Modelado de efectos de RMN de estado sólido (SSNMR) en cristales polimorfos de interés farmacéutico

MARTA B. FERRARO

Isla Margarita, VENEZUELA

Conferencia; Congreso Internacional de Químicos Teóricos de Exresión Latina; 2005

IVIC, Venezuela

La espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es una técnica que se ha empleado muchísimo en la determinación de estructuras y conformaciones moleculares y hoy día se incrementa notablemente su aplicación en estudios de estado sólido[1,2]. El corrimiento químico o tensor de apantallamiento ofrece información sobre la estructura conformacional del sistema que se investiga. En el caso de moléculas, existen reglas que se usan comúnmente para relacionar el espectro con la estructura, pero en estado sólido el problema es más complicado; no se pueden emplear las mismas reglas, aparece –por ejemplo– duplicación de señales, y entonces es muy importante contar con métodos teóricos de predicción del corrimiento químico para complementar los datos experimentales y proceder así a la determinación de la estructura en cuestión. Respecto a los modelos que representan los efectos cristalinos por medio de una distribución discreta de cargas, los mismos son sumamente atractivos porque su costo computacional es similar, en orden de magnitud, al correspondiente a un cálculo molecular. Recientemente se han publicado varias técnicas de modelado y simulación de interacciones intermoleculares usando tanto modelos de cargas[3-6] como condiciones periódicas[7-9]. Respecto de estos últimos, si bien las condiciones periódicas han sido incluidas en los trabajos de Mauri[10] empleando el Hamiltoniano completo con todos los electrones, la implementación de RMN se hizo utilizando un pseudopotencial no conservativo en el cual –como sucede con todos los pseudopotenciales– se describe en forma muy aproximada la región cercana a los núcleos (core) y por lo tanto cuando se trata el apantallamiento magnético nuclear, los resultados son pobres.             En el presente trabajo se diseñó un modelo de cargas puntuales para representar los efectos de estado sólido en el tensor de apantallamiento magnético nuclear de 13C, 15N y 19F. El modelo utiliza una superficie molecular con cargas superficiales, junto con un arreglo de cargas puntuales en posiciones atómicas cristalinas, para reproducir en el interior de la superficie el mismo campo electrostático generado por el cristal externo a esta superficie. Dicho potencial fue calculado utilizando dos métodos distintos, sumas de Ewald y potencial cristalino.             Se eligieron ocho compuestos para los cuales se conocía tanto la estructura por difracción de neutrones como los datos experimentales de RMN de estado sólido. Para calcular el tensor de apantallamiento se empleó la metodología de la Funcional de Densidad con funcional de intercambio y correlación BLYP, la base de funciones D95** y el método CSGT para asegurar la invariancia de los resultados. Entre diferentes métodos de representación de efectos cristalinos por distribución de cargas aquí se ha elegido la distribución SCREEP[11] y se ha empleado un modelo previo[6] en el que se usaron sumas de Ewald[12] para representar el potencial del cristal. Se presenta la extensión del mismo al utilizar el potencial evaluado por el programa CRYSTAL98[13] que hace una implementación ab-initio de las condiciones periódicas.             Los resultados obtenidos permiten concluir que los modelos propuestos constituyen una buena herramienta para determinar las tendencias observadas en los comportamientos de los parámetros medidos experimentalmente, y también dan un límite a la precisión que se puede esperar empleando modelos de cargas. [1] Encyclopedia of NMR, Ed. D. M. Grant y R. K. Harris, (Wiley, Londres, 1996) [2] Schaefer J, Stejskal EO. High-Resolution 13C NMR in Solid Polymers. In: Levy GG, ed.Topics in Carbon-13 NMR Spectroscoy. New York: Wiley, 1970:284. [3] Ferraro MB, Repetto V, Facelli JC. Solid State Nuclear Magnetic Resonance 1998; 10,185. [4] Schneider DM, Caputo MC, Ferraro MB, Facelli JC. International Journal of Molecular Sciences [online computer file] 2000; 1,75. [5] Solis D, Ferraro MB. Theoretical Chemistry Accounts 2000; 104,323. [6] Solis D, Ferraro MB, Facelli JC. Journal of Molecular Structure 2002; 602-603,159. [7] Mauri F, Pfrommer BG, Louie SG. Physical Review Letters 1996; 77,5300. [8] Sebastiani D, Goward G, Schnell I, Parrinello M. Computer Physics Communications 2002;147,707. [9] Sebastiani D, Parrinello M. J. Phys. Chem. A 2001; 105,1951. [10] Mauri F, Louie SG, Phys Physical Review Letters 1996. 76, 4246 [11] Stefanovich EV, Truong TN, J. Phys. Chem. B 1998;102,3018. [12] Saunders VR, Freyra-Fava C, Dovesi R, Salasco L y Roetti C;Mol. Phys.1992; 77,629 [13]- Dovesi R, Saunders VR, Roetti C, Causá M, Harrison NM, Orlando R y Aprá E - CRYSTAL98, University of Torino, Torino, 1999.