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A Ressonância Magnética Nuclear é uma técnica amplamente utilizada e tem um papel fundamental em diferentes áreas, especialmente na elucidação de mecanismos reacionais e desenvolvimento de novos fármacos. Neste contexto, o uso de métodos de Química Quântica é uma importante ferramenta no auxílio aos estudos de RMN. No entanto, os cálculos teóricos dos parâmetros de RMN são muitas vezes custosos e imprecisos. Assim, um dos maiores desafios na Química Computacional é desenvolver protocolos com baixo custo computacional que levem a bons resultados. Neste trabalho, a constante de acoplamento 1 J(195Pt15N) foi estudada em complexos de platina(II) a fim de desenvolver um protocolo para o cálculo da constante com custo computacional acessível e resultados satisfatórios, usando a função de base relativística all-electron NMR-DKH, previamente desenvolvida para o cálculo do deslocamento químico de 195Pt. Diversos tópicos foram testados e analizados no desenvolvimento do protocolo, como funcionais DFT e modificações na função de base. O protocolo computacional final para o cálculo da constante de acoplamento 1 J(195Pt15N) incluiu um conjunto de 82 constantes de acoplamento para 57 complexos de Pt(II). Ademais, o protocol foi aplicado a um conjunto teste de 16 constantes de acoplamento para 14 complexos de Pt(II). O protocolo foi baseado em cálculos não-relativísticos no nivel PBEPBE/NMR-DKH. O desvio absoluto médio foi de 36 Hz, que corresponde a um desvio relativo médio de 10.4% considerando todas as 98 constantes de acoplamento para os 71 complexos de Pt(II). The Nuclear Magnetic Resonance is a widely used technique and plays a key role in many different areas, especially in elucidation of reaction mechanisms and designing of new drugs. In this context, the use of Quantum Chemistry methods is an important tool in NMR study. However, theoretical calculations of NMR parameters are, most of the times, expensive and imprecise. Therefore, one of the greatest challenges in Computational Chemistry is developing protocols with low computational cost that yield satisfactory results. In this work, the 1 J(195Pt15N) coupling constant was studied in Pt(II) complexes in order to develop a computational protocol for the calculation of the constant with affordable cost and satisfactory results using the all-electron relativistic basis set NMR-DKH, previously proposed for calculation of 195Pt chemical shift. Several topics were tested and analyzed in order to develop the protocol, such as DFT functionals and modifications to the basis set. The final computational protocol for predicting the 1 J(195Pt15N) coupling constant in Pt(II) complexes included a working set of 82 coupling constants for 57 Pt(II) complexes. Furthermore, it was applied for a testing set of 16 coupling constants in 14 Pt(II) complexes. The protocol was based on nonrelativistic calculations at PBEPBE/NMR-DKH level. The MAD was 36 Hz corresponding to the MRD of 10.4%, considering all 98 coupling constants for 71 Pt(II) complexes.

Orientador: Roberto Rittner Neto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: A introdução da dissertação consiste na breve descrição da racionalização de acoplamentos JCH (n = 1, 2 e 3), das etapas de cálculos teóricos e das duas técnicas recentemente implementadas no IQ-Unicamp: HSQC-TOCSY-IPAP e IPAP-HSQMBC. A primeira parte da seção Resultados e Discussão trata da determinação experimental dos acoplamentos nos derivados de adamantano. Na parte que aborda as constantes calculadas é mostrado que não há necessidade de alto rigor teórico nos cálculos de otimização de geometria para moléculas rígidas em estudos de constante de acoplamento. As estruturas otimizadas nos níveis de teoria PM3 e B3LYP não apresentaram diferenças nos parâmetros geométricos e nem nas constantes de acoplamento teóricas. Sendo assim, o tempo para a obtenção dos resultados utilizando o método PM3 é drasticamente diminuído. A última parte dos Resultados e Discussão consiste na racionalização os JCH. A introdução do substituinte no adamantano não provoca modificação estrutural e por isso as variações das JCH são atribuídas às interações hiperconjugativas. O aumento do JCßHß para todos os derivados e devido a interação do substituinte com o sCC ou sCC*. Já para os JCaHb e JCaHg é observado que para os substituintes CN, C(O)CH3 e C(O)NH2 a interacao sCaCb n*CO ou sCaCb n*CN, que retira densidade eletrônica do caminho do acoplamento, não permitem que haja aumento nessas constantes. Para os demais substituintes as interações NXs*CaCb, que aumenta a densidade eletrônica do caminho do acoplamento, são os responsaveis pelo aumento desse acoplamento Abstract: In the Introduction section, there are short descriptions of the: a) rationalization of spin-spin couplings JCH (n = 1, 2 e 3); b) the steps of theoretical calculations; and c) two NMR experiments recently implemented at IQ-UNICAMP: HSQC-TOCSY-IPAP and IPAP-HSQMBC. The first part of Results and Discussion approaches the experimental determination of the spin-spin coupling constants (SSCC) in adamantane derivatives. The second part approaches theoretical spin-spin coupling constants. In this part is shown that isnft necessary high precision in theoretical calculations of geometry optimization for studies of spin-spin coupling constants in rigid molecules. The optimizated structures at PM3 and B3LYP level of theory present no difference geometrical parameters as well as the theoretical values of SSCC. The results lead a decrease in the computational efforts. The last part of Results and Discussion is about rationalization of JCH. The substituent in adamantane doesnft cause structural changes, so the variations in JCH are attributed to hyperconjugation. The increase in JCßHß for all derivatives is due to interaction between substituent and C-C bond (sCC or sCC*). For the JCaHb and JCaHg is observed that for the CN, C(O)CH3 and C(O)NH2 substituents the interaction sCaCb n*CO ou sCaCb n*CN, which removes electronic density in coupling pathway, doesnft allow no increase in these constants. For the others substituents interactions NXs*CaCb, which increases electronic density in coupling pathway, are responsible for the increase in these spin-spin coupling constants Mestrado Química Orgânica Mestre em Química

Orientador: Roberto Rittner Neto Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Resumo: Este trabalho apresenta estudos teóricos e experimentais sobre estabilidade conformacional de ésteres metílicos de alguns aminoácidos (glicina, alanina, prolina e ácido aspártico) por meio de espectroscopia vibracional e cálculos teóricos da estrutura eletrônica. Os cálculos teóricos foram efetuados com o método ab initio em nível MP2 e com o da Teoria do Funcional de Densidade (¿DFT¿) com diferentes conjuntos de bases e com correção de energia do ponto zero ¿ZPE¿, disponíveis no pacote Gaussian03. Determinaram-se as energias e geometrias dos confôrmeros mais estáveis na fase vapor e com a inclusão dos efeitos do solvente. Os espectros no infravermelho na região do estiramento fundamental do grupo carbonila e no seu primeiro ¿overtone¿, em solventes de diferentes constantes dielétricas, assim como o comportamento dos acoplamentos JHH e JCH em solução foram utilizados para determinar o número e as populações dos rotâmeros presentes. A análise conjunta dos dados permitiu avaliar quais são os fatores responsáveis pela estabilidade conformacional nos ésteres de aminoácidos estudados. No caso do éster do ácido aspártico realizou-se um estudo detalhado RMN de H e C a fim de verificar se os acoplamentos JHH e JCH, dos grupos CH e CH2 apresentavam variação com a mudança da população dos confôrmeros, uma vez que os hidrogênios do grupo CH2 são diastereotópicos, portanto apresentam deslocamentos químicos diferentes e acoplam entre si. Estes dados foram tratados pelo programa Models juntamente com as geometrias previamente otimizadas, o que forneceu informações detalhadas sobre o comportamento conformacional da molécula em solução e também no vapor Abstract: The present work reports a theoretical and experimental study on the conformational analysis of some amino acid methyl esters (glycine, alanine, proline and acid aspartic) through IR and NMR spectroscopy, and theoretical calculations. The results from ab initio calculations of energy and structure for the main conformers were performed with the Gaussia03 program using MP2 and DFT theory including ZPE corrections and salvation effects. The infra-red spectrum in solvents with wide range of dielectric constants as well the behavior of couplings constants JHH and JCH in solution were used to determine the number and the populations of the rotamers in solution. The analysis of the data allowed the evaluation of the factors responsible for conformacional stability in the studied compounds. For the acid aspartic ester, a detailed investigation was performed using the through Models program, with the optimized geometries from Gaussian combined with experimental couplings constant values, which yielded detailed information on the conformacional behavior of the molecule in solution and also in the vapor Doutorado Química Orgânica Doutor em Ciências

The present work reports the study of the mains parameters of NMR spectroscopy in norcamphor and dithiane derivatives. In the first part the results of synthesis, separation and purification of 3-exo-hidroxinorcânfora e 3-exo e 3-endo-metiltio e metilselenonorcânforas are being presented as well as the complete assignment of 1H and 13C NMR signals. The compounds structures were optimized through Density Functional Theory (DFT), by B3LYP method. The observed 1H chemical shifts were compared with the corresponding calculated value using the CHARGE and Gaussian programs. Good agreement between the experimental and both sets of calculated values was observed, with the version parameterized of CHARGE program being more accurate, mainly for the protons in around of the functional groups. This data illustrates the utility of CHARGE program for the chemical shifts assignment and also as a tool for the elucidation of chemical structures. The second part of this work reports the study of sulfur oxidation influence on 2JHH e 1JCH coupling constants and consequently, of the orbital interactions, in 1,3 and 1,4dithiane sulfoxides and sulfones. In addition, were analyzed the factors governing the conformational behavior of these compounds. The compounds geometries were optimized at the MP2/cc-pVDZ level. The conformational equilibrium and the orbital interactions were analyzed using experiments NMR data and theoretical calculations by NBO theory. The conformational preference for the 1,3 and 1,4-dithiane sulfoxides and sulfones are determined by balance between two factor, delocalization interaction (attractive) and steric interaction (repulsive). The coupling constants were calculated with the Gaussian 03 program, using distinct methods (B3LYP, B971 and PBEPBE). The NBO calculations were used to determine of orbital interactions effects on coupling constants. The results showed that the hyperconjugative interactions have a great influence on 2JHH e 1JCH coupling constants values and can be used to explain the different coupling values in a molecular system. O presente trabalho reporta o estudo dos principais parâmetros da espectroscopia de RMN em derivados da norcânfora e de ditianos. Na primeira parte estão apresentados e discutidos os resultados da síntese, separação e purificação dos compostos 3-exo-hidroxinorcânfora e 3-exo e 3-endo-metiltio e metilselenonorcânforas, bem como a completa atribuição dos sinais de RMN de 1H e 13C. As estruturas dos compostos caracterizados foram otimizadas pelo método B3LYP, baseado na Teoria do Funcional de Densidade (TFD). Os deslocamentos químicos de 1H observados foram comparados com os valores calculados pelo programa CHARGE e também com os calculados pelo programa Gaussian em diversos níveis de teoria. Os resultados obtidos foram concordantes com os experimentais, sendo que os deslocamentos químicos calculados com a versão parametrizada do programa CHARGE (CHARGE8) mostraram maior exatidão que a versão anterior (CHARGE7), principalmente para os prótons próximos aos grupos funcionais. Estes dados ilustram a utilidade do programa CHARGE para a atribuição de deslocamentos químicos e também como uma ferramenta na elucidação de estruturas químicas. A segunda parte desta tese refere-se ao estudo da influência das oxidações dos átomos de enxofre e, conseqüentemente, das interações de orbitais nas constantes de acoplamento 2JHH e 1JCH de sulfóxidos e sulfonas do 1,3 e 1,4-ditianos. Além disso, também foram determinados os fatores que governam o equilíbrio conformacional desses compostos. Os cálculos de otimização de geometrias foram realizados em nível MP2/cc-pVDZ. As preferências conformacionais e as interações de orbitais foram analisadas utilizando dados de ressonância magnética nuclear a baixa temperatura e cálculos teóricos através da teoria NBO. A preferência conformacional para os sulfóxidos e sulfonas do 1,3-ditiano e 1,4-ditiano é determinada pelo balanço entre dois fatores, delocalização eletrônica (atrativa) e interação estérica (repulsiva). Os valores de constantes de acoplamento foram calculados por diferentes métodos (B3LYP, B971 e PBEPBE), através do programa Gaussian 03. Cálculos baseados na teoria NBO também foram utilizados para determinar a influência das interações de orbitais sobre as constantes de acoplamento. As interações hiperconjugativas exercem uma grande influência nas magnitudes das constantes de acoplamento 2JHH e 1JCH e podem ser utilizadas para explicar os diferentes valores de acoplamento existentes em um sistema molecular. 115 f

The objective of this work was to determine the influence of hyperconjugative interactions on the ¹J CH coupling constant for hexamethylenetetramine (1) and adamantane (2). For this end, theoretical and experimental ¹J CH were obtained and hyperconjugative interactions were investigated using NBO. It was observed, theoretically and experimentally, that ¹J CH in 1 is 20 Hz larger than in 2, mainly due to the nN®s*C-H hyperconjugative interaction. This interaction occurs only in 1, with an energy of 9.30 kcal mol-1. It increases the s-character of the carbon atom in the C-H bond and the occupancy of the sigma*C-H orbital in (1).

Orientador: Roberto Rittner Neto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Resumo: Estudaram-se as interações de orbitais e seus efeitos nas constantes de acoplamento JHH e JCH em 1,3,5-trioxano, 1,3,5-tritiano e 1,3,5-tritianos monosubstituídos, onde os substituintes foram os halogênios: flúor, cloro, bromo e metil por dados de ressonância magnética nuclear e cálculos teóricos. Todos os cálculos foram realizados com os programas GAUSSIAN 98 e 03. Os cálculos de otimização de geometrias foram realizados em nível MP2 e a função de base aug-cc-pVTZ. Os cálculos para estudo das interações hiperconjugativas foram feitos com o programa NBO. As constantes de acoplamento foram calculadas utilizando a teoria de perturbação CP-DFT. Obtiveram-se os espectros de RMN de H e de C a temperatura ambiente e a baixa temperatura para obtenção dos valores das constantes de acoplamentos experimentais. A análise conjunta dos dados teóricos e experimentais para o 1,3,5-trioxano e 1,3,5-tritiano mostrou a influência das interações hiperconjugativas nxs*C-HEq, nxs*C-HAx, e nxs*C-X, onde o X pode ser o átomo de oxigênio ou enxofre, nos valores das constantes de acoplamento JCHax, JCHeq e JHH. A análise conjunta dos dados teóricos e experimentais para 1,3,5-tritianos monosubstituídos mostrou a influência dos átomos eletronegativos, flúor, cloro e bromo, no valor da constante de acoplamento JCHax no carbono 6 através do efeito eletrostático. As constantes de acoplamento JCHax e JCHeq, no carbono 2, sofrem influência direta do substituinte eletronegativo. A presença do grupo metila não mostrou nenhum efeito nos valores das constantes de acoplamento estudadas. Abstract: The present work reports the NMR data and theoretical calculations of orbital interactions and their effects on JHH and JCH coupling constants in 1,3,5-trioxane, 1,3,5- trithiane and 2-substituted 1,3,5-trithianes, where the substitutents are fluorine, chlorine, bromine and methyl. The calculations were carried out with the Gaussian 98 and 03 package of programs. The aug-cc-pVTZ basis sets were employed for geometries optimizations at level MP2. The energies of hyperconjugative interactions were calculated with the NBO program. The coupling constants were evaluated within the CP-DFT perturbative approach. The H and C spectra were recorded for all compounds at room and low temperature, for obtained the determination of coupling constants. The experimental results and those from theoretical calculations showed the influence of hyperconjugative interactions nxs*C-HEq, nxs*C-HAx, e nxs*C-X, where X is oxygen or sulfur atoms, on JCHax, JCHeq and JHH coupling constants in 1,3,5-trioxane and 1,3,5-trithiane. The experimental results and those from theoretical calculations showed the influence of electrostatic effects for JCHax coupling constant in 2-substituted 1,3,5-trithianes with electronegative atoms: fluorine, chlorine and bromine. For carbon 2, the JCHax and JCHeq coupling constants showed the direct influence of the electronegative atom. The alkyl group, methyl, did not present any effects on the coupling constants in study. Mestrado Química Orgânica Mestre em Química