus organic ce conţine un heterociclu aromatic şi are formula chimic C9H7N. Aceasta, în sine, are puţine utiliz ri, dar mulţi dintre derivaţii s i sunt folosiţi în diverse aplicaţii în domeniul medical, mai ales. Astfel, câteva chinoline, cum ar fi benzo[f]chinoline, au devenit interesante datorit activit ţii lor antimicrobiene [3].

Prepararea şi caracterizarea benzo[f]chinolinelor sintetice au fost studiate de c tre mai mulţi cercet tori [6,7-10]. Ilidele de tip benzo-[f]-chinolinium ilide pot fi clasificate din punct de vedere al structurii carbanionului în dou categorii:

ilide cu carbanioni monosubstituiţi ilide cu carbanioni bisubstituiţi, care sunt mult mai stabile decât cei

monosubstitui i.

Page 31: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

31

III. 1. Studiul comparativ a dou benzo-[f]-chinolinium ilide carbanion

monosubstituite Substanţele analizate în acest capitol, benzo-[f]-chinolinium-p-nitro-

fenacilid (BQY1) şi benzo-[f]-chinolinium fenacilida (BQY2), sunt compuşi zwitterionici carbanion monosubstituiţi, având sarcina electric pozitiv (concentrat pe azotul din heterociclu) şi cea negativ (pe carbonul ilidic, care se mai numeşte şi carbanion), aşa cum este reprezentat în figura III.1.

Fig. III.1 Structura generală a benzo-[f]-chinolinium ilidelor

În urma efectu rii optimiz rii geometriei celor dou molecule studiate, s-au obţinut structurile spaţiale din figura III.2.

a) structura optimizat a BQY1 b) structura optimizat a BQY2

Fig. III. 2 Structurile optimizate ale benzo-[f]-chinolinium ilidelor studiate (turcoaz –

carbon, alb – hidrogen, rosu – oxigen, albastru – azot)

Page 32: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

32

Parametrii energetici ai fiec rui compus izolat, aflat în stare electronic fundamental , au fost obţinuţi prin metoda PM3, programul HYPERCHEM (Tabelul III.1). Sarcinile electronice (exprimate în fracţiuni ale sarcinii electronului, ( Ce

19106,1 ) sunt afişate în figura III.4, iar lungimile leg turilor covalente dintre atomii constituenţi ai celor dou benzo-[f]-chinolinium ilide studiate sunt notate în figura III.5.

Banda electronic de absorbţie a benzo-[f]-chinolinium ilidelor BQY1 şi BQY2 poate fi atribuit unui transfer de sarcin dinspre carbanion c tre heterociclu.

Argumentele acestor atribuiri sunt: 1. Banda electronic de absorbţie din vizibil are intensitate relativ

redus în comparaţie cu benzile din ultraviolet atribuite la tranziţia π-π*;

2. Banda electronic de absorbţie din vizibil dispare în procesul de protonare (prin adaos de acid propionic);

3. Banda din vizibil se deplaseaz c tre albastru la trecerea de la solvenţii nepolari la cei polari.

Datorit transferului de sarcin , densitatea de electroni pe carbonul ilidic scade, contribuind la sc derea momentului de dipol al moleculei excitate în comparaţie cu momentul de dipol al moleculei în stare fundamental , aşa cum rezult din figura III.7.

a)spectrul electronic al compusului BQY1 b) spectrul electronic al compusului BQY2

Fig. III.6 Spectrele electronice simulate ale benzo-[f]-chinoliniu ilidelor studiate

Ilidele BQY1 i BQY2 au fost studiate în solven i lista i în tabelul III.3, în ordinea cre terii constantei dielectrice. În figurile III.8 a) şi b) este reprezentat num rul de und în maximul benzii electronice de absorbţie cu transfer intramolecular de sarcin , în funcţie de polaritatea solventului [16,17].

Page 33: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

33

Fig. III.8 Numărul de undă în maximul benzii electronice de absorbţie cu TIS în funcţie de f(ε) pentru ilidele a) BQY1 si b) BQY2

Se constat c , în cazul ambelor ilide, punctele corespunz toare solvenţilor aprotici se situeaz pe o dreapt , iar punctele corespunz toare solvenţilor protici (alcool benzilic şi acetonitril) se abat de la dependenţa liniar .

Existenţa dependenţei liniare din figura III.8 indic faptul c în soluţiile aprotice ale benzo-[f]-chinolinium ilidelor predomin interacţiunile de orientare.

Solvenţii care se abat de la dependenţa liniar formeaz leg turi de hidrogen cu carbanionul ilidic, interacţiunile specifice fiind responsabile de deplas rile suplimentare ale benzii electronice de absorbţie cu TIS.

III.2 Studiul comparativ a trei benzo-[f]-chinolinium cicloaduc i

III. 2.1. Studiul computa ional Compuşii chinolinici au fost identificaţi în sursele din mediul înconjur tor

cum ar fi: alge hidropirolizate, în bacterii i archaea [19]. Prepararea şi caracterizarea derivaţilor benzo-[f]-chinolinei au fost studiate în [22-24].

