Parametrização do átomo de európio com a inclusão explícita de orbitais do tipo s, p e d para os métodos AM1 e RM1

Interest in the synthesis of novel luminescent lanthanide complexes stems from the wide area of application in various fields of science. Thus, the theoretical design becomes an important tool in the search for efficient luminescent complex. Within this context, emerged the Sparkle model that were d...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2011
Main Author: Rodrigues, Danilo Almeida lattes
Orientador/a: Freire, Ricardo Oliveira lattes
Format: Dissertação
Language:por
Published: Universidade Federal de Sergipe
Programa: Pós-Graduação em Química
Assuntos em Portugês:
Assuntos em Inglês:
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://ri.ufs.br/handle/riufs/6154
Resumo Português:O interesse na síntese de novos complexos de lantanídeos luminescentes advém da vasta área de aplicação em diversos campos da ciência. Deste modo, o design teórico torna-se uma importante ferramenta na busca de eficientes complexos luminescentes. Dentro desse contexto, surgiram as versões do modelo Sparkle que foram desenvolvidas para a predição da geometria do estado fundamental de complexos de lantanídeos. Nesta dissertação, buscaremos parametrizar o íon Eu(III) para os métodos semiempíricos AM1 e RM1, com a inclusão explícita de orbitais do tipo s, p e d no conjunto de base. Com essa fundamentação, acabamos com limitações no cálculo de complexos lantanídicos em meio solvente com o MOPAC e iniciamos uma melhoria na descrição de ligações com grau de covalência mais elevados. O processo de parametrização deste modelo contou com uma análise estatística robusta para a seleção do conjunto de parametrização, uma vez que o nosso conjunto universo apresenta 144 estruturas de complexos de európio. Desta forma, utilizamos dois métodos para identificar as estruturas que deveriam fazer parte do conjunto de parametrização: (i) o método hierárquico de agrupamento conhecido como AGNES e (ii) o método de desagrupamento DIANA. Os modelos que desenvolvemos (AM1/Eu e RM1/Eu) mostraram uma evolução em relação às versões do modelo Sparkle, tendo em vista os baixos erros médios absolutos para as distâncias Eu L, (L = O, N, C, S, P, F, Cl, Br e Eu), mantendo o compromisso com o baixo custo computacional envolvido na execução dos cálculos das geometrias do estado fundamental. Também investigamos a exatidão dos métodos químico-quânticos na reprodução do poliedro de coordenação de complexos de íons lantanídeos. Nós comparamos métodos semiempiricos (a abordagem PCC e o modelo Sparkle) e ainda esses com a metodologia ab initio RHF/ECP/STO-3G. Após este estudo, concluímos que a abordagem PCC é ineficiente para reproduzir o poliedro de coordenação cristalográfico desses complexos. Os resultados obtidos confirmaram também que os modelos Sparkle apresentam exatidão semelhante, à que pode ser obtida pela otimização completa da geometria, utilizando as atuais metodologias ab initio/ECP.
Resumo inglês:Interest in the synthesis of novel luminescent lanthanide complexes stems from the wide area of application in various fields of science. Thus, the theoretical design becomes an important tool in the search for efficient luminescent complex. Within this context, emerged the Sparkle model that were developed for predicting the ground state geometries of lanthanide complexes. In this work we present a new parameterization of the ion Eu (III) for the AM1 and RM1 semiempirical methods, with the explicit inclusion of orbitals s, p and d in the basis set. With this reasoning, we have limitations in the calculation of lanthanide complexes in the solvent with MOPAC and initiate an improvement in the description of links that show the highest degree of covalency. The parameterization process of this model had a robust statistical analysis to select the set of parameterization, since our whole universe has 144 structures of lanthanide complexes. Thus, we used two methods to identify the structures that should be part of the parameter set: (i) the method of hierarchical grouping known as AGNES and (ii) the DIANA method. The models that we developed (AM1/Eu and RM1/Eu) showed an improvement compared to the versions of the Sparkle model, considering the low average absolute errors for the distances Eu L (L = O, N, C, S, P, F, Cl, Br and Eu), maintaining the commitment to the low computational cost involved in performing the calculations of the geometries of the ground state. We also investigated the accuracy of quantum-chemical methods in the reproduction of the coordination polyhedron of lanthanide ion complexes. We compared semiempirical methods (the PCC approach and Sparkle model) and also those with the ab initio methodology RHF/ECP/STO-3G. After this study, we conclude that the only semiempirical Sparkle model (hundreds of times faster) present similar accuracy to what can be obtained by present-day ab initio/ECP full geometry optimization calculations on such lanthanide complexes. In addiction it further indicates that the PCC approach is inappropriate to predict the coordination polyhedron geometries of lanthanide complexes.