ESTUDIOS DFT DE FAME DE CADENA LARGA: JUSTIFICACIÓN TEÓRICA

PARA LA DETERMINACIÓN DE LONGITUD DE CADENA Y DE INSATURACIÓN

EXPERIMENTAL ESPECTROS RAMAN

ABSTRACT:

Cálculos funcional de la densidad, utilizando B3LPY / 6-31G (d) métodos, se han utilizado para investigar las conformaciones y (Raman) los espectros de una serie de de cadena larga, saturados ésteres metílicos de ácidos grasos de vibración (FAMEs) con la fórmula CnH2nO2 (n ¼ 5-21) y dos series de FAMEs insaturados. Los cálculos mostraron que el confórmero de mínima energía dentro de la saturada FAMEs es la estructura simple (todo-trans) y, en general, era posible reproducir datos experimentales usando cálculos en sólo el confórmero todo-trans. La única excepción fue C6H12O2, donde un segundo conformador bajas tenía que ser incluido con el fin de simular correctamente el espectro experimental Raman. El objetivo del trabajo fue proporcionar justificación teórica de los métodos que se utilizan comúnmente para determinar las propiedades de las grasas y aceites, tales como la longitud de cadena y grado de insaturación, a partir de datos experimentales Raman. Aquí se muestra que los cálculos se reproducen las tendencias y las curvas de calibración que se encuentran experimentalmente y también permiten que los motivos de la el fracaso de lo que parecen ser las medidas racionales para entenderse. Este trabajo muestra que, aunque el supuesto de que cada FAME simplemente puede ser tratada como una colección de grupos funcionales puede justificarse en algunos casos, muchos de los vibracional modos son movimientos complejos de grandes sectores de las moléculas y por lo tanto no se espera para mostrar las tendencias lineales simples con cambios en la estructura, tales como aumento de la longitud y / o insaturación de la cadena. Tendencias lineales simples obtenidas a partir de datos experimentales de este modo se pueda derivar de la cancelación de los efectos de oposición, en lugar de reflejar una simplicidad subyacente.

INTRODUCCIÓN:

Ésteres metílicos de ácidos grasos saturados (FAMEs) son comúnmente utilizados como compuestos modelo para los triglicéridos mucho más complejo que se encuentran en las grasas y aceites comestibles. Estamos interesados en el uso de Raman espectroscopía para el análisis rápido y no destructivo de estos tipos de productos alimenticios. Anteriormente, hemos demostrado que un enfoque de la teoría funcional de la densidad (DFT) a la cálculo de las

frecuencias vibratorias utilizando gradiente corregido funcionales puede realizar bastante satisfactoriamente en FAMEs de cadena corta (C3H6O2 C4H8O2 y C5H10O2) [1]. Dado que estos compuestos tienen solamente cortos cadenas alifáticas, todos los posibles confórmeros de sus cadenas se podrían construir y luego optimizadas de geometría utilizando el 6-31G (d) conjunto base. Estos cálculos nos permitieron establecer que el general reglas que rigen las energías relativas de los confórmeros en FAME de cadena corta. Asimismo, se encontró que los cálculos utilizando el estándar 6-31G (d) Juego de base, o el mucho más grande conjunto base Sadlej pVTZ dio las mismas asignaciones de modo de vibración para el FAME de cadena corta, aunque el mayor conjunto de base dio mucho mejores intensidades Raman y frecuencias también predijo que eran un poco mejor que la escala los valores de los (d) cálculos 6-31G. Aquí extendemos nuestro trabajo anterior no sólo para FAMEs mucho más larga saturados, sino también a compuestos que tienen diferentes grados de insaturación en la cadena de alquilo. Estos compuestos tienen una mucho más cerca parecido con plantar y lípidos de origen animal que los FAME de cadena corta que utilizamos para probar la validez de este enfoque computacional. Por supuesto, ya que la objetivo final es determinar el grado en que podemos caracterizar los productos alimenticios complejos sobre la base de la rica pero altamente complejo y estructurado Raman espectros, estamos interesados no sólo en hacer las tareas del modo de vibración, sino también en relación espectros a los parámetros que determinan las propiedades de las grasas y aceites. Por ejemplo, el punto de fusión / temperatura de reblandecimiento de las grasas de propagación depende tanto de la número de carbonos en la cadena de alquilo de la grasa y el número / posición de cualquier dobles enlaces presentes. Estos números (o parámetros menos directas, tales como el yodo valores) se miden de forma rutinaria en la industria de procesamiento de alimentos y la "calidad" o "aptitud para el uso" se define en términos de estas cantidades.