Derivaţii benzo-[f]-chinolinei au fost analizaţi atât din punct de vedere computaţional, utilizând programul de modelare molecular HYPERCHEM, cât şi din punct de vedere spectral.

a) BQD1 (C27H19O7) b) BQD2 (C27H18NO3)

Page 34: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

34

c) BQD3 (C27H18N2O7)

Fig. III.9 Formulele structurale ale cicloaducţilor studiaţi

Reprezentând grafic orbitalii HOMO şi LUMO ai fiec rui compus (programul Avogadro 1.1.1) se observ urm toarele: în cazul BQD2 şi BQD3, norul electronic se deplaseaz aproape complet de pe structura benzo-[f]-chinolinei spre structura substituentului care difer la cei doi compuşi, respectiv – CO2CH3 şi – COC6H5, dup cum se observ din figura III.9 a) şi b).

a)

Page 35: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

35

b)

Fig. III.10 Orbitalii HOMO/LUMO si spectrele simulate pentru a) BQD1 si b) BQD2

În cazul compusului BQD1 se observ doar o redistribuire a norului electronic la nivelului ciclului de adiţie în timpul aceleeaşi tranziţii HOMO/LUMO (fig. III.10 a).

Page 36: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

36

Fig. III.11 Reprezentarea orbitalilor HOMO/LUMO si a spectrului simulat pentru compusul BQD3

Se observ din figurile III.9 şi III.10 apariţia în spectrul simulat (softul 4.38

Chemissian) a mai multor benzi electronice de absorbţie: patru benzi în UV şi una în UV îndep rtat (având aceleaşi valori pentru BQD1 şi BQD2), conform tabelului III.5.

III. 2. 2. Studiul spectral al deriva ilor benzo-[f]-chinolinei

Spectrele experimentale ale derivaţilor BQD1, BQD2 şi BQD3 au fost înregistrate în dimetil sulfoxid (DMSO), concentraţia compuşilor a fost de 0,510-4M, iar diluţiile de 1:3 (v/v).

Se observ , din figura III.15, c BQD1 şi BQD2 au un comportament similar, ambii compuşi prezentând o band vibronic în vizibil, la numere de und mici, de intensitate redus (de la 16000 la 23000 cm-1) şi o band de intensitate mare în UV apropiat (în jurul valorii de 28000 cm-1). În cazul derivatului ce conţine gruparea –NO2

(BQD3) se constat o schimbare mai semnificativ concretizat prin prezenţa unei benzi electronice de absorbţie în vizibil la 26000 - 28000 cm-1.

Page 37: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

37

Fig. III.15 Spectrul electronic de absorbție al derivaţilor BQD1, BQD2 si BQD3

Derivaţii BQD1, BQD2 şi BQD3 au fost studiaţi şi în soluţii binare, într-un num r de opt solvenţi, listaţi în tabelul III.7. Reprezentând numerele de und obţinute în fiecare solvent, pentru fiecare derivat, am obţinut graficul din figura III.16.

Fig. III.16 Poziţia benzii electronice din vizibil pentru BQD1, BQD2 si BQD3 în soluţii

diluate

Page 38: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

38

CONCLUZII

În acest capitol s-a realizat un studiu comparativ prin metode computa ionale i spectrale a dou benzo-[f]-chinolinium ilide carbanion monosubstituite.

Din calculele cuanto-mecanice rezult c ilida BQY1, con inând în componen a carbanionului gruparea NO2, este mai polar şi mai polarizabil în comparaţie cu BQY2.

Tranziţia cu transfer intramolecular de sarcin (TIS) se realizeaz dinspre carbanion c tre heterociclu şi conduce la apariţia unei benzi electronice de absorbţie în domeniul vizibil.

La trecerea de la un solvent nepolar la unul polar, banda din vizibil se deplaseaz spre albastru. În solven ii protici, existen a unor leg turi de hidrogen produc deplas ri suplimentare c tre albastru a benzii cu TIS a ilidelor.

Comparând g calculat cu programul HYPERCHEM cu cel obţinut din studii solvatocromice se constat o bun concordanţ , avându-se în vedere aproximaţiile în care este dezvoltat teoria lui Bakhshiev şi faptul c am neglijat termenul conţinând momentul de dipol din starea excitat a ilidelor studiate.

Calculul cuanto-mecanic efectuat pentru moleculele celor trei cicloaduc i studia i a eviden iat c momentele dipolare ale BQD1 i BQD2 sunt comparabile i mai mici decât momentul de dipol al cicloaductului BQD3. În acela i timp, calculul momentelor de dipol ale cicloaduc ilor studia i în ap indic valori mai mari fa de cele calculate pentru moleculele corespunz toare izolate.

Studiul solvatocromic al celor trei cicloaduc i nu a demonstrat deplas ri importante ale picurilor vibronice o dat cu modificarea naturii solventului.

Cicloaducţii benzo-[f]-chinolinici studiaţi se deosebesc prin natura benzilor vibronice din domeniul vizibil, în sensul c tranziţia r spunz toare de apariţia acestora este de tip n – π٭ în cazul BQD1 şi BQD2 şi de tip π – π٭ în cazul celui de-al treilea compus.

Page 39: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

39

BIBLIOGRAFIE

[1]. I. Zugr vescu, M. Petrovanu, N-Ylides Chemistry, McGraw-Hill International, Book Company, USA (1976).

