MATERIALS AND METHODOLOGY
STUDY PERIOD
3. PRAAT Software
5.2 STATISTICAL ANALYSIS
En la Tabla 6.1 se reúnen los parámetros estructurales teóricos del fragmento polar O9=C8-X10. En esta oportunidad no se pudo estimar el error relativo porcentual de los
parámetros calculados con respecto a datos experimentales dado que en la literatura no se encontró datos de difracción de rayos X para el conjunto de estructuras que se analiza.
Datos estructurales correspondientes a longitudes y ángulos de enlaces de los sustituyentes unidos a los grupos polares O9=C8-O10 y O9=C8-N10 en el Vpa y derivados se
reportan en la Tabla 6.1.S que se encuentra en el anexo III de esta tesis.
Como se observara en capitulos precedentes, cálculos a nivel B3LYP/6- 311++G(d,p) 6d,10f también indican que los confórmeros más estables del Vpa y derivados pertenecen al grupo de simetría puntual C1.
Con respecto a las longitudes de enlace en las regiones O9=C8-O10 y O9=C8-N10,
éstas se encuentran en muy buen acuerdo con las esperadas para un sistema conjugado planar donde los átomos presentan geometria trigonal [3-5]
Respecto de la conformación del sustituyente acilo alrededor del enlace C8-X10, de
Tabla 6.1 se puede observar que este se orienta en conformación synperiplanar al enlace C8=O9 [-8.1°≤ δO9=C8-X10-C/H ≤3.7°]. Por su parte, mientras en las amidas y esteres el ángulo
143
diedro δH-C4-C8=O9 se predice en una configuración antiperiplanar [|162.2°|≤ δH-C4-C8=O9
≤|179.9°|], en el Vpa el enlace C4-H del valproilo se dispone en conformación
synperiplanar respecto del grupo carbonilo (δH-C4-C8=O9=0°).
Tabla 6.1: Parámetros estructurales relevantes (r y δ) de la región polar y polarizabilidad, <α>, de A) Vpa y esteres y B) Vpd y derivados análogos. Por la numeración de los átomos en O9=C8-X10 y átomos adyacentes ver Figura 2.1 en el Capítulo 2. Distancias se indican en
Å, ángulos en grados decimales y polarizabilidad en u.a.
Parámetros Vpa Prvpa Isbvpa Secvpa Ispvpa Benvpa
rC4-H 1.096 1.095 1.096 1.096 1.096 1.096 rC4444-C8 1.518 1.522 1.519 1.522 1.523 1.522 rC8=O9 1.214 1.216 1.223 1.225 1.217 1.217 rC8-X10 1.362 1.353 1.348 1.343 1.352 1.353 rX10-H 0.972 - - - - - δ δδ δH-C4-C8=O9 0 -162.2 -166.5 -175.3 178.6 179.9 δ δδ δO9=C8-X10-(H/C) 0 -1.2 -3.4 0.9 0.4 0 < αααα > 102.6 138.8 155.3 153.9 162.5 183.6
Parámetros Vpd Etvpd Etavpd Ipvpd Aphvpd Bzvpd Chvpd Suvpd Dmvpd rC4-H 1.1 1.1 1.1 1.099 1.1 1.099 1.101 1.1007 1.094 rC4444-C8 1.534 1.534 1.534 1.534 1.533 1.532 1.534 1.532 1.537 rC8=O9 1.224 1.228 1.231 1.232 1.232 1.23 1.232 1.225 1.235 rC8-X10 1.367 1.368 1.369 1.37 1.365 1.371 1.365 1.383 1.377 rX10-H 1.006 1.009 1.009 1.01 1.01 1.011 1.0092 1.01 - δ δδ δH-C4-C8=O9 169.7 -179. 9 176.2 -178.8 -179.7 -169.5 179.1 -179.5 178.1 δ δδ δO9=C8-X10-(H/C) -1.1 -2.9 3.7 1.8 2.7 -8.1 1.5 0.4 0.5 < αααα > 107.6 131.4 141 142.7 199.3 254.5 174 219.5 131.3 En las Tablas 6.1 también se informa valores de polarizabilidad,
α
, del Vpa y derivados estimados a partir de la expresiónα
=(α
xx +α
yy+α
zz)
3 1
. Los tensores 6.1.A)
144
componentes de la fórmula se obtuvieron de cálculos de segunda derivada de la energía con respecto a las componentes cartesianas del campo eléctrico aplicado, ε, (
α
=[∂2E/∂ε
2]).Respecto de la magnitud de
α
, se puede observar que esta propiedad cambia en acuerdo con los factores que regulan la polarización de la distribución electrónica en un sistema químico [5]. En efecto, mientras las moléculas menos polarizables, α < 155.3 u.a, tienen sustituyentes pequeños con un reducido apantallamiento nuclear efectivo (Vpa, Vpd, Dmvpd, Etvpd, Prvpa, Etavpd, Ipvpd, Secvpa, Isbvpa), derivados con α > 155.3 u.a presentan sustituyentes alquilos voluminosos de baja electronegatividad (Ispvpa, Chvpd) o grupos funcionales con enlaces conjugados (grupos arilo: Benvpa, Apvpd, Suvpd y Bzvpd). En cuanto a las variables que cuantifican la distorsión de la planaridad del grupo O9=C8-X10, los parámetros τ, χC and χX se resumen en la Tabla 6.2. Estos descriptores sepresentan junto con el porcentaje de cambio de rC8=O9 y rC8-X10 (%∆rC8-X10, %∆rC8=O9)
estimados a partir de la relación 100
) 0 ( ) 0 ( ) ( % × ≈ ≈ − = ∆ τ τ τ r r r
r . Al respecto, las cantidades
%∆rC8-X10 y %∆rC8=O9, fueron estimadas usando como valores de referencia, r(τ≈0), las
distancias rC8=O9 y rC8-X10 de las estructuras con el grupo carboxilato/amida menos
distorsionado (Benvpa y Aphvpd).
De datos en la Tabla 6.2, asumimos que valores of τ en el rango [0.3°; 4.5°] son indicativos de una función O9=C8-X10 ligeramente distorsionada de la planaridad. Respecto
del cambio en los valores de τ con el sustituyente acilo, de la Tabla 6.2 se puede observar que mientras las distorsiones inducidas por la unidad -CH-(CH2-CH2-CH3)2 en Vpa y Vpd
(τVpa=4.55° y τVpd= 2.25°] son compensada en el grupo carboxilato por sustituyentes como
-CH2-(C6H5), -(CH2)2-CH(CH3)2, -C(CH3).OH-(CH2)2-CH3, los átomos en la función amida
son coplanares cuando el sustituyente acilo es -CH(CH3)(C6H5); -C6H4-SO2NH2 ; -CH-
(C6H5)2. Sustituyentes como -(CH2)2-CH3; -CH(OH)-CH(CH3)2 ; -CH2-CH3, -CH2-CH2–
NH2, -CH3, -C6H11, -CH(CH3)2 controlan parcialmente la distorsión en la región O9=C8-
X10.
Acerca de los valores de los ángulos χC y χX, mientras un incremento de τ está
145
X10 (0<χX<15.9) se predice en la mayoria de las estructuras, mucho mas desviado de la
coplanaridad (X10 es mas piramidal) que el átomo C8 (0 <χC <2.2°).
Tabla 6.2: Valores de τ, χC, χX , y%∆rC8-X10 , %∆rC8=O9 calculados usando como valores
de referencia las distancias rC8-X10 y rC8=O9 de las moléculas con la región polar menos
distorsionada†. Los datos se presentan según incremento de τ y fueron estimados a nivel B3LYP/6-311++G**(6d, 10f) O9=C8-O10 Moléculas ττττ χχχχC χχχχX %∆∆∆∆rC8=O9 %∆∆∆∆rC8-X10 Benvpa 0.01 0.01 0.02 0 0 Ispvpa 0.4 0.2 1.8 0 -0.1 Secvpa 0.94 1.06 4.73 0.66 -0.75 Prvpa 1.25 2.08 2.02 -0.04 -0.02 Isbvpa 1.74 1.76 5.15 0.5 -0.38 Vpa 4.55 0 9.1 -0.21 0.62 O9=C8-10 Aphvpd 0.3 0.1 5.9 0 0 Suvpd 0.48 0.04 -0.19 -0.54 1.32 Bzvpd 0.5 0.6 15.9 -0.18 0.44 Etvpd 0.9 -0.7 6.7 -0.36 0.22 Etavpd 1.1 0.7 5.9 -0.12 0.32 Dmvpd 1.2 -0.3 3.1 0.19 0.89 Chvpd 1.28 -1.43 -0.92 -0.01 0.01 Ipvpd 1.55 -1 5.7 -0.03 0.07 Vpd 2.25 2.2 -4.5 -0.66 0.18 †
Losángulos τ, χC, χX se indican en grado decimales
Asimismo, y asumiendo que las unidades adyacentes a la región polar, CR1, CR2 y R3
(con R3=LpO10,Vpa/esteres ó Hamidas ), definen un plano de referencia junto a los átomos O9, C8
y X10 (ver Figura 6.1.a); de la Tabla 6.2 también deriva información acerca de cómo la
función carboxilato/amida en Vpa y derivados se distorsiona de la planaridad. Al respecto, observamos que variaciones estructurales del sustituyente acilo en O9=C8-X10 define
146
- planar con todos los átomos coplanares, (τ∼0° y/o χC y χX < 1°, Figure 6.1.a, Benvpa,
Suvpd) ó,
- ligeramente distorsionada de la planaridad (τ>0°) con: i) solo el átomo X10 desviado de la
coplanaridad (χC <1°and χX> 1°, Ispvpa, Vpa, Aphvpd, Bzvpd, Etvpd,Etavpd, y Dmvpd,
Figura 6.1.b); ii) con C8 y X10 desviado sobre una misma cara del plano de referencia (χC y
χX> 1°; Secvpa, Prvpa, Isbvpa,Chvpd, Figure 6.1.c), o iii) los átomos C8 y X10 se desvían
de la coplanaridad en direcciones opuestas con respecto al plano de referencia (Ipvpd y Vpd, Figure 6.1.d).
Figure 6.1: Vista lateral del enlace C8-X10 en un a) esqueleto O9=C8-X10 planar. Tipos de
desviaciones de la coplanaridad identificadas de b) el átomo X10, c) de los átomos C8 y X10
en una misma dirección y d) de los átomos C8 y X10 en direcciones opuestas† en Vpa y
derivados
Respecto de los valores de %∆rC8=O9 y %∆rC8-X10, si bien las magnitudes resumidas
en la Tabla 6.2 son muy pequeñas, se considera su análisis dado que estamos interesados en comprender que factores son los que controlan la geometría y la distribución electrónica en O9=C8-X10. Asistidos por la metodología NBO, desde este formalismo se asume que para
X10 CR 2 R3 O9 CR1 R 3 CR2 R3 H C8 CR1 CR1 CR1 X10 X10 O9 O9 X10 C8 C8 C8 CR2 CR 2 τ a) b) τ c) τ d) O9 †
CR1 y CR2= átomos por medio de los cuales los sustituyentes valproil (R1) y acilo (R2) son
147
comprender en detalle los cambios de un enlace químicos en entornos químicos diferentes cambios fraccionales de densidad electrónica, por ejemplo de 0.01e, induce una importante estabilización química (de 5-10 Kcal/mol) [5].
Según nuestros calculos, en Tabla 6.2 se puede ver que estructuras con el grupo carboxilato y valores de τ>0.01° tienen -0.21≤ %∆rC8=O9≤ 0.66% y -0.75≤∆rC8-X10≤0.62. La
relación de cambio predicha no muestra el comportamiento esperable desde el modelo de Pauling: rC8=O9 disminuye y rC8-X10 aumenta con el incremento de τ. Del comportamiento
observado en la serie surge que la estructura con la función O9=C8-O10 mas planar
(Benvpa, τ=0.01°) no tiene el enlace C8=O9 más largo y el enlace C8-O10 más corto. En
efecto, y a partir los valores de rC8=O9 y rC8-O10 en la Tabla 6.1, se puede ver que el grupo
carboxilatomas polarizado corresponde a la estructura Secvpa conτ=0.94°.
Siguiendo un razonamiento similar para la Vpd y compuestos análogos, de la información de Tablas 6.1 y 6.2, se puede observar que no hay un cambio uniforme y gradual de %∆rC8=O9 y %∆rC8-X10 indicando acortamiento de rC8=O9 y alargamiento de rC8-N10
a medida que τ aumenta (dentro de la serie de amidas -0.66≤ %∆rC8=O9≤0.19% para valores
de 0<%∆rC8-N10≤0.89). En particular, se puede destacar que aun cuando Aphvpd es la
molécula con la función amida menos distorsionada y con el enlace C8-N10 mas corto, esta
no tiene el enlace C8=O9 más largo. En cuanto a Suvpd, estructura con τ=0.48°, nuestros
datos muestran a esta estructura con valores relativamente altos de %∆rC8=O9 y %∆rC8-X10.
De lo anterior y tal como fuera observado para el Vpa y esteres, las observaciones precedentes indican que el grupo O9=C8-N10 de la Aphvpd y Suvpd no tienen el enlace
C8=O9 mas polarizado y el enlace C8-X10 con mayor carácter de doble enlace de la serie.
De la información reunida hasta aqui, derivamos que las moléculas con los enlace C8-
X10 mas corto y C8=O9 mas largo no pueden describirse por medio de la forma resonante δ-
O9-C8:::X10δ+. Para estas estructuras se predice una región polar con núcleos ligeramente no
coplanares. Asimismo, moléculas con los enlaces C8=O9 y C8-X10 poco polarizados no
pueden ser descriptas por la forma resonante O9=C8-N10 porque para ellas no se predice un
grupo polar apreciablemente distorsionado de la coplanaridad .
De lo analizado hasta aqui, entendemos que el comportamiento irregular de τ, χC, χX,
148
estructurales y electrónicas en O9=C8-X10 no satisfacen los argumentos del modelo de
resonancia de Pauling. De hecho, y a partir de asumir la independencia de los valores rC8=O9
y rC8-X10 con la torsión del enlace C8-X10 y la piramidalización de los átomos C8 y X10,
sostenemos que en la región polar del Vpa y derivados hay una compleja distribución electrónica que no puede ser explicada teniendo en cuenta sólo los cambios en la deslocalización nX10→π*C=O debido a los efectos estéricos y/o electrónicos que podrían
estar operando sobre los átomos C8 and X10 al variar R2