METODOLOGIA

Se realizaron los cálculos de densidad funcionales en GAUSSIAN 98 usando el híbrido B3-LYP conjunto funcional y el (d) base 6-31G [2], tal como se describe anteriormente. En resumen, una rejilla ultrafina (una poda (99590) de cuadrícula, que tiene 99 conchas radiales y 590 angular se utilizó puntos por Shell) porque encontramos que, cuando utilizamos geometrías de entrada Cs para confórmeros lo que podría esperarse que poseer un plano de simetría, el cálculos no convergerían con una (muy bien) rejilla por defecto. Además, el algoritmo modificado fue GDIIS utilizado en lugar de la optimización de la función racional por defecto (ORP), ya que este último no llegó a un punto estacionario en las condiciones de convergencia 'apretada'

utilizado a lo largo de este trabajo. Fue también necesario el uso de la palabra clave "sym ¼ floja 'para garantizar que se mantuvo Cs simetría. El estándar método de cálculo de las intensidades Raman en GAUSSIAN 98 ('frec ¼ Raman' palabra clave), que calcula intensidades de excitación polarizada en un plano de isotrópico muestras, se utilizó. Los datos de frecuencia e intensidad eran transferidos a Microsoft Excel para permitir la generación de espectros simulado con formas lineales gaussianos y un predeterminado FWHM de 5 CM21. Espectros Raman se obtuvieron usando un convencional sistema dispersivo que se ha descrito previamente [3]. En pocas palabras, los espectros se registraron utilizando 785 nm láser de excitación (Spectra-Physics Ti / zafiro bombea por un láser Arth Spectra-Physics 2020, típicamente 100 mW en la muestra) utilizando una retrodispersión 1808 geometría, un espectrógrafo etapa Jobin-Yvon HR640 y un detector CCD. Los FAMEs se obtuvieron de Sigma-Aldrich Inc. y se usaron como se recibieron. Las muestras se llevan a cabo en 1,6 mm agujeros de diámetro dentro de un bloque de aluminio que se enfrió a la temperatura del nitrógeno líquido para la grabación de los espectros de sólidos que parecían amorfo y no cambió cuando reorientado con respecto al láser de entrada. Experimental Raman espectros no se corrigieron para la respuesta del detector.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Hemos ideado un sistema simple de describir la conformaciones de los FAME que utiliza la torsión ángulos de cadenas principales de las moléculas, por lo que definimos la conformación de la FAME se muestra en la Fig. 1 por tres torsiones, T0, T1 y T2. Por supuesto, además de las torsiones Tn de la columna vertebral, también puede haber rotaciones de los grupos metilo (es decir, torsiones C-H con respecto a la columna vertebral), pero ahora hemos establecido un patrón que permite que el más bajo de energía de metilo C-H ángulos de torsión a elegir por inspección. Además, Aunque la fórmula general de FAMEs es CnH2nO2, por brevedad lo largo de este trabajo se utiliza un variante simplificada del sistema integral descrito por Stauffer [4]. El formato general es C Uc = t donde C es el número de carbonos en el graso cadena de ácido (es decir, todos carbonos excepto el añadido en formar el éster de metilo), U es el número de olefínico dobles enlaces y C o T se utiliza para distinguir cis de isómeros trans, de modo que C5H10O2 en la Fig. 1 es 4: 0. Los espectros Raman experimental de la homóloga serie de FAMEs 4: 0-12: 0, junto con 15: 0 y 20: 0, se muestran en la Fig. 2 (a), junto con los espectros simulados obtenidos de nuestros cálculos (Fig. 2 (b). Al igual que con los FAMEs de cadena corta, que han utilizado los tres factores de escala de 0,988, 0,967 (para las regiones 0-1000 y 1000- ca. 1800 CM21, respectivamente) y 0,95 (para la banda de carbonilo)

a compensar la sobrestimación conocido de frecuencias de vibración que se produce con métodos DFT [5 a 14]. En nuestros cálculos anteriores sobre la cadena corta (2: 0, 3: 0, 4: 0) FAME encontramos que incluso en estos compuestos simples hubo varios confórmeros que los cálculos mostraron eran ciertos mínimos sin frecuencias vibratorias negativas. En los tres casos, encontrado que el confórmero de mínima energía tenía un sencillo 'todo-trans' (es decir, todas las torsiones ¼ 1,808) estructura en el backbone alquilo y que la torsión sobre T0 fue 1,808 (es decir, el terminal (éster) metilo apuntando hacia arriba, eclipsando el oxígeno del carbonilo). Aunque hubo otros confórmeros, con diferentes torsiones sobre el espina dorsal, que estaba bastante cerca de la energía a la mínimo global, esas conformaciones donde T0 ¼ 08 no se encontraban entre los confórmeros de energía más bajos y incluso el mínimo local donde T0 ¼ 08 y todos los demás torsiones ¼ 1808 ponen mucho más alto en energía que los confórmeros donde T0 ¼ 1808. Del mismo modo, confórmeros con cualquier Tn ¼ 08 dio lugar ya sea a negativo frecuencias o, como aquellos con cualquier ¼ 1208 plazo Tn, optimizado para un confórmero diferente. Estas observaciones nos ha ayudado a reducir el número de posibles conformaciones que necesitábamos para tener en cuenta en la estudios de la cadena más larga FAMEs, que es importante porque el número de posibles conformaciones En la cadena de alquilo se incrementa dramáticamente como la cadena crece, y rápidamente llega a un inmanejable número.

Hemos comenzado el presente trabajo con el 5: 0 FAME. Guiados por las observaciones descritas anteriormente, hemos sido capaces de reducir el número de cálculos necesario para cubrir el conjunto de confórmeros de todo 64 a tan sólo ocho structures.1 entrada Todos ellos lo hicieron de hecho llegar a ser las mínimas de energía (es decir, no tenían negativo frecuencias). Los valores para las torsiones de las totalmente estructuras optimizadas se detallan en la Tabla 1, junto con la diferencia de energía de cada uno de los más bajos energía, confórmero todo-trans. Nuestro trabajo anterior mostró que, para el 3: 0 y 4: 0 FAME, contribuciones de conformaciones distintas de el mínimo global trans-tuvo que ser añadido en antes de que hubiera una coincidencia aceptable entre la calculado y observado espectros Raman. Del mismo modo, han encontrado que el espectro Raman experimental de 5: 0, Fig. 3 (a), contiene más bandas que sería esperar si sólo el confórmero todo trans contribuyó a el espectro Raman observado. En particular, en el región ca. 800-1000 CM21, parece ser más picos en el espectro experimental que en el espectro calculado para el confórmero todo-trans (Fig. 3 (c)). Las bandas de "extra" podrían surgir ya sea desde desdoblamiento del campo cristalino o la presencia de más de una confórmero en la muestra.

Aunque es posible que no es débil desdoblamiento del campo cristalino en los espectros, este efecto es mucho más consistente con la presencia de múltiples confórmeros. Hemos demostrado anteriormente en cálculos en 4: 0 (con un conjunto base mucho más grande) que adición de un segundo confórmero representa la totalidad de la bandas adicionales observados en su espectro experimental.

Del mismo modo, para los datos en 5: 0 que se muestra aquí, el más efecto notable es la duplicación aparente característica en la misma región del espectro como se encontró por 4: 0. Dado que las dos bandas que observamos están separados por 0,80 CM21 esto sería un excepcionalmente gran desdoblamiento del campo cristalino y nosotros sería reacio a atribuir a tal efecto, sobre todo porque podemos dar cuenta de que el uso de argumentos completamente análogos a los que nos han utilizado previamente con éxito para sólo ligeramente FAMEs más cortos.

Como se muestra en la Tabla 1, se encontró que confórmero g que estaba al lado de la energía para confórmero h (el todo-trans, mínimo global) y cuando combinamos la espectros calculado de confórmeros gyh encontramos que esta dio un compuesto que más de cerca asemejado el espectro experimental (Fig. 3 (b)). Esto, mucho mejor, partido está bien demostrado por, Una vez más, la comparación de la región de 800-900 CM21. En el espectro experimental hay dos dominante picos agudos aquí (uno de los cuales tiene aproximadamente el doble del la intensidad de la otra), mientras que en los espectros calculado del confórmero de menor energía (h) sólo un pico puede ser encontrado. Confórmero g tiene dos picos en esta región pero estos son tanto más o menos igual en intensidad. Sin embargo, la suma de estos dos espectros contiene dos picos, que coinciden con el par en el experimental espectro. La adición de bandas debido a pequeñas contribuciones de confórmeros de mayor mentira adicionales hizo no mejorar el ajuste entre calculado y observado espectros del sólido por lo que los confórmeros no fuera considerado más.

Aunque los cálculos para 5: 0 mostraron el mismo complejidad como se encontró previamente para 3: 0 y 4: 0, Aunque los cálculos para 5: 0 mostraron el mismo la complejidad como fue encontrado previamente para 3: 0 y 4: 0, con los FAME más largos, la situación es más sencillo, ya que hemos podido encontrar ninguna evidencia de que no sea el todo-trans (mínimo global) nada confórmero en cálculos del Raman spectra.2 eran por tanto, restringida sólo a este conformador para cada uno de los restante FAMEs y, como puede verse en la Fig. 2, la acuerdo entre los datos experimentales de Raman los sólidos 6: 0-20: 0 muestras y la 6-31G (d) espectros

calculada de sólo los confórmeros todo-trans es excelente, uno proporcionado está dispuesto para escalar la frecuencias y vivir con intensidades de banda relativas que pueden ser factores de 3 £ o £ 5 en error. A pesar de que algunas de las intensidades relativas calculadas no están de acuerdo bien con los datos experimentales, el sub o sobreestimación de las intensidades de las vibraciones en particular es coherente en toda la serie homóloga estudiado Aquí, por ejemplo la intensidad de la calculada carbonilo vibración de tensión es consistentemente menor con respecto a las vibraciones de tijera que es CH2 observado en los espectros real pero su intensidad calculada permanece constante a lo largo. Esta consistencia interna nos permite seguir las tendencias en las intensidades relativas en los datos calculados. Por supuesto, que habría sido más sencillo de utilizar un conjunto base más grande (como Sadlej pVTZ) para dar los resultados que se reproducen directamente los datos experimentales, pero esta opción se convierte en cada vez más costoso (en términos de tiempo de CPU) como el tamaño de las moléculas de interés aumenta. Incluso para la relativamente pequeña 5: 0 molécula, usando el Sadlej conjunto base aumentaría el tiempo de cálculo .50 £, así que para los FAME más largos los cálculos habrían superado enormemente nuestro computacional recurso. Sin embargo, ya hemos demostrado anteriormente que los 6-31G (d) los cálculos pequeños pueden ser utilizado para hacer asignaciones fiables de las bandas Raman de FAME y el buen acuerdo entre calculada y los datos experimentales Raman en la fig. 2 nos permite no sólo para asignar las bandas en los espectros con confianza, 3 sino también para investigar los cambios en los espectros que se observan a medida que avanzamos a través de la homóloga (5: 0-20: 0) serie.

Previamente se ha supuesto tácitamente que la Espectros Raman de serie homóloga de FAMEs mostraría cambios sistemáticos e incrementales asociado con la adición de unidades de CH2. Sin embargo, esta imagen no concuerda bien con la observación que muchos de los modos de vibración no son simplemente movimientos aislados de subunidades individuales, sino surgen de vibraciones concertados de amplios sectores de las moléculas. Es cierto que el conjunto de espectros experimentales contiene picos que generalmente aumentan en intensidad con longitud de cadena (flecha I en la Fig. 2), o mover la posición a medida que aumenta el número de unidades de CH2 y que éstas son la opción obvia como marcadores para la longitud de la cadena determinación pero hay complicación adicional factores que deben ser considerados. Ya lo tenemos informó que no parece ser la duplicación de algunas picos (flecha ii) en el espectro de 4: 0, que surge de la presencia de más de un confórmero en el muestras sólidas, utilizados en los experimentos. Del mismo modo, la 5: 0 caso (discutido aquí) muestra los mismos

efectos. A pesar de que se calculó confórmeros individuales para el 6: 0-20: Serie 0, todavía hay anomalías aparentes en los espectros experimentales donde la espera tendencias suaves se pierden. El ejemplo más obvio es el pico a alrededor de 1.295 CM21 en el experimental espectro para 7: 0, que es tanto más pequeño y más amplio lo que sería predecible sobre la base de los espectros de sus 6: 0 y 8: 0 vecinos (Fig. 2). En contraste con el situación con los FAMEs más cortos, donde ampliando (y de hecho duplicando) de las bandas se encontró que era debido a la la presencia de un segundo confórmero, se encontró que este ampliación podría ser reproducido por cálculos en el single, confórmero más bajo miente solamente. en el espectro calculado (flecha III en la Fig. 2), existe claramente un doblete en esta región que se debe a dos CH2 torsión vibraciones con diferentes fases. en el otros FAME, uno u otro de estos casi degenerada bandas domina. En el espectro de 7: 0, sin embargo, ambas bandas tienen intensidades comparables de manera que dos se observan picos estrechamente espaciados. Una similar, pero menos evidente, la anomalía se encuentra en la intensidad relativa de la banda observada en los espectros experimentales a ca. 1060 CM21 en comparación con que en ca. 900 CM21 en 11: 0 (Fig. 4). La altura de este (aparentemente simple) banda es marcadamente menor en 11: 0 que en cualquiera de la 10: 0 o 12: 0 espectros pero los espectros calculados de todos los tres compuestos muestran el mismo efecto, que en realidad se debe a que en toda tres compuestos existen en fase y fuera de fase vibraciones que mienten en CM21 similares. En el 10: 0 y 12: 0 compuestos, el fuera de banda fase tiene baja intensidad por lo que la banda más fuerte en fase domina. Sin embargo, en 11: 0, la vibración pierde en fase intensidad (de goteo a partir de 20 a 13 A4 amu21) mientras que el fuera de fase vibración crece. La combinación de estos efectos da como resultado un doblete observada con una baja general altura del pico. A primera vista parece que un parecido doble pico se puede ver en esta región por 5: 0 pero han encontrado que estos dos, estrechamente espaciados, bandas (1.040 y 1.044 CM21) se deben a la misma vibración que ocurre en los dos confórmeros que contribuyen a esta espectro. Dado que estos son sólo 4 CM21 aparte dan un doblete con una apariencia similar a la que doblete se produce en esta región para el 11: 0 FAME. También hemos sido capaces de utilizar nuestros datos calculados para asignar la banda que se observa en la región 850-920 CM21. Ha habido cierta controversia en cuanto a la origen de esta banda, ya que se desplaza de forma errática a CM21 superiores e inferiores con el aumento de longitud de la cadena. De hecho, este cambio ha impedido el uso de esta banda como un marcador para la longitud de la cadena, a pesar de que es la longitud de cadena dependiente. La banda previamente se ha atribuido a o bien un tramo de acilo / C1-C2 (es decir, una vibración que implica estiramiento de