[2]. Antonina Gri co (Todiraşcu), Mihaela Liliana Ivan, Doina Helene Partenie, Dana Ortansa Dorohoi, Studiul Computational şi Spectral al unor Benzo[f]chinolinium Ilide Carbanion Monosubstituite, Concursul Naţional cu Participare Internaţional de Referate Ştiinţifice „Ştefan Procopiu” (2018).

[3]. N.G. Khaligh, Three-component, one-pot Synthesis of Benzo[f]indenoquinoline Derivatives Catalyzed by Poly(4-vinylpyridinium) Hydrogen Sulfate, Chin. J. Catal. 35 (2014).

[4]. E.J. LaVoie, E.A. Adams, D. Hoffmann, Identification of the Metabolites of Benzo [f]quinoline and Benzo[h]quinoline Formed by rat Liver Homogenate, Carcinogenesis 4 (9) (1983).

[5]. A. Monge, E. Alvarez, C. San Martin, E. Nadal, I. Ruiz, M. Font, J.J. Martínez- Irujo, E. Santiago, I. Prieto, J.J. Lasarte, P. Sarobe, F. Borr_as, Synthesis and Evaluation of new Reissert Analogs as Hiv-1 Rt Inhibitors. Benzo[f]quinoline and Pyridine Derivatives, Drug Des. Discov. 14 (1997).

[6]. A. Goel, V. Kumar, S.P. Singh, A. Sharma, S. Prakash, C. Singh, R.S. Anand, Nonaggregating Solvatochromic Bipolar Benzo[f]quinolines and Benzo[a]acridines for Organic Electronics, J. Mater. Chem. 22 (2012).

[7]. M. Rahimizadeh, M. Pordel, M. Bakavoli, H. Eshghi, The Synthesis of Highly Fluorescent Heterocyclic Compounds: pyrido[20,10:2,3] imidazo[4,5-b]quinoline-12-yl cyanides, Dyes Pigments 86 (2010).

[8]. K.N. Gusak, N.G. Kozlov, b-oxoacids Esters in the Synthesis of Benzo[f]quinoline Derivatives, Rus. J. Org. Chem. 43 (5) (2007).

[9]. M.M. Ismail, M. Abass, Chemistry of Substituted Quinolinones IV. Regioselective Nucleophilic Substitution of Dichlorobenzo[f]quinoline, Acta Chim. Slov. 47 (2000).

[10]. P. Kadutskii, N.G. Kozlov, Synthesis of Spirocyclic Benzo[f]quinoline Derivatives by Cascade Heterocyclization of Dimedone, 2-naphthylamine, and Formaldehyde, Rus. J. Org. Chem. 42 (6) (2006).

[11]. I. Sagud, I. Antol, Marinic, Z. Sindler-Kulyk - Photoinduced Intramolecular Formal [4þ2] Cycloaddition of Aryl-substituted o-vinylstyryl-2-oxazoles to form Benzo[f]quinoline derivatives: Experimental Results and Theoretical Interpretation, J. Org. Chem. 80 (19) (2015).

[12]. E. Georgescu, C. Draghici, P.C. Iuhas, F. Georgescu, A new Approach for the Synthesis of Benzo[f]pyrrolo[1,2-a]- quinolines, ARKIVOC 10 (2005) (Issue in Honor of Prof. Alexandru T. Balaban).

[13]. S.M. Gomha, K.M. Dawood, Synthesis of Novel Indolizine, Pyrrolo[1,2-a] quinoline, and 4,5-dihydrothiophene Derivatives via Nitrogen Ylides and their Antimicrobial Evaluation, J. Chem. Res. 38 (9) (2014).

Page 40: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

40

[14]. F. Akman, Investigation of Chemical Effects on the Absorption Parameters for some Selected Indium Complex at59.54 keV Photon Energy (2016), J. Phys.: Conf. Ser.707012001 .

[15]. W. Foerst (Ed.), Optische Anregung Organischer Systeme, Verlag Chemie GmbH, Heidelberg (1966).

[16]. D. Babu c , A. C. Moro anu and D.O. Dorohoi, Spectral Study of Interaction between Zwitterionic Compounds and Protic Solvents, Spectrochim. Acta A. Molec. And Biomolec. Spectroscopy, 172 (SI)(2017) 58-64.

[17]. Antonina Gri co Todira cu, C. Moro anu, D. Partenie, D. O. Dorohoi, D. Creang , Quantum Mechanical and Spectral Comparative Study of 1-p-Nitro-Benzoyl-Benzo[f]Quinolinium Methylid and 1-p-Nitrobenzoyl-2,3-Dicarbomethoxy-Pyrrolo-[1,2a]-Benzo[f]Quinoline, Rev. De Chimie, Bucuresti (Oct. 2018).

[18]. N. G. Bakshiev, Optika i Spektroskopiya 10, 717 (1961). [19]. B. Bennett, A. Lager, C.A. Russell, G.D. Love, S.R. Larter, Hydropyrolysis

of Algae, Bacteria, Archaea and lake Sediments; Insights into the Origin of Nitrogen Compounds in Petroleum, Org. Geochem. 35 (2004) 1427e1439.

[20]. A. Goel, V. Kumar, S.P. Singh, A. Sharma, S. Prakash, C. Singh, R.S. Anand, Nonaggregating Solvatochromic Bipolar Benzo[f]quinolines and Benzo[a]acridines for Organic Electronics, J. Mater. Chem. 22 (2012) 14880e14888.

[21]. M. Rahimizadeh, M. Pordel, M. Bakavoli, H. Eshghi, The Synthesis of Highly Fluorescent Heterocyclic Compounds: pyrido[20,10:2,3] imidazo[4,5-b]quinoline-12-yl cyanides, Dyes Pigments 86 (2010) 266e270.

[22]. K.N. Gusak, N.G. Kozlov, b-oxoacids Esters in the Synthesis of Benzo[f]quinoline Derivatives, Rus. J. Org. Chem. 43 (5) (2007) 706e718.

[23]. M.M. Ismail, M. Abass, Chemistry of Substituted Quinolinones IV. Regioselective Nucleophilic Substitution of Dichlorobenzo[f]quinoline, Acta Chim. Slov. 47 (2000) 327e338.

[24]. P. Kadutskii, N.G. Kozlov, Synthesis of Spirocyclic Benzo[f]quinoline Derivatives by Cascade Heterocyclization of Dimedone, 2-naphthylamine, and Formaldehyde, Rus. J. Org. Chem. 42 (6) (2006) 855e859.

[25]. G. Oanc , Jernej Stare, Antonina Gri co (Todira cu), D. Creanga, D. O. Dorohoi, Substituent Influence on the Spectra of Some Benzo[f]quinoline Derivatives, Journal of Molecular Structure, 1126 (2016), 158-164, doi: 10.1016/j.molstruct.2016.03.072.

Page 41: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

41

CAPITOLUL IV

STUDIUL COMPUTA IONAL SI SPECTRAL AL UNOR PIRIDAZINIUM ILIDE CARBANION MONOSUBSTITUITE

IV.1 Caracteristici ale piridazinium ilidelor

Piridazinium ilidele sunt compuşi organici amfionici care fac parte din clasa cicloimonium ilide, în cazul c rora cationul este un derivat al piridazinei.

Principala caracteristic acestor substanţe este faptul c atomul de azot din ciclul piridazinic cu sarcina pozitiv şi hibridizat sp3 este legat covalent de un atom de carbon cu sarcina negativ (denumit carbanion), a c rui hibridizare între sp2 şi sp3 depinde în mare m sur de substituenţii ataşaţi.

Din punct de vedere al structurii carbanionului, piridazinium ilidele pot fi clasificate în carbanion monosubstituite şi carbanion disubstituite (Fig.IV.1 a) si 1.b))

a) b)

Fig. IV.1 Structura chimică a piridazinium ilidelor în cele două cazuri

Tabelul IV.1 Substituenţii piridazinium ilidelor studiate

Denumire Notaţie Substituenţi

Piridaziniu p - nitro-

fenacilid

P1 R-

R1-

-H

-CO-C6H4-NO2(p)

(p-fenil)-(p’-fenil)

piridaziniu p – nitro-

fenacilid

P2 R-

R1-

-C6H4 –C6H5 (p)

-CO-C6H4-NO2 (p)

Page 42: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

42

Fig. IV.4,5 Sarcinile atomilor din piridazinium ilida P1și P2

IV.2 Caracterizarea cuanto-mecanic a moleculelor studiate P1 şi P2

Analizând valorile unghiurilor diedre pentru ilida P1 din tabelul IV.2, se constat rotirea ciclului benzenic din structura fenacil cu 52,2° relativ la ciclul piridazinic.

Din tabelul IV.3 se constat c între ciclul piridazinic şi primul ciclul benzenic din poziţia para a piridazinei din molecula P2 exist un unghi de 40,41°, ceea ce dovedeşte c electronii π ai celor dou cicluri nu sunt conjugaţi.

În figurile IV.6 şi IV.7 sunt prezentaţi orbitalii HOMO şi LUMO pentru fiecare molecul studiat (P1 şi P2). În cazul piridazinium ilidei P1 în orbitalul HOMO densitatea de electroni este mai mare în ciclul piridazinic, iar în orbitalul LUMO densitatea de sarcin mai mare este situat pe substituentul carbanionului. Spre deosebire de molecula P1, în piridazinium ilida P2 sarcina electronica din HOMO (situat în vecin tatea heterociclului) se deplaseaz în LUMO c tre ciclurile benzenice substituite la piridazin în poziţia para, demonstrând modificarea ungiului dintre planurile ciclurilor benzenice prin excitare.

Page 43: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

43

Fig. IV.6 Orbitalii HOMO (Fig. 6.a) si LUMO (Fig. 6.b) ale moleculei P1

Fig. IV.7 Orbitalii HOMO (Fig. 7.a) si LUMO (Fig. 7.b) ale moleculei P2

Plecând de la structura optimizat a ilidei în stare fundamental s-a calculat spectrului electronic de absorbţie (figurile IV.8 a) si b)) prin ambele criterii (orbital şi energetic), spectrul rezultat fiind apropiat ca form de cel obţinut experimental.

