Comparison of Density Functional in the Study of Electronic Properties of Artemisinin Derivatives

Abstract

The present paper demonstrates the application of functional GGA hybrids, with long-range corrections, for the calculation of the electronic properties of artemisinin and two of its derivatives -artemether e artesunate. Due to the relatively large amount of data obtained, the statistical method of Principal Component Analysis was employed. The functionals of the WB97 family are observed to be the most appropriate for the determining of reactivity indexes, which are the principal descriptors that, probably, are associated with the antimalarial and anticancer properties of this group of molecules. In addition, it was also observed that all the functionals obtained satisfactorily describe the geometric properties of the studied.Keywords: electronic structure; DFT; artemisinin; cancer. INTRODUÇÃODiscorrer sobre os aspectos da Mecânica Quântica e não conseguir aplicá-los a sistemas de interesse tecnológico/biológico, por exemplo, pode torná-la uma teoria exótica e, inicialmente, sem utilidade. A principal barreira é que a equação de Schrödinger 1 que descreve tais sistemas não possui, a não ser para sistemas simples e bem específicos, solução analítica, sendo necessário recorrer a métodos aproximados de solução.Para o caso eletrônico da equação, o método de Hartree-Fock (HF) 2,3 é um dos mais conhecidos. Inicialmente, o método HF resolvia numericamente sistemas atômicos ou moleculares com poucos elétrons, não sendo viável para sistemas maiores. Uma alternativa inicialmente proposta por Slater, e depois formalizada por Roothaan,4 foi expandir a parte espacial dos spin-orbitais moleculares em termos de um número finito de funções conhecidas, chamadas de funções de base, 5 o que reduziu a solução das equações íntegro-diferenciais acopladas de HF a um problema de álgebra matricial conhecido como método HF-Roothan (HFR -Hartree-Fock-Roothaan). 6,7 Várias funções de base podem ser usadas no método HFR para cálculos atômicos e moleculares. As funções tipo Slater (STFsSlater Type Functions) foram utilizadas com sucesso em cálculos atômicos. 8,9 Boys, em 1950, propôs o uso de funções tipo Gaussianas (GTFs -Gaussian Type Functions) em cálculos moleculares que possuem mais de um núcleo, facilitando a solução das integrais. 10Por não levar em conta a correlação eletrônica, os métodos HF são utilizados como ponto de partida em relação aos demais métodos ab initio como, por exemplo, os métodos de Interação de Configuração (CI -Configuration Interaction) 11 e a Teoria de Perturbação de Muitos Corpos (MBPT -Many Body Perturbation Theory).12 Uma classe alternativa a estes métodos, baseada na densidade eletrônica e originada na década de 60, é a Teoria do Funcional de Densidade (DFT -Density Functional Theory). [13][14][15] De forma geral, o tempo computacional para cálculos DFT é da mesma ordem de cálculos HF, permitindo, assim, que sistemas de porte médio a grande possam ser estudados e, além disso, incluem efeitos de correlação eletrônica, tornando-o um interessante e importante aliado na obtenção de propriedades eletrônicas de á...