ambos enlaces C-C y C-O adyacentes al carbonilo) [15] o un tramo CV21-Cv (es decir, estiramiento de la C-C enlace terminal metilo), [16] o ambas cosas. El cambio CM21 aparente de esta banda con la cadena longitud está muy bien reproducida en el calculado espectros. Los cálculos muestran que en esta región hay son en realidad dos bandas de los tipos descritos anteriormente pero que sus intensidades relativas varían aleatoriamente con longitud de la cadena. Fig. 5 muestra que cuando la intensidad de la banda de acilo / C1-C2 es alta, entonces la intensidad de la Banda CV21-Cv es baja (y viceversa). Además de estos cambios de intensidad, las posiciones de las dos bandas también cambiar con longitud de la cadena, generalmente en el más corto FAMEs (es decir, 6) que están muy separadas (aunque solamente uno de los dos tiene intensidad significativa), mientras con las cadenas más largas están separados por solamente ca. 4 CM21. Esta combinación de cambios tanto en intensidad y la posición es el origen del aparentemente complejo comportamiento de la 'banda' observada en el grupo experimental espectros.

Por último, las vibraciones de las secciones de la molécula que se han modificado a lo largo de la serie dan picos que siendo en gran medida constante tanto en la posición e intensidad. Esto se ve claramente para la banda que se produce ca. 1443 CM21 (flecha IV en la Fig. 2), que comprende una superposición de un movimiento de tijera CH2 de la primera de carbono en la cadena y una curva simétrica de la C-H bonos en el grupo éster metílico. El éxito de los cálculos en la reproducción incluso relativamente sutiles cambios en los espectros significa que podemos estar seguro de que los métodos son lo suficientemente precisas que podemos utilizar cálculos para entender y apoyar las relaciones entre la química composición de las grasas y aceites y sus espectros Raman que se han establecido sobre la base de experimento. Las dos propiedades más importantes de grasas y aceites son de longitud de cadena y grado de insaturación; Ambos factores son comúnmente evaluado mediante la adopción de las áreas de picos específicos (o regiones más amplias de los espectros) y ratioing ellos contra un estándar interno, típicamente la intensidad del pico carbonilo. Esto significa que el carbonilo la vibración de estiramiento es muy importante en experimental estudios. Dado que nuestro objetivo es sustentar tales estudios, es racional para comenzar con la banda de carbonilo. Hemos encontrado que el calculado (escalado) CyO carbonilo vibración de estiramiento de estos, totalmente ca. saturada, FAME siempre se encuentra 1734 1744 CM21 y que el calculado, la intensidad absoluta de este pico se mantiene constante a lo largo de la serie. Por esta razón, podemos utilizar este pico como un interno estándar contra el cual los cambios sistemáticos en la intensidad de otros picos significativos en los

espectros puede ser seguido, como normalmente se hace en experimental estudios. La ventaja de los cálculos es que no sólo permiten la asignación de bandas individuales dentro de la espectros, sino que también proporcionan un medio para investigar la estructura subyacente de lo observado (a menudo complejas y ampliado) bandas que son los únicos datos disponibles para su uso en estudios reales espectros / estructura experimentales. Por ejemplo, para determinar las longitudes de cadena de FAMEs desconocidos, una curva de calibración, normalmente de una banda CH2 característica (normalizado al carbonilo banda) contra el número de átomos de carbono en la cadena, lo haría necesario establecer. Ha habido mucha discusión en la literatura de los cuales son los mejores picos para este propósito [17-21]. Las dos regiones más utilizado a menudo son: (a) el complejo serie de bandas de alrededor de 1350-1500 CM21 y, en particular, las bandas en la región de ca. 1415-1480 CM21, que son principalmente debido a la tijera vibraciones de los grupos CH2; (b) la región desde 1250-1350 CM21, que contiene tanto girando y balanceándose vibraciones de los grupos CH2.

Las bandas individuales en ambas estas regiones forman amplio la superposición de picos en los espectros experimental y está casi imposible asignar un pico particular a una vibración específica. Por supuesto, esta es una forma mucho más tarea sencilla con los espectros calculados, ya que cada vibración se puede visualizar por separado. En particular, puede parecer que los picos individuales pueden ser discernido en las bandas anchas (pero estructurados) que son observado en los datos experimentales.

El tratamiento de las vibraciones de tijera primera; encontramos que la región 1440-1480 CM21 contiene muchos bandas. Algunas de estas bandas ni siquiera están asociados con movimientos de tijera, por ejemplo, hay dos vibraciones de torsión (debido a CH3 giro y alquilo del éster terminal de giro CH3) y uno de tipo paraguas vibraciones del grupo metilo terminal de alquilo. Sin embargo, más cerca La inspección de estas tres picos mostró que, ya que se deben a las vibraciones de los grupos metilo terminales en cada extremo de la molécula, que tenía la misma posición y la intensidad a lo largo de la serie, por lo que no lo haría causar cualquier desviación en la tendencia lineal observada. En Además de estas vibraciones de grupos terminales, hay siempre varios diferentes vibraciones de tijera con intensidad apreciable acostado en esta región. Estos difieren el uno del otro, ya que implican la tijera vibraciones de distinta fase, pero todos ellos se encuentran cerca de entre sí en CM21. El movimiento a través de la serie de la número de modos individuales aumenta y la relativa intensidades de las bandas que dan lugar al cambio impredecible. Sin embargo, la suma de sus intensidades no simplemente aumentar linealmente con la longitud de la cadena. Del

mismo modo, la región de torsión (ca. 1180- 1310 CM21) también contiene numerosos componentes menores, no todos los cuales son verdaderos giros. Sin embargo, la intensidad principal está de nuevo derivados de combinaciones modos de torsión de estrechamente relacionados, el número y intensidades relativas de los cuales cambian en la mudanza a través de la serie de FAME. El segundo parámetro comúnmente usado para caracterizar Las grasas y aceites es el grado de insaturación, es decir, el número medio de dobles enlaces CyC por cadena. El enfoque que tomamos durante la instrucción del compuestos modelo insaturados era exactamente análoga a la que habíamos utilizado anteriormente para el FAME saturados; investigamos posible confórmeros de algunos compuestos insaturados de cadena corta antes de considerar los que tienen cadena más larga longitudes. Compuestos de cadena corta cis de pureza adecuada no están disponibles comercialmente de manera que los espectros de de cadena corta trans FAME insaturados eran la única que están disponibles para nosotros [23] y por lo tanto, limitan nuestros estudios iniciales para los cálculos sobre el trans compuestos. Sin embargo, ya que la mayoría de origen vegetal, FAME insaturados son cis, una vez que había verificado que nuestros resultados en los compuestos trans de cadena corta fueron consistentes con los experimentos, que luego llevó a cabo investigaciones sobre los cis de cadena larga FAME insaturados, para que nosotros también teníamos datos experimentales.

Muestra el espectro experimental Raman para 4: 1t. Dado que este es un tiempo muy corto FAME sólo hay una posición no terminal, donde el doble enlace puede ser localizado. Incluso antes de iniciar cálculos, podía ver que había cuatro geometrías lógicos (todo T0 con ¼ 1,808) para un 4: 1 molécula, dos de cada uno para el isómeros cis y trans. Utilizamos estas geometrías como el entrada para cuatro cálculos separados y encontró que todos de éstos optimizados para estructuras que estaban cerca de su a partir de geometrías y eran mínimos locales sin frecuencias vibratorias negativas. La Tabla 2 muestra las torsiones, calores de formación y la diferencia de energía desde el mínimo global para cada uno de estos estructuras. En el espectro Raman experimental de 4: 1t, podríamos ver que la mayoría de las bandas eran bastante amplio, sobre todo los de 1650 (el tramo CyC) y 1716 CM21 (el estiramiento CyO). Más importante aún, la banda ancha centrado en 1300 CM21 parecía ser compuesto de al menos tres bandas superpuestas. La comparación de este espectro experimental con el espectro calculado de la menor energía trans confórmero (Fig. 7 (b)) mostró que esta banda no era bien modelados, ya que sólo había dos bandas en este región, en 1290 y 1314, en el CM21 calculada espectro. Tras la experiencia que habíamos ganado de nuestro trabajo en los FAME saturadas,

podríamos, por lo tanto, han de esperar que dos confórmeros contribuyeron con el espectro experimental Raman. Cuando los espectros calculado de ambos los confórmeros trans se combinaron en una proporción 1: 1 (Fig. 7 (c)) se encontró que hubo un partido mucho mejor con el experimental Espectro Raman. En particular, los espectros calculados ahora demostraron tres bandas vibracionales que componen una banda ancha centrada en 1300 CM21, similar a la que se observó experimentalmente.

El único otro espectro experimental que podría obtener (Fig. 8 (a)) fue eso metil trans-3- pentenoato (es decir, 5: 1t con el doble enlace en C3) y nuestras investigaciones mostraron que había dos estables conformaciones, separadas por sólo 0.109 kcal mol21. Aunque la comparación de la Raman calculado espectro de la confórmero de energía más bajo (Fig. 8 (b)) con el espectro experimental mostró que había una buen partido, un mejor partido podría hacerse cuando los espectros predicho tanto de la baja energía confórmeros se combinaron en una proporción 1: 1 (Fig 8 (c).). Sólo hay diferencias muy pequeñas entre (b) y (c) (resaltados en la figura), pero eran suficientes para convencernos de que el espectro observado se debió a la presencia de dos confórmeros de 5: 1. Después de haber modelado con éxito los espectros de estos dos FAME insaturados de cadena corta que confiaban que el método B3LYP / 6-31G (d) fue igual adecuado para la serie insaturado de FAMEs como lo había hecho sido por la serie saturado. Sin embargo, con el fin de estudiar los miembros de cadena más larga de la serie (en particular, el 11 de n moléculas que esperamos para su uso como modelos para el FAME poliinsaturado), tuvimos que identificar las tendencias subyacentes que determinan la relación energías de los confórmeros estables de estas moléculas. Hemos investigado una serie de FAME insaturados con longitudes de cadena de 4, 5, 6, y 8 carbonos, de todos que tenía una sola cis CyC doble enlace en el centro de la cadena. Hemos encontrado que, aunque había un gran número de confórmeros estables, podríamos identificar las tendencias subyacentes mediante el uso de los valores de la diedros en mucho la misma manera ya que teníamos para el FAME totalmente saturado. Descubrimos que había dos principales grupos-aquellos con T2, 1808 y los con T2, 708, tanto con todos los demás diedros en el cadena de cerca de 1808, excepto, por supuesto, los diedros inmediatamente antes y después de la doble enlace, el cual fueron aproximadamente 1208. Otro factor que tuvo que tenerse en cuenta era la orientación de la C-C ejes en cada extremo del enlace doble. Como se muestra en Fig. 9, cada uno de estos dos diedros puede asumir diversas combinaciones de valores de þ120 o 21208. El presencia de estas diferentes orientaciones había observado previamente para el ácido oleico y petroselínico cuando fueron etiquetados inclinación, sesgar y distorsionar, skew0 [24]. Los

publicada estructura de rayos X de ácido oleico (que es 18: 1 con el doble enlace situado en CyC C9) muestra que los diedros en cada lado del doble enlace tienen valores de 2113,1 y 112.88 mientras que el resto son todo ca. 1808. Se ha encontrado que la energía más baja confórmeros en nuestros cálculos en la serie de compuestos insaturados tenían una geometría muy similar. Una vez establecido que son conformaciones significativo en FAMEs insaturados utilizando el más corto sistemas de modelos, que luego pasó a cálculos en los FAMEs más largos que tienen un parecido mucho más cerca a la planta y los lípidos de origen animal. Los compuestos utilizados con mayor frecuencia en los estudios experimentales de insaturación son los 18: n FAMEs (n ¼ 1, 2, 3), es decir -oleate metilo, -linolate y -linolenate, aunque Hay que recordar que dentro de cualquier forma natural muestra derivada habría una gama de compuestos con diferentes longitudes de cadena. Para nuestros cálculos nos utilizado 11: FAME nc lugar de los 18: Serie nc. Los razón principal para la selección de estos como modelos para el más largo, FAMEs poliinsaturados fue que un carbono 11 cadena era la cadena de alquilo más corto que podría sostener tres, no terminales dobles enlaces conjugados CyC. Esto nos permitió investigar muchos diferentes confórmeros de la mono y compuestos poliinsaturados mientras se mantiene el tiempo de cálculo a un mínimo.

Los estudios experimentales han demostrado que, en una situación similar manera de la determinación de la longitud de la cadena discutido anteriormente, existe una relación lineal entre el total área de la banda debido a CyC estiramiento (normalizado a CO) vs. número de dobles enlaces en la cadena de alquilo. Teníamos la esperanza de ser capaz de reproducir este hallazgo en el cálculos. Como un primer paso en el procedimiento, se determinó la monoinsaturado, 11: FAME 1c. Esperábamos que el confórmero de menor energía sería todo-trans (aparte de las torsiones adyacentes a la doble CyC bonos) y se sorprendieron al encontrar que no sólo eran Existe un gran número de confórmeros estables (sin frecuencias negativas), pero que los dos de menor energía confórmeros tenían torsiones T2 de 708, en lugar de la espera 1808. Tabla 3 da las conformaciones (ángulos de torsión) y las energías de los ocho confórmeros que fueron estudiados, todos los cuales eran mínimos estable y estaban muy cerca de la energía, con sólo 0,08 mol21 kcal separar el más alto de la energía más bajo. Dada esta pequeña diferencia de energía entre los diferentes confórmeros, se podría esperar que más de uno contribuiría a un espectro Raman observado y esto a su vez podría conducir a una gran cantidad de complejidad en los espectros. Por ejemplo, en la región de tijera CH (ca 1440-1480 CM21) hay múltiples superposición bandas. Fig. 10 compara esta región para cinco de la conformers4 y muestra que cuando un muy

