Efecto del solvente en la formación de uniones hidrógeno en aminas polifuncionales: estudio teórico ab-initio

F. BERGERO; C.E.S. ALVARO; N. NUDELMAN; S. RAMOS DE DEBIAGGI

Tandil - Pcia. de Buenos Aires

Congreso; XV Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2007

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

La unión hidrógeno es una de las interacciones débiles no covalentes más importantes y está ampliamente aceptado el rol dominante que el carácter de inter- o intramolecular de las mismas tiene en definir las propiedades físicas y la reactividad de una gran variedad de sistemas orgánicos y biológicos. Recientemente informamos [1] estudios cinéticos de reacciones de Sustitución Nucleofílica Aromática (SNAr) de 1-halógeno-2,4-dinitrobencenos (halógeno = F, Cl) realizadas en solventes apróticos con los nucleófilos 3-dimetilamino-1-propilamina (DMPA), etilendiamina (EDA) e histamina en tolueno y 2-guanidinobencimidazol, (2-GB) en dimetilsulfóxido (DMSO) y mezclas binarias de solventes tolueno-DMSO. Demostramos cinéticamente que DMPA y EDA forman un dímero mediante unión hidrógeno intermolecular, mientras que histamina y 2-GB forman unión hidrógeno intramolecular, resultado consistente con la rígida geometría molecular de histamina y 2-GB que permite establecer fácilmente este tipo de unión, impidiendo la formación de homoagregados. Estos resultados aportan apoyo empírico al ?mecanismo del nucleófilo dímero?, en el cual el nucleófilo atacante es una especie dimérica de la amina formada por uniones hidrógeno. Asimismo, con el objetivo de corroborar los resultados cinéticos evaluamos mediante cálculos teóricos semi-empíricos y ab-initio realizados en el vacío [2] la formación y estabilidad de uniones hidrógeno en los nucleófilos utilizados en los estudios cinéticos. Para una comparación más rigurosa con los resultados experimentales [1], en el presente estudio teórico evaluamos la influencia de los solventes anteriormente citados sobre la formación de dichas uniones hidrógeno en los nucleófilos histamina y 2-GB. Realizamos cálculos ab-initio en el marco de la Teoría de la Funcional Densidad (DFT) incluyendo correcciones por correlación e intercambio a través de la función híbrida B3LYP y una base de orbitales localizados 6-31G*. Las moléculas son optimizadas geométricamente tanto en vacío como en presencia del solvente, a los efectos de analizar la influencia de éste último en la formación de uniones hidrógeno. Los efectos de solvente fueron considerados a través del modelo del medio continuo polarizado implementado en forma autoconsistente (SCIPCM: Self Consistent Isodensity Polarizable Continuum Model). Según este modelo el solvente es tratado como un continuo caracterizado por una permeabilidad relativa ( <!--[if !vml]--><!--[endif]-->), mientras que el soluto es considerado como una cavidad dentro del solvente definida en forma autoconsistente mediante una superficie de densidad electrónica constante. Consideramos el efecto de dos solventes, tolueno y DMSO. Comparamos los resultados teóricos con las conclusiones obtenidas de los experimentos cinéticos. Referencias: [1] a) Alvaro, C. E. S. and  Nudelman N. S., J. Phys. Org. Chem. Exner special issue. 18, 2005, 880-885; b) Alvaro C. E. S., Rodríguez G. R,  Ayala A. D. y Nudelman N. S. XV Simposio Nacional de Química Orgánica. Noviembre, 2005. Mar del Plata. Buenos Aires. Argentina. [2] a) Bergero F.,  Alvaro C. E. S., Nudelman N. S. y Ramos de Debiaggi S. XXVI Congreso Argentino de Química. Asociación Química Argentina. Septiembre, 2006, San Luis. Argentina. b) Bergero F., Alvaro C. E. S., Nudelman N. S. y Ramos de Debiaggi S. 91º Reunión Nacional de Física. Asociación Física Argentina. Filial San Luis, Septiembre 2006, Villa de Merlo. San Luis. Argentina