Use of the PCM model for obtaining magnetic properties of chalcones

As chalconas possuem uma ampla variedade de atividades biológicas benéficas, incluindo a prevenção de doenças relacionadas ao estresse oxidativo. A caracterização estrutural destas moléculas, por meio de técnicas analíticas, pode se tornar uma difícil tarefa devido à complexidade de algumas estruturas. Entretanto, casos de revisão de estruturas de produtos naturais erroneamente estabelecidas ainda são encontrados na literatura apesar dos recentes avanços em técnicas espectroscópicas. Portanto, é necessário o desenvolvimento de protocolos de cálculos quânticos que possam auxiliar na determinação estrutural correta destes compostos. Neste trabalho, buscou-se desenvolver um protocolo parametrizado para cálculos de deslocamentos químicos de RMN 13C, de forma a assegurar uma correta determinação estrutural de polifenóis, com foco em chalconas. Para isso, uma série de moléculas pertencentes a esta classe, com esqueletos estruturais complexos e variados, fidedignamente elucidados na literatura, foi selecionada e submetida a análises conformacionais estocásticas utilizando o método de Monte Carlo e o campo de forças MMFF. As conformações de menor energia de cada molécula foram selecionadas para a etapa de otimização de geometria, realizada no nível mPW1PW91/6-31G(d). Os deslocamentos químicos de 13C foram calculados utilizando o mesmo nível de teoria, levando-se em consideração a distribuição populacional de Boltzmann. Os cálculos foram realizados em fase líquida, utilizando o Modelo Contínuo Polarizável (PCM) como modelo de solvatação implícita. Os deslocamentos químicos escalonados (δesc) foram obtidos utilizando a expressão δesc = a.δcalc + b, onde a e b são os coeficientes de regressões lineares obtidas entre os deslocamentos químicos calculados (δcalc) e experimentais. Os resultados mostram que o nível de teoria aplicado na fase líquida, permite uma boa reprodução dos dados experimentais. A aplicação do fator de escalonamento permite o cancelamento de erros sistemáticos, o que faz com que os valores de δesc sejam mais próximos aos experimentais. Dessa forma, o protocolo parametrizado mostrou-se uma importante ferramenta para a elucidação estrutural de polifenóis através de cálculos de deslocamentos químicos de RMN 13C. Chalcones exhibit a wide variety of beneficial biological activities. In addition, these compounds include the prevention of diseases related to oxidative stress. The structural characterization of these molecules by means of analytical techniques can become a difficult task due to the complexity of some structures. However, cases of erroneously established natural product structure review are still found in the literature despite recent advances in spectroscopic techniques. Therefore, it is necessary to develop quantum calculation protocols that can aid in the correct structural determination of these compounds. Thus, in this work, we tried to develop a parameterized protocol for calculations of chemical displacements of 13C NMR, in order to ensure a correct structural determination of polyphenols, with a focus on chalcones. For this, a series of molecules belonging to this class, with complex and varied structural skeletons, reliably elucidated in the literature, was selected and subjected to stochastic conformational searches using the Monte Carlo method and the MMFF field of forces. The lower energy conformations of each molecule were selected for the geometry optimization step, performed at the mPW1PW91/6-31G(d) level. The chemical displacements of 13C were calculated at the same level of theory, taking into account the population distribution of Boltzmann. The calculations were performed in both liquid phase, using the Polarizable Continuous Model (PCM) as an implicit solvation model. The stepwise chemical displacements (δesc) were obtained using the expression δesc = a.δcalc + b, where a and b are the coefficients of linear regressions obtained between the calculated (δcalc) and experimental chemical shifts. The results show that the level of theory applied in the liquid phase allows a good reproduction of the experimental data. The application of the scaling factor allows the cancellation of systematic errors, which means that the values of δesc are closer to the experimental ones. Thus, the parameterized protocol proved to be an important tool for the structural elucidation of polyphenols by calculations of 13C NMR chemical shifts.