estrecho anchura de línea (1 CM21, línea continua) se utiliza en la simulación, las posiciones e intensidades Raman varían significativamente en todos los confórmeros. Sin embargo, cuando una anchura de línea más realista de 5 CM21 se utiliza para el simulación, todos los confórmeros dan muy similar perfiles (línea discontinua). Esto significa que las diferencias entre confórmeros no será importante en bienes sistemas debido a que la intensidad integrada total del bandas en esta región sigue siendo efectivamente constante cualquiera que sea confórmero (o mezcla de confórmeros) es presente en la muestra. Esto nos proporciona una muy simplificación útil porque nos permite predecir lo que se observa en mezclas complejas de confórmeros sobre la base de un conjunto limitado de modelo confórmeros. El segundo paso en nuestra investigación de insaturación era añadir enlaces dobles adicionales CyC en el molécula para ver si podíamos reproducir el experimentalmente correlación lineal observada entre la intensidad de modo CyC tramo (normalizado a CO) y el número de dobles enlaces en la cadena de alquilo, que permite que el número de dobles enlaces en un FAME muestra que se predijo. Frecuencias vibratorias y Se calcularon las intensidades Raman para confórmeros individuales (T2 y todos los demás torsiones cadena alquilo ¼ 1808) de 11: 2c y 11: 3c. Cuando se elaboró un gráfico de calibración (Fig. 11), que reproduce lo observado experimentalmente tendencia lineal DR2 ¼ 0: 9975Þ: En efecto, cuando el Raman Se utilizó la intensidad de sólo el tramo importante CyC, a continuación, R 2 se elevó a 0,9985. Esto indicaría que no es necesario utilizar el área total de todo el doble enlace se extiende (en contraste con las investigaciones de longitud de cadena) pero que simplemente la medición de la altura de la pico principal sería suficiente para predecir el número de dobles enlaces en un FAME insaturado dado, aunque la búsqueda de esta altura en realidad podría resultar difícil en la práctica, debido a que el CyC débil estiramiento vibraciones se encuentran cerca de CM21 a ella (Tabla 4).

CONCLUSIONES

Métodos B3LPY DFT convencional con el 6- 31G (d) conjunto base están bien establecidos en la predicción las geometrías, propiedades físicas y vibratorias Los espectros de pequeñas moléculas orgánicas tales como shortchain FAME. En los FAMEs de cadena más larga estudiados aquí, los 6-31G (d) los cálculos a escala también dieron predicciones de frecuencia que permitieron precisa asignaciones del modo de vibración que se hagan. Los los cálculos muestran que el confórmero de energía más bajo dentro de los FAME saturadas son los simples (ALLTRANS ) Estructura y, en general, era posible reproducir datos experimentales utilizando cálculos en sólo el confórmero todo-trans. La única excepción fue el FAME más corto discutido aquí, donde

un segundo conformador bajas tuvo que ser incluido en Para simular correctamente el Raman experimental espectro. El objetivo final de nuestro trabajo es determinar la medida en que los productos alimenticios complejos puede ser caracterizado sobre la base de rico, pero muy complejo y estructurado espectros Raman. Por esta razón, nosotros estaban interesados no sólo en la toma de modo vibracional asignaciones sino también en proporcionar algunos teórico justificación de los métodos que se utilizan comúnmente para determinar las propiedades de las grasas y aceites de datos experimentales Raman. Los cálculos que se muestran aquí no sólo reproducir las tendencias y calibración curvas que se encuentran experimentalmente sino que también permiten las razones del fracaso de lo que parecen ser medidas racionales para ser entendidas. Por ejemplo, la medición de la superficie total de la región de tijera CH2 en los espectros de una serie de FAMEs y luego trazando esta área (normalizado a la zona del pico de carbonilo) contra el número de carbonos en la cadena de alquilo da una fuerte correlación lineal mientras que mide tan sólo el área del pico de tijera dominante no.

A la inversa, las mediciones de la altura del pico simples en el principal CyC estiramiento banda de hacer producir correlaciones lineales sin la necesidad de añadir en componentes menores de bandas débiles adyacentes. Este trabajo muestra que la suposición de que cada FAME simplemente puede ser tratada como una colección de grupos funcionales es probable que lleve a problemas en interpretación de los datos experimentales reales. En algunos de los casos, este modelo simple se pueden justificar, por ejemplo, en el estudio de las vibraciones del grupo carbonilo o bonos CyC aislados. Sin embargo, los cálculos muestran que muchos de los modos de vibración son complejos movimientos de grandes sectores de las moléculas y por lo tanto no se espera para mostrar las tendencias lineales simples con cambios en la estructura, como el aumento de la cadena longitud / insaturación. Por supuesto, las tendencias lineales simples puede ser (y han sido) obtenido de experimental datos, en particular los que implican homóloga bien definida conjuntos de la muestra, pero es esencial tener en cuenta que este éxito aparente bien puede surgir de cancelación de efectos opuestos, en lugar de reflejar una simplicidad subyacente