69.

Cirino L.R., Ribeiro F.A.L., Ferreira M.M.C., "Correlação quantitativa estrutura-propriedades de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos" ["Quantitative structure-property correlation for polycylclic aromatic hydrocarbons"]. Poços de Caldas, MG, 23-26/05/2000: 23a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química: A Ligação Química Brasil/Portugal [23rd Annual Meeting of the Brazilian Chemical Society: The Chemical Bond Brazil/Portugal], Livro de Resumos [Book of Abstracts], 2 (2000) MD-057. Poster MD-057.


Português
MD-057

CORRELAÇÃO QUANTITATIVA ESTRUTURA-PROPRIEDADE DE
HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS
Lucileide Ribeiro Cirino (PG), Fabiana Alves de Lima Ribeiro (PG),
Márcia M. C. Ferreira (PQ)

Departamento de Físico-Química - Instituto de Química, UNICAMP, C. P. 6154,
CEP 13083-970, Campinas, SP, Brasil

palavras-chave: QSPR, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, PAHs, quimiometria

          Há  mais  de  60.000  compostos  químicos   em  produção  atualmente.  Destes
cerca de 500  são  de interesses  ambiental, por estarem  presentes  em  quantidades
detectáveis   em   vários   componentes   do   meio   ambiente,   devido   à   toxicidade,
tendência  a bioacumulação  e  persistência. Todas  estas  características  despertam
grande   interesse  no   estudo  destes   compostos,   com   a finalidade  de  se  obter
informações  detalhadas  sobre  o  comportamento   dos  mesmos  no  meio  ambiente.
Exemplos  de  alguns  grupos  desses  compostos  são:   bifenis  policlorados  (PCBs),
fenois clorobenzenos,  dioxinas policlorados,  hidrocarbonetos  policíclicos aromáticos
(PAHs) e dibenzofuranos.
          A  preocupação   com   o   crescente   aporte   de   hidrocarbonetos  policíclicos
aromáticos no  meio ambiente impulsionou  o estudo  das  propriedades  e  atividades
biológias  destes  compostos,  uma  vez   que  estas  propriedades estão  intimamente
relacionadas com seu potencial poluente e tóxico (os PAHs  são conhecidos por suas
características    mutagênicas    e    carcinogênicas).    Estes    hidrocarbonetos    são
produzidos  pela  degradação   ou   combustão   incompleta   de  materiais  orgânicos
(carvão,  petróleo,  tabaco),   que   geram   uma   variedade   imensa   de   compostos
similares em estrutura e propriedades,  o  que dificulta  a  análise de  controle  destes
poluentes [1,2].
          Este  trabalho  visa  obter a relação  quantitativa estrutura-propriedade (QSPR)
de  um   conjunto   de   PAHs   através   de   um    modelo   de    previsão    de   ponto
de ebulição  (pe)  e coeficiente de partição octanol-água  (Log Kow).
          Inicialmente otimizamos  a  geometria das moléculas de  PAH,  e calculamos os
descritores  físico-químicos  utilizando o  método semi empirico AM1  (Austin Model 1)
do software  Spartan5.  Os  descritores estéricos também foram calculados  com este
programa.  Também  calculamos  descritores topológicos com o programa  WHIM-3D,
os quais descrevem a disposição  dos átomos na molécula,  forma e tamanho,  e  tem
sido aplicados com sucesso em estudos de QSPR.  Os  descritores calculados foram:
Energia de HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital),  energia de LUMO  (Lowest
Unoccupied     Molecular    Orbital),    dureza      molecular,     momento     de    dipolo,
eletronegatividade       molecular,         polarizabilidade,         cargas,       propriedades
termodinâmicas, volume,  área além de  96  índices topológicos.
          Utilizamos o  método dos mínimos quadrados parciais  com  validação  cruzada
para  elaboração  de  modelos  de  regressão   de   um  conjunto  de  amostras  cujas
propriedades  experimentais  (ponto de ebulição  e  coeficientes  de  partição octanol-
água)  eram  conhecidas.    Uma   vez   validados  estes  modelos,  tais  propriedades
foram    previstas    para    cada     um    conjunto    de   moléculas   cujos   resultados
experimentais não foram ainda medidos  [1,2,3].
          Na   tabela  1  podem  ser  observados  os  resultados   obtidos  para   os  dois
modelos,   utilizando  o  método   dos   mínimos  quadrados  parciais  com   validação
cruzada.

Tabela 1: resultados obtidos para as duas propriedades utilizando PLS
___________________________________________________________________

PropriedadeVariáveisSEVPRESSCoeficientes de
FísicaLatentescorrelação
___________________________________________________________________

pe27.971778.690.998
___________________________________________________________________

Log Kow20.2261.2210.982
___________________________________________________________________
 

          A partir dos modelos construídos  foi  possivel obter coeficientes  de correlação
da ordem de 0.9 utilizando apenas quatro e cinco variáveis (para ponto de ebulição e
coeficientes de partição octanol-água respectivamente) das 110 variáveis inicialmente
existentes. Pelo método de validação cruzada verificou-se  que os valores  estimados
de ponto de ebulição e coeficientes de partição octanol-água estão  em concordância
com os valores experimentais,   pois  apresentam resíduos  no  máximo  de ordem  de
4%.
 
 

Bibliografia

1  -   W.  Karcher,   R.  J.  Fordham,   J.  J.  Dubois,   P.  G.  J.  Glaude,   J.   aM.  Lighart,    Spectral
Atlas of Polycyclic Aromatic Compounds,  1988.
2  -  D.   Mackay,    W.   Y.   Shiu,    K.   C.   Ma,    Illustrated    Handbook    of    Physical-Chemical
Properties and Environmental Fate  of  Organic Chemicals,  Lewis,  1993.
3 - J. Chem. Inf. Comput. Sci., 1998, 38, 845-852.
 

CENAPAD, FAPESP, CNPQ, CAPES


English
MD-057

QUANTITATIVE STRUCTURE-PROPERTY CORRELATION FOR
POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS
Lucileide Ribeiro Cirino (PG), Fabiana Alves de Lima Ribeiro (PG),
Márcia M. C. Ferreira (PQ)

Departamento de Físico-Química - Instituti de Química, UNICAMP, C. P. 6154,
CEP 13083-970, Campinas, SP, Brasil

key-words: QSPR, polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs, chemometrics
 

          There are more than  60,000  chemical compounds in current production.  Among
them,  some  500  compounds are of  environmental interest because of their detectable
presence in various parts of the environment due  to  their toxicity,  bioaccumulation and
persistence.   All  these  characteristics  are  reasons  for  great  interest  to  study  such
compounds,   with  the  final  goal to obtain detailed information about their  behavior  in
the environment.  Examples of  some groups of  such  compounds  are:  polychlorinated
biphenyls  (PCBs),  chlorinated phenols,  polychlorinated  dioxines,  polycyclic  aromatic
hydrocarbons  (PAHs)  and dibenzofuranes.
          Preoccupations    with     increasing    concentrations    of     polycyclic    aromatic
hydrocarbons  in  the environment have  initiated  studies  on  properties and  biological
activities of these compounds,   mainly because  these properties are tightly  connected
with  their  toxic  and  polluent  potential  (PAHs  are known  after  their  mutagenic  and
carcinogenic characteristics).  These  hydrocarbons  are generated  by  degradation  or
incomplete combustion of  organic materials  (coal,  petroleum,  tobacco),  during  which
a  vast  variety  of  compounds  similar  in  structure and  properties are produced.  This
makes the control of these polluents rather difficult [1,2].
          This work proposes a  quantitative structure-property relationship  (QSPR)  for  a
set of PAHs by establishing prediction  models  for boling point  (bp)  and octanol-water
partition coefficient (Log Kow).
          Geometries of PAH molecules were optimized  and  physico-chemical descriptors
were calculated by using the semi-empirical method AM1 (Austin Model 1)  in  Spartan5
software.   Steric  descriptors  were   also  calculated   with   this  program.   In  addition,
topological   descriptors   which  describe  atomic  accessibility  in  molecule,  molecular
shape and size,  and which  are known to be useful in  QSPR studies,  were  calculated
by program  WHIM-3D.   The descriptors  were:  HOMO  (Highest  Occupied  Molecular
Orbital)  energy,   LUMO   (Lowest  Unoccupied  Molecular  Orbital)  energy,  molecular
hardness,    dipole    moment,    molecular    electronegativity,    polarizability,   charges,
thermodynamic properties, volume,  and area,  besides  96  topological indices.
          Partial least squares with crossvalidation  was used  to  build regression  models
for a set  of  samples  which experimental properties  (boiling  point  and  octanol-water
partition coefficient) were known.  After constructing  the models,  these  two properties
were  predicted   for  each  set  of  molecules  for  which  experimental  data  were   not
known [1,2,3].
          Result  for  the two models based  on  partial least squares   and  crossvalidation
are in Table 1.

Table 1: PLS results obtained for the two properties
___________________________________________________________________

PhysicalLatentSEVPRESSCorrelation
PropertyVariablecoefficient
___________________________________________________________________

bp27.971778.690.998
___________________________________________________________________

Log Kow20.2261.2210.982
___________________________________________________________________
 

          Correlation  coefficients  about  0.9  were  obtained for the constructed  models
with  only  four   and  five  variables   (for  boiling  points  and  octanol-water  partition
coefficients,  respectively)  from  100  initial  variables.   When  using  crossvalidation,
it  was  noticed  that predicted  values and experimental values  of  boiling  point  and
octanol-water partition  coefficient  were well correlated,  due to small errors  of about
4%.
 
 

Bibliography

1  -   W.  Karcher,   R.  J.  Fordham,   J.  J.  Dubois,   P.  G.  J.  Glaude,   J.   aM.  Lighart,    Spectral
Atlas of Polycyclic Aromatic Compounds,  1988.
2  -  D.   Mackay,    W.   Y.   Shiu,    K.   C.   Ma,    Illustrated    Handbook    of    Physical-Chemical
Properties and Environmental Fate  of  Organic Chemicals,  Lewis,  1993.
3 - J. Chem. Inf. Comput. Sci., 1998, 38, 845-852.
 

CENAPAD, FAPESP, CNPQ, CAPES