Tabel IV.6 Numere de undă din spectrele simulate ale piridazinium ilidelor P1 și P2

λ (nm)

P1 P2

395.14 382.78

341.9 314.44

273.15 279.15

258.85 277.64

246.67 207.15

186.23 204.88

179.83 193.03

Page 44: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

44

IV.3 Calculul contribu iilor diferitelor tipuri de interac iuni la deplasarea spectral în cazul lui P1 i P2

Luând în considerare valorile obţinute pentru C1, C2, C3, C4 şi 0, am calculat

contribuţiile (în procente) ale tipurilor de interacţiuni ce produc deplas ri ale benzilor electronice cu transfer intramolecular de sarcin în cazurile celor dou piridazinium ilide studiate. Rezultatele calculelor obţinute sunt listate în tabelul IV.11, respectiv tabelul IV.12.

Analizând datele din tabelele IV.11 si IV.12 se constat c în solu iile piridazinium ilidelor predomin interac iunile universale, în special cele de orientare-induc ie [18,19]. Se observ c interac iunile specifice sunt mai puternice în solven ii hidroxilici în care poate avea loc transferul de protoni de la OH-ul hidroxilic la carbanionul ilidic [20,21].

IV.4 Determinarea momentului de dipol al moleculelor P1 i P2

Am efectuat calculele, utilizând formulele (2) din capitolul II şi înlocuind m rimile cunoscute sau determinate cu HyperChem: momentul de dipol în stare fundamental g, polarizabilitatea moleculei în stare fundamental αg, raza moleculei a, precum şi potenţialele de ionizare corespunz toare celor dou piridazinium ilide şi al solventului selectat pentru calcule.

Am obţinut ecuaţia: 20882,08315,27 ee

Am înlocuit aceast ultim relaţie în relaţia pentru C1:

331 3)cos(2

akT

hcaC

egegg

Rezultând 05784,59cos412,130107,0 2 ee

Rezolvând aceast ecuaţie am obţinut valoarea φ=83,160

În continuare, am dat valori unghiului φ şi am calculat valorile corespunz toare

momentului de dipol în stare excitat şi respectiv a polarizabilit ţii în stare excitat , urm rind valoarea unghiului la care 54,24e (tabelul IV.7).

Analog, pentru piridazinium ilida P2, obţinem ecuaţiile: 20887,02963,47 ee

respectiv,

08003,51cos584,130108,0 2 e

Page 45: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

45

CONCLUZII

Comparând rezultatele obţinute prin metode de modelare cuanto-mecanice se constat o slab conjugare a inelului benzenic din structura celei de-a doua molecule P2 şi ciclul piridazinic, astfel încât comportarea benzilor cu transfer de sarcin din domeniul vizibil a celor dou molecule este analoag . Acest rezultat este confirmat de studiul solvatocromic.

Din datele obţinute din softul de modelare computaţional HyperChem se contureaz urm toarele concluzii: compusul P1 este mai polar şi mai polarizabil faţ de molecula P2; piridazinium ilida P2 este mai stabil din punct de vedere energetic în comparaţie cu P1; molecula P1 este mai solubil în ap decât P2.

Studiul solvatocromic a confirmat natura benzii din vizibil a piridazinium

ilidelor studiate, ca fiind datorat unui transfer intramolecular de sarcin . Folosind metoda regresiei liniare multiple s-au determinat coeficien ii C1-C4 i a

fost astimat aportul fiec rui tip de interac iune la deplasarea total de frecven . Se poate afirma c interac iunile universale aduc un aport semnificativ la deplasarea spectral cauzat de solvent. În solven ii protici se produc deplas ri spectrale suplimentare cauzate de formarea leg turilor de hidrogen între carbanionul ilidic i protonul grup rilor -OH sau -NH.

Folosind metoda variaţional a fost estimat momentul dipolar în starea excitat a ilidelor studiate i unghiul φ dintre momentele de dipol electric în st rile electronice participante la tranziţia cu TIS. Se poate observa c valoarea unghiului φ este mai mare pentru piridazinium ilida P2, în compara ie cu P1.

Page 46: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

46

BIBLIOGRAFIE [1]. I. Zugr vescu, M. Petrovanu, „ N Ylid Chemistry”, McGraw-Hill, New York (1976) 2. I. [2]. G. Murgulescu, R. Vîlcu, „Introducere în Chimia Fizic , vol. III, Termodinamica chimic , Editura Academ. Rom. (1982). [3]. R. M. Butnariu, I. Mangalagiu, New pyridazine derivatives: Synthesis, Chemistry and Biological Activity, Bioorg. Med. Chem. 17, 2823 (2009). [4]. V. P. Litvinov, A. M. Swestopalov, Pyridinium ilides in organic synthesis. 4. Pyridinium Ylides in Reactions of (Ad(N)-E) Nucleophilic Attachment-Elimination, Zh. Org. Khim. 33, 975 (1997). [5]. Mantu D., Luca M.C., Moldovean C., Zvancioc Ghe., Mangalagiu I.I., Synthesis and Antituberculosis Activity of some new Pyridazine Derivatives, Part II, Eur. J. Med. Chem., 45, 5164-5168 (2010). [6]. Dorohoi D., Melnig V., Mangalagiu I., Verdes D., Delibas I., Spectral study of 3+3 Thermal Dimerisation of Carbanion Monosubstituted Pyridazinium Ylides, Analele Stiin ifice ale Universit ii “Al. I. Cuza” din Ia i, Chimie, XLIII-XLIV (sf), 67-72 (1997/1998). [7]. Dorohoi D., Holban V., Intermolecular Interactions in some Pyridazinium Ylids Solutions, J. Mol. Struct., 293, 1333-136 (1993). [8]. Mangalagiu, I., Ungureanu, M., Mangalagiu, G., Grosu, G. and Petrovanu, M., Antimicrobial Activity of some Pyrimidinium Compounds, Ann. Pharm. Fr. 56(4), 181-183, (1998). [9]. H. D. Holtjie, W. Sippl, D. Rognan, C. Folkers, Molecular Modeling, Wiley, VCH, New York (2003). [10]. HyperChem 7.5, Molecular Visualization and Simulation Program Package, Hypercube, Inc., (2002). [11]. M. Homocianu, A. Airinei, D. O. Dorohoi, Intermolecular Interactions in Binary Solutions of some Pyridazinium Ylids Studied by Visible Electron Spectroscopy, Proceedings of SPIE, vol. 8001, 2013, Article 80013K, Published (2011). [12]. M. M. Dulcescu, C. Stan, D. O. Dorohoi, Stydy of Interactions in Water-Ethanol Solutions of some Pyridazinium Ylids, Rev. Rom. Chim., 55(7), 403-408 (2010). [13]. Petrovanu M., Anton C., Dorohoi D. O., Caprosu M., Fulger I., Visible Absorption Electronic Spectra of some Pyridazinium Ylides, Rev. Roum. Chim., 38(7), 759-766 (1993). [14]. Dorohoi D., Partenie D.H., Anton C., Chiran L., About the Electronic Absorption Spectra (EAS) and Electronic Diffusion Spectra (EDS) of some Pyridazinium Ylids, J. Chim.-Phys, Phys.-Chim. Biol. 91 (4), 419-431 (1994).

Page 47: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

47

[15]. M. J. Kamlet, J. I. Abboud, R. W. Taft, The Solvatochromic method 6. The π٭ scale of Solvent Polarities. J. Am. Chem. Soc., 99 (1977) 6027-6038. [16]. M. J. Kamlet, J. I. Abboud, M. Abraham, R. W. Taft, The Linear Energy Relationships 23.A Comprehensive Collection of the Solvatochromic Parameters, , α i β and some Methods for Simplifying the General Solvatochromic Equation, J. Org. Chem. 48 (1984) 2877-2887. [17]. Antonina Gri co (Todiraşcu), Ana Cezarina Moroşanu, Liliana Mihaela Ivan, Corina Cheptea, Dana Ortansa Dorohoi, Computational Study of two Carbanion Mono-Substituted Pyridazinium Ylids, Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi, vol. 62 (66) (2016). [18]. Antonina Gri co (Todiraşcu), L. M. Ivan, I. Olariu, D.H. Partenie, D.G. Dimitriu, D.O. Dorohoi, Dipole Moments in Excited State of some Carbanion Mono-Substituted Pyridazinium Ylids, Journal of Molecular Structure (trimis spre publicare). [19]. D. Babu ca, D. O. Dorohoi, Solvent Scales used to Study the Intermolecular Interactions in Binary Solutions of two p-aryl-pyridazinium methylids, Spectr. Acta A, Molecular and Biomolecular Spectroscopy 152 (2016) 149-155. [20]. M. Homocianu, A. Airinei, D. O. Dorohoi, I. Olariu, N. Fifere, Solvatochromic Effects in the UV/vis Absorption Spectra of some Pyridazinium Ylides, Spectrochimica Acta Part A 82 (2011) 355-359. [21]. D. O. Dorohoi, About the Multiple Linear Regression Applied in Studying the Solvatochromic Effects, Spectr. Acta A, 75 (2010) 1030.e1-1030.e5. [22]. E. G. McRae, Theory of Solvent Effects on Molecular Electronic Spectra. Frequency Shifts, Bull. Chem. Soc. Jpn., 38(8) (1965) 1314-1318. [23]. A. Kawski, On the Estimation of Excited-State Dipole Moments from Solvatochromic shifts of Absorptions and Fluorescence Spectra, Z. Naturforsch. 57a, 255-262 (2002).

Page 48: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

48

CONCLUZII GENERALE

Interacţiunile intermoleculare de tip universal de orientare-inducţie şi de dispersie au fost evidenţiate în soluţiile ternare ale clortetraciclinei, cu ap şi alcooli pe baza spectrelor electronice de absorbţie. Modelarea structurilor moleculare ale clortetraciclinei prin metoda semiempiric PM3 din cadrul programului HyperChem, a permis calcularea unor parametri specifici st rii fundamentale, rezultând o bun concordanţ dintre spectrele electronice generate pe baza algoritmilor matematici şi cele înregistrate experimental.

Studiul solvatocromic a clortetraciclinei a condus la stabilirea aportului diferitelor tipuri de interac iuni dintre acest antic i solven i la deplasarea benzii π – π٭ din domeniul vizibil. Îmbinând informa iile ob inute prin calcule cuanto-mecanice cu cele din studiul solvatocromic, s-a determinat momentul de dipol în starea excitat a π٭ clortetraciclinei, bazat pe ipoteza c în timpul tranzi iei electronice polarizabilitatea moleculei nu se modific .

