Bioorgânica Estrutural

Objectivos

Pretende-se dar ao aluno formação avançada na área da análise estrutural de compostos orgânicos, com recurso a técnicas de ressonância magnética nuclear e cristalografia de raios-X. Será dado especial ênfase à aplicação de técnicas modernas de RMN para elucidação estrutural e estudo de interacções intermoleculares num contexto biológico, assim como à determinação de estruturas moleculares utilizando técnicas de cristalografia de raios-X de monocristal, incluindo a análise e validação das estruturas, bem como a determinação da configuração absoluta.

O aluno deverá adquirir competências para: (1) processar e interpretar espectros de RMN multidimensionais assim como dados de difracção de raios-X, (2) planear estratégias para elucidação de problemas estruturais complexos, incluindo determinação e validação de estruturas, análise conformacional e estudos de interacção intermolecular (“drug-screening”) (3) integrar e relacionar dados de RMN e cristalografia de raios-X com outras técnicas analíticas, tais como a espectrometria de massa, a espectroscopia de infra-vermelho e a espectroscopia de ressonância paramagnética electrónica (4) dominar várias ferramentas computacionais on-line bem como programas de visualização e representação molecular.

Caracterização geral

Código

7210

Créditos

6.0

Professor responsável

Eurico José da Silva Cabrita

Horas

Semanais - 3

Totais - 49

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

Conhecimentos básicos de química-física, química organica, espectroscopia e formação introdutória à espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear.

Bibliografia

RMN

1.High-Resolution NMR Techniques in Organic Chemistry, T. D. W. Claridge, Tetrahedron Organic Chemistry Series, Volume 19, Pergamon Press 1999.

2.Ressonância Magnética Nuclear - Fundamentos, métodos e aplicações, V. M. S. Gil, C. F. G. C. Geraldes, 2ª Edição, Fund. Calouste Gulbenkian, Lisboa, 2002.

3. Spectrometric Identification of Organic Compounds, R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemle, David L. Brice, 8th Edition, John Wiley & Sons, 2014

Cristalografia de raios-X

1.Crystal Structure Analysis for Chemists and Biologists, J.P. Glusker, M. Lewis e M. Rossi, VCH: New York, 1994.

2.Crystallography Made Crystal Clear, G. Rhodes, 2nd Ed., Academic Press, San Diego, London, 2000.

3.Crystal Structure Determination, W. Clegg, Oxford Chemistry Primers, Oxford University Press, USA, 1998.

Método de ensino

A Unidade Curricular será leccionada através de aulas teórico-práticas (1 x 3,5 horas semanais) e aulas práticas (3 sessões de 3,5 horas).

Nas aulas TP através da resolução orientada de problemas os alunos são expostos ao programa teórico da UC. Sempre que necessário são utilizados programas de modelação molecular tridimensional para ilustrar conceitos de estereoquímica e análise conformacional. Os alunos são estimulados a utilizar os seus próprios computadores pessoais e a utilizarem uma série de ferramentas disponíveis na internet. Os alunos realizarão trabalhos de casa (máximo 4) e apresentarão um seminário  sobre a aplicação das técnicas a um caso real num contexto de investigação.

As horas práticas correspondem a aulas laboratoriais. As aulas laboratoriais pretendem introduzir o aluno às técnicas de preparação de amostra, aquisição e processamento de dados para RMN e cristalografia de raios-X.

Avaliação: Seminário - 40 % Testes - 60 %

Método de avaliação

Frequência

Presença obrigatória em 2/3 das sessões T, realização da aula prática e dos seminários.

Avaliação contínua

Os estudantes serão avaliados através da realização de 2 testes, a entrega semanal de problemas resolvidos, a elaboração de um questionário relativo à aula prática e da apresentação de um seminário, com a seguinte ponderação para a nota final:

Média dos 2 testes presenciais - 50 % 

Entrega semanal de problemas resolvidos - 10 %

Questionário da prática - 10 %

Apresentação de seminário - 30 %

Não há nota mínima.

Para aprovação é necessário ter 9,5 de resultado final.

Conteúdo

Revisão de conceitos gerais de RMN (revisão de aspectos teóricos, desvio químico e constante de acoplamento). Técnicas uni-dimensionais e processamento de espectros 1D.

Introdução às técnicas bidimensionais – correlação através da ligação química: correlação homonuclear: espectroscopia de correlação (COSY), Total Correlation Spectroscopy (TOCSY)). Correlação heteronuclear (correlação heteronuclear a uma ligação (HMQC, HSQC); correlação heteronuclear a multiplas ligações – HMBC). Correlação através do espaço: efeito nuclear de Overhauser (NOE): espectro de diferença NOE, NOESY (1D e 2D), ROESY  (1D e 2D).

Estratégias integradas para a análise estrutural de várias classes de compostos (produtos naturais, polímeros, carbohidratos, etc). Utilização de RMN, espectrometria de massa, espectroscopia de infra-vermelho e espectroscopia de EPR em análise estrutural: casos de estudo.

Interacções intermoleculares: perturbação de desvios químicos, o efeito NOE de transferência, reconhecimento de ligandos, constantes de associação, etc. Técnicas de drug-screening e Structural activity relationship (SAR) por RMN. Introdução ao RMN biomolecular.

Introdução à análise estrutural por difracção de Raios-X. Difracção de raios-X por monocristais. Princípios geométricos da difracção e lei de Bragg. Espaço recíproco e a esfera de Ewald.

Recolha de dados de difracção. Equação do factor de estrutura, a sua transformada de Fourier e métodos para a resolução do “problema de fase”. Método de Patterson e métodos directos. Dispersão anómala, determinação da configuração absoluta. Refinamento de estrutura e caracterização geométrica. Bases de dados cristalográficos.

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: