Ligações de hidrogênio intermoleculares: um estudo teórico da interação entre os heterocíclicos (RC2H4N), R = -H, -OH e -CH3 e ácidos monopróticos HX, COM X = F, CI e CN
| Ano de defesa: | 2014 |
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| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal da Paraíba
BR Química Programa de Pós-Graduação em Química UFPB |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/tede/7129 |
Resumo: | This work concerns a theoretical study of structural, electronic, vibrational and topological properties of the R-C2H4NHX hydrogen bonded complexes, where HX (with X = F, Cl and CN) corresponds to proton donors and R-C2H4N proton acceptors are represented by: aziridine (C2H5N), methyl-aziridine (H3C-C2H4N) and hydroxy-aziridine ((HO-C2H4N). Hartree-Fock, DFT (with B3LYP, O3LYP, X3LYP and PBE1PBE hybrid functionals), MP2 and MP4 computational methods were employed with 6-311++G(d,p) Pople s basis set. Quantum Theory of Atoms in Molecules and Natural Bond Orbitals calculations helped in the characterization of the hydrogen bonding between R-C2H4N and HX species. Because to the hydrogen bonded complexes formation the most important changes in structural, electronic and vibrational properties can be highlighted, for example, the HX bond lenght increase; the intermolecular charge transfer from the aziridines to HX species which results, among other effects, in the displacement of the HX stretching band to regions of lower frequency values (red shift effect). The results showed that the HX length bond increment values due to intermolecular interaction followed this trend, regardless of the method used: HX(H3C-AZHX) >HX (AZHX) > HX (HO-AZHX). With respect to the intermolecular energy values, the hydrogen bonded complexes followed the trend: EH3C-AZHF > EAZHF > EHO-AZHF > EH3C-AZHCl > EAZHCl > EHO-AZHCl > EH3C-AZHCN > EAZHCN > EH0-AZHCN. The hydrogen bonded complexes with HF specie, independent of the proton receptor species, have the intermolecular energy values being followed by hydrogen bonded complexes with HCl and HCN. Similarly, the red shift effect values of the HX stretching mode followed the same trend as obtained for the stabilization energy over the range studied. According to the QTAIM criteria the hydrogen bonding was characterized presenting low electron density values in their respective bond critical points, as well as electron density Laplacian positive values. The NBO studies reported the interaction between the free electrons pair present in the nitrogen of the heterocyclics with the antibonding orbital of the proton donor species. |
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Ligações de hidrogênio intermoleculares: um estudo teórico da interação entre os heterocíclicos (RC2H4N), R = -H, -OH e -CH3 e ácidos monopróticos HX, COM X = F, CI e CNCálculos Quântico-ComputacionaisÁcidos MonopróticosHeterocíclicosLigação de Hidrogênio IntermolecularQuantum computer calculationMonoprotic acidsHeterocyclics and intermolecular hydrogen bondCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAThis work concerns a theoretical study of structural, electronic, vibrational and topological properties of the R-C2H4NHX hydrogen bonded complexes, where HX (with X = F, Cl and CN) corresponds to proton donors and R-C2H4N proton acceptors are represented by: aziridine (C2H5N), methyl-aziridine (H3C-C2H4N) and hydroxy-aziridine ((HO-C2H4N). Hartree-Fock, DFT (with B3LYP, O3LYP, X3LYP and PBE1PBE hybrid functionals), MP2 and MP4 computational methods were employed with 6-311++G(d,p) Pople s basis set. Quantum Theory of Atoms in Molecules and Natural Bond Orbitals calculations helped in the characterization of the hydrogen bonding between R-C2H4N and HX species. Because to the hydrogen bonded complexes formation the most important changes in structural, electronic and vibrational properties can be highlighted, for example, the HX bond lenght increase; the intermolecular charge transfer from the aziridines to HX species which results, among other effects, in the displacement of the HX stretching band to regions of lower frequency values (red shift effect). The results showed that the HX length bond increment values due to intermolecular interaction followed this trend, regardless of the method used: HX(H3C-AZHX) >HX (AZHX) > HX (HO-AZHX). With respect to the intermolecular energy values, the hydrogen bonded complexes followed the trend: EH3C-AZHF > EAZHF > EHO-AZHF > EH3C-AZHCl > EAZHCl > EHO-AZHCl > EH3C-AZHCN > EAZHCN > EH0-AZHCN. The hydrogen bonded complexes with HF specie, independent of the proton receptor species, have the intermolecular energy values being followed by hydrogen bonded complexes with HCl and HCN. Similarly, the red shift effect values of the HX stretching mode followed the same trend as obtained for the stabilization energy over the range studied. According to the QTAIM criteria the hydrogen bonding was characterized presenting low electron density values in their respective bond critical points, as well as electron density Laplacian positive values. The NBO studies reported the interaction between the free electrons pair present in the nitrogen of the heterocyclics with the antibonding orbital of the proton donor species.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEste trabalho trata de um estudo teórico de propriedades estruturais, eