Aplicação de ionização por electrospray e química computacional no estudo de benzopiranos of espécies de Piperaceae
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Data
2018-10-29
Autores
Souza Júnior, Amauri Alves de [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A pesquisa por candidatos a fármacos pelas indústrias farmacêuticas e o desenvolvimento no Brasil de novos produtos aplicados à área da saúde humana e animal são processos que requerem otimização contínua. A metabolômica, particularmente, tem contribuído efetivamente no planejamento de estratégias eficientes aplicadas a bioprospecção de produtos naturais. Nesse contexto, 2H-cromenos e cromanos que mostram acúmulo em espécies de Piper aduncum e Peperomia obtusifolia (Piperaceae) foram selecionados para o desenvolvimento de uma abordagem teórica/experimental aplicada ao estudo de matrizes complexas. Para tanto, métodos computacionais com base na teoria do funcional de densidade foram aplicados para predizer grandezas termoquímicas de benzopiranos, incluindo afinidade protônica, basicidade em fase gasosa e diagramas de energia da coordenada de reação. As grandezas termoquímicas obtidas pela aplicação de química computacional foram empregadas em sinergia com os dados de ESI(+)-MS/MS, visando descrever o perfil de fragmentação do núcleo benzopirano do tipo 2H-cromeno e cromano, incluindo a descrição de mecanismos de fragmentação clássicos e dissociações específicas para cada subclasse. Além disso, uma abordagem metabolômica mimetizando etapas de um estudo de bioprospecção foi realizada com a finalidade de validar o perfil de fragmentação proposto para os 2H-cromenos e cromanos. Os resultados mostraram que a estrutura química dos benzopiranos confere características intrínsecas ao equilíbrio ácido-base que representa as espécies protonadas. Entre esses aspectos, o 2H-cromeno prenilado mostrou que a adição do próton na ligação dupla da unidade prenila está de acordo com um estado de transição de 6 membros. Além disso, as grandezas termoquímicas mostraram que a nucleofilicidade do anel pirano dos cromanos depende dos substituintes ligados ao C2. Assim, o aumento da contribuição por hiperconjugação favoreceu a clivagem heterolítica da ligação O-C2 do anel pirano. Consequentemente, uma bifurcação na fragmentação do núcleo benzopirano dos derivados de cromanos naturais justificou adequadamente a formação do íon diagnóstico após a perda de 122 u. Na maioria dos trabalhos, essa fragmentação é explicada atendendo ao mecanismo concertado de retro Diels Alder. Nessa perspectiva, o padrão de fragmentação de 2H-cromenos e cromanos corroborou com a distribuição de íons na curva de energia, e com o perfil de energia mensurado no modelo B3LYP/6-31+G(d,p). Usando as reações de fragmentação estudadas por ESI(+)-MS/MS, propostas de identificação estrutural de 2H-cromenos e cromanos foram descritas à partir da análise de espectros de massas adquiridos em mistura. Portanto, o presente trabalho confirmou que o uso integrado de ferramentas analíticas e computacionais se configura em uma abordagem eficiente para a pesquisa de substâncias naturais em misturas complexas.
The research for new drug candidates by pharmaceutical companies and the development in Brazil of new products applied to human and animal health are processes that require continuous optimization. The metabolomics have contributed effectively to plan efficient strategies applied to the bioprospecting of natural products. In this context, 2H-chromenes and chromanes that show accumulation in Piper aduncum and Peperomia obtusifolia (Piperaceae) were selected for the development of a theoretical/experimental approach applied to the study of complex matrices. For this purpose, quantum-chemical calculations based on density functional theory were applied to predict some thermochemical parameters of benzopyrans, including proton affinity, gas-phase basicity and reaction coordinate energy diagrams. Such computational parameters were employed in synergy with the ESI(+)-MS/MS data, aiming to describe the fragmentation profile of the 2H-chromene and chromane, including the description of classical fragmentation mechanisms and specific dissociations for each subclass. Among these aspects, the prenylated 2H-chromene showed that the addition of the proton at the double bond of the prenyl unit is related to a 6-member transition state. Besides that, the thermochemical parameters have shown that the nucleophilicity of the pyran ring of the chromans depends on the C2-linked substituents. Thus, increased contribution by hyperconjugation favored the heterolytic cleavage of the O-C2 bond of the pyran ring. Consequently, a bifurcation in the fragmentation of the chromane derivatives justified adequately the formation of the diagnostic ion after the loss of 122 u. In most works, this fragmentation is explained by the concerted mechanism of retro Diels Alder. In this perspective, the fragmentation pattern of 2H-chromenes and chromanes corroborated with the ion distribution in the energy-resolved plot, and with the energy profile measured in the B3LYP/6-31+G(d,p) model. Using the fragmentation reactions studied by ESI(+)-MS/MS, structural analysis and identification for 2H-chromenes and chromanes were described from the analysis of mass spectra acquired in the mixture. Therefore, the present work confirmed that the integrated use of analytical and computational tools are efficient approaches for identification of natural compounds in complex matrices.
The research for new drug candidates by pharmaceutical companies and the development in Brazil of new products applied to human and animal health are processes that require continuous optimization. The metabolomics have contributed effectively to plan efficient strategies applied to the bioprospecting of natural products. In this context, 2H-chromenes and chromanes that show accumulation in Piper aduncum and Peperomia obtusifolia (Piperaceae) were selected for the development of a theoretical/experimental approach applied to the study of complex matrices. For this purpose, quantum-chemical calculations based on density functional theory were applied to predict some thermochemical parameters of benzopyrans, including proton affinity, gas-phase basicity and reaction coordinate energy diagrams. Such computational parameters were employed in synergy with the ESI(+)-MS/MS data, aiming to describe the fragmentation profile of the 2H-chromene and chromane, including the description of classical fragmentation mechanisms and specific dissociations for each subclass. Among these aspects, the prenylated 2H-chromene showed that the addition of the proton at the double bond of the prenyl unit is related to a 6-member transition state. Besides that, the thermochemical parameters have shown that the nucleophilicity of the pyran ring of the chromans depends on the C2-linked substituents. Thus, increased contribution by hyperconjugation favored the heterolytic cleavage of the O-C2 bond of the pyran ring. Consequently, a bifurcation in the fragmentation of the chromane derivatives justified adequately the formation of the diagnostic ion after the loss of 122 u. In most works, this fragmentation is explained by the concerted mechanism of retro Diels Alder. In this perspective, the fragmentation pattern of 2H-chromenes and chromanes corroborated with the ion distribution in the energy-resolved plot, and with the energy profile measured in the B3LYP/6-31+G(d,p) model. Using the fragmentation reactions studied by ESI(+)-MS/MS, structural analysis and identification for 2H-chromenes and chromanes were described from the analysis of mass spectra acquired in the mixture. Therefore, the present work confirmed that the integrated use of analytical and computational tools are efficient approaches for identification of natural compounds in complex matrices.
Descrição
Palavras-chave
Piperaceae, Piper aduncum, Peperomia obtusifolia, Benzopiranos, Ionização por electrospray, Termoquímica computacional, Hiperconjugação, Reação retro Diels-Alder, Benzopyrans, Electrospray ionization, Computational thermochemistry, Hyperconjugation, Retro Diels-Alder reaction