Din studiul comparativ a dou benzo-[f]-chinolinium ilide BQY1 i BQY2 rezult c ilida BQY1 este mai polar şi mai polarizabil în comparaţie cu BQY2. Banda electronic de absorbţie a benzo-[f]-chinolinium ilidelor BQY1 şi BQY2 poate fi atribuit unui transfer de sarcin dinspre carbanion c tre heterociclu. În procesul de absorb ie TIS dinspre carbanion c tre heterociclu conduce la mic orarea momentului de dipol al cicloimonium ilidelor, fapt care ne permite s neglij m interac iunile de orientare ale ilidei în starea excitat π٭ în câmpul reactiv creat de solvent, în compara ie cu interac iunile de orientare ale acesteia în starea fundamental .

Comparând g calculat cu programul HYPERCHEM cu cel obţinut din studii solvatocromice se constat o bun concordanţ , avându-se în vedere aproximaţiile în care este dezvoltat teoria lui Bakhshiev şi faptul c am neglijat termenul conţinând momentul de dipol din starea excitat a ilidelor studiate. Cicloaducţii benzo-[f]-chinolinici studiaţi (BQD1 şi BQD2) se deosebesc prin natura benzilor vibronice din domeniul vizibil, în sensul c tranziţia r spunz toare de apariţia acestora este de tip n – π٭ în cazul BQD1 şi BQD2 şi de tip π – π٭ în cazul celui de-al treilea compus BQD3.

Folosind rezultatele obţinute prin metode de modelare cuanto-mecanice se constat o slab conjugare a inelului benzenic din structura compusului P2 şi ciclul piridazinic, fapt care explic comportarea benzilor cu TIS din domeniul vizibil a celor dou molecule este analog . Analizând valorile unghiurilor diedre pentru ilida P1 se constat c ciclul benzenic din structura fenacil formeaz un unghi de 52,2° cu ciclul piridazinic. Între ciclul piridazinic şi primul ciclul benzenic din poziţia para a piridazinei din molecula P2 exist un unghi de 40,41°, ceea ce dovedeşte c electronii π ai celor dou cicluri nu sunt conjugaţi.

Page 49: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

49

Luând în considerare valorile obţinute pentru C1, C2, C3, C4 şi 0, au fost calculate contribuţiile procentuale ale tipurilor de interacţiuni ce produc deplas ri ale benzilor electronice cu transfer intramolecular de sarcin în cazurile celor dou piridazinium ilide studiate.

Valorile coeficien ilor de regresie C1 i C2, stabilite prin LERS (Linear Energy Relationships Simulation) i valorile parametrilor microscopici ai moleculelor P1 i P2 în starea energetic fundamental ne-au permis estimarea printr-o metod varia ional a momentelor lor dipolare în starea excitat a tranzi iei cu transfer de sarcin , precum i a unghiului dintre momentele de dipol în cele dou st ri electronice ale moleculelor participante la TIS.

Studiile efectuate în aceast tez completeaz informa iile referitoare la molecule în starea excitat i pot contribui la baza de date necesar dezvolt rii programelor de calcul pentru parametrii moleculari în st ri electronice excitate.

PERSPECTIVE DE VIITOR

În continuare ne propunem l rgirea gamei de molecule cu aplica ii biomedicale pe care s le studiem în diverse lichide atât din punct de vedere spectral, cât i teoretic (cuanto-mecanic). Vom estima, de asemenea, aria suprafe ei polare (ASP), precum i caracteristicile moleculelor în st ri excitate. Se vor determina prin metode de modelare computational parametrii energetici i structurali a unor molecule organice în st ri energetice excitate pentru a le corela cu

cele ob inute prin metode solvatocromice. De asemenea, se va urm ri deplasarea spectral în SEA pentru toate moleculele organice propuse pentru studiu i fenomenul de fluorescen unde este cazul.

În baza studiilor QSAR vom analiza reactivitatea moleculelor studiate în vederea ob inerii, în colaborare cu chimi tii, a unor noi compu i cu efecte biologice.

Page 50: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

50

LISTA LUCR RILOR PUBLICATE Articole indexate ISI:

1. Antonina Gri co, M. Moldovan, R. Grecu, V. imon, Thermal and Infrared

Analyses of Aluminosilicate Glass Systems for Dental Implants, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 7, No. 6 (Dec. 2005) 2845-2847.

2. V. imon, D. Eniu, Antonina Gri co, S. imon, Thermal and Spectroscopic

Investigation of sol-gel Derived Aluminosilicate Bioglass Matrices, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 9, No 11, (2007) 3368-3371.

3. A. C. Uţa, Antonina Gri co (Todiraşcu), G. Vochiţa, C. N dejde, D. Creang , Spectral and Microscopy Study on uv-c Radiation Bioeffects in Some Vegetal

Organisms, Journal of Science and Arts, vol. 3(32), p.249-257 (2015). 4. Gabriel Oanc , Claudia N dejde, Nicuşor Fifere, Antonina Gri co

(Todiraşcu), Dorina Creang , Dana Ortansa Dorohoi, Jernej Stare, Solvatochromic Study on Chlortetracycline in Binary and Ternary Solutions, Journal of Molecular Structure, 1126 (2016); 177-185, doi: 10.2016/j.molstruc.2015.12.066.

5. Gabriel Oanc , Jernej Stare, Antonina Gri co (Todiraşcu), Dorina Creanga, Dana Ortansa Dorohoi, Substituent Influence on the Spectra of Some

Benzo[f]quinoline Derivatives, Journal of Molecular Structure, 1126 (2016), 158-164, doi: 10.1016/j.molstruct.2016.03.072.

6. Ana Cezarina Moroşanu, Antonina Gri co (Todiraşcu), Dorina Creang , Dana Ortansa Dorohoi, Computational and Solvatochromic Study of pyridinium-

acetyl-benzoyl-methylid (PABM), Spectrochimica Acta A Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 189 (2018), 307-315.

7. Antonina Gri co Todira cu, D. Creang , L. M. Ivan, D. Dorohoi, Excited

State Dipole Moment of Chlortetracycline Estimated from Solvatochromic and

Computational Results, Rev. de Chimie (trimis spre publicare). 8. Antonina Gri co (Todiraşcu), L. M. Ivan, I. Olariu, D.H. Partenie, D.G.

Dimitriu, D.O. Dorohoi, Dipole Moments in Excited State of some Carbanion

Mono-Substituted Pyridazinium Ylids, Journal of Molecular Structure (trimis spre publicare).

Page 51: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

51

Articole non-ISI 1. Gabriel Oanc , Antonina Gri co (Todiraşcu), Dorina Creang , Dana

Ortansa Dorohoi, Structural and Spectral Study of Benzo[f]pyrrolo[1,2-

a]quinoline with Potential Biological Properties, Rom. J. Biophys., 25(4), 2015, 279-290, rjb.ro/articles/434/Oanca-fin.pdf.

2. Antonina Gri co (Todiraşcu), Ana Cezarina Moroşanu, Dorina Creang ,

The influence of solvent nature on the electronic absorption spectra of

some organic compounds, „Light and Photonics: Science and Technology 2015”, B lţi, R. Moldova.

3. Antonina Gri co (Todiraşcu), Ana Cezarina Moroşanu, Liliana Mihaela

Ivan, Corina Cheptea, Dana Ortansa Dorohoi, Computational Study of two

Carbanion Mono-Substituted Pyridazinium Ylids, Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi, vol. 62 (66), 2016.

4. Antonina Gri co (Todiraşcu), Mihaela Liliana Ivan, Doina Helene

Partenie, Dana Ortansa Dorohoi, Studiul Computational si Spectral al unor Benzo[f]chinolinium Ilide Carbanion Monosubstituite, Concursul Naţional cu Participare Internaţional de Referate Ştiinţifice „Ştefan Procopiu”, 2018.

Page 52: &2175,%8 ,,/$,17(535(7$5($,17(5$& ,81,/25 INTERMOLECULARE ... · Dintre modelele de lichid putem aminti: modelul cinetic al unui lichid simplu, modelul celular Abe pentru un lichid

52

LISTA PARTICIP RILOR LA EVENIMENTE TIIN IFICE

1. Antonina Gri co (Todiraşcu), Cezarina Moroşanu, Dorina Creang ,

The

influence of solvent nature on the electronic absorption spectra of some

organic compounds, „Light and Photonics: Science and Technology 2015”, (prezentare oral ) (mai 2015) B lţi, R. Moldova.

2. Gabriel Oanc , Claudia N dejde, Adrian Fifere, Antonina Gri co

(Todiraşcu), Dorina Creang , Dana-Ortansa Dorohoi, Jernej Stare; Solvatochromic study on chlortetracycline in binary and ternary solutions,

a XIII-a Conferinta Internaţională de Spectroscopie Moleculară (Wroclaw, Polonia, septembrie 2015); Journal of Molecular Structure, XII-th ICMS (poster).

3. Gabriel Oanc , Jernej Stare, Antonina Griţco (Todiraşcu), Dorina Creang ,

Dana-Ortansa Dorohoi, Substituent influence on the spectra of some benzo-

f-quinoline derivatives, a XIII-a Conferinţa Internaţională de Spectroscopie Moleculară (Wroclaw, Polonia, septembrie 2015) (poster).

4. Antonina Gri co (Todiraşcu), Clorofila si spectrul ei de absorbţie,

Colocviul Internaţional de Fizic Evrica ! Cygnus, Editia a XXI-a, Iasi, (august 2015) (prezentare oral ).

5. Conferinta de Lansare a Proiectului , Prin burse doctorale spre o nouă

generaţie de cercetători de elită , contract POSDRU/187/1.5/155397 (29.07.2015).

6. Antonina Gri co (Todiraşcu), Mihaela Liliana Ivan, Doina Helene Partenie, Dana Ortansa Dorohoi, Studiul Computational si Spectral al unor Benzo[f]chinolinium Ilide Carbanion Monosubstituite, Concursul Naţional cu participare internaţional de referate ştiinţifice „Ştefan Procopiu” (iunie 2018) (prezentare oral ).