As estruturas básicas da anfetamina A01 e a catinona C01 foram construídas com o software Avogadro e otimizadas com o B3LYP / 6-31G, base definida usando Gaussian 09. Uma análise conformacional sistemática foi conduzida variando-se os dois ângulos diédricos indicados pelas setas na Fig. 1 (12 passos com incremento de 30 °). Suas estruturas energéticas mínimas foram encontradas e otimizadas. Hidrogênio ligado a Nitrogênio foi substituído por CH 3 , para resultar em metanfetamina e metcatinona (a02 e c02). Uma nova análise conformacional considerando os novos ângulos diédricos surgidos após a substituição foi realizada (a02 e c02, Fig. 1 ), seguindo-se a otimização geométrica. As estruturas de energia mínimas otimizadas resultantes foram usadas como modelo para construir o grupo de moléculas estudadas. A última optimização foi realizada por três métodos diferentes DFT com um 6-31G ** conjunto de base: B3LYP, B3LYP-D3, e M062-X. B3LYP-D3 inclui as interações de dispersão para forças de Van der Waals, enquanto M06-2X consiste em um método de funcional de densidade que é parametrizado para não-metais, indicado para aplicações envolvendo interações termoquímicas , cinéticas e não covalentes do grupo principal, entre outras. A ideia era comparar a qualidade dos resultados e examinar se eles variam dependendo do método funcional de densidade. As estruturas finais otimizadas para cada composto nos três métodos foram comparadas através do RMSD (Root Mean Square Difference) implementado no software VMD (Visual Molecular Dynamics). A referência foi a estrutura otimizada para B3LYP, porque é a mais simples e a menos demorada.
Figura 1-Esquema de procedimento computacional.
Para obter os espectros simulados, cálculos de single point foram realizados a partir das estruturas finais otimizadas de cada molécula; os mesmos métodos DFT B3LYP, B3LYP-D3 e M06-2X foram empregados. Para prever os espectros, as frequências vibracionais e a intensidade de infravermelho de cada molécula foram extraídas. Dado que a otimização geométrica não é perfeita e os efeitos de anarmonicidade não são considerados, os cálculos teóricos tendem a gerar resultados energéticos maiores do que os cálculos experimentais, o que impede a estrutura de atingir o mínimo global real. Uma maneira de tentar corrigir esse problema é dimensionar as freqüências obtidas nos cálculos multiplicando cada valor de número de onda por um fator que depende do método. Para o B3LYP / 6-31G ** conjunto de base, este valor é 0,961. Não há fatores de escala para B3LYP-D3 ou M06-2X para o mesmo conjunto de base.
Figura 2. Comparação entre a estrutura de energia mínima calculada (em azul) e a estrutura experimental de raios X (em vermelho) de anfetamina .
Figura 3. Sobreposição entre os espectros infravermelho teórico e experimental de (a) anfetamina e (b) metanfetamina .
Referência
BRUNI, Aline Thaís et al. In silico methods in forensic science: Quantum chemistry and multivariate analysis applied to infrared spectra of new amphetamine-and cathinone-derived psychoactive substances. Forensic Chemistry, v. 9, p. 21-34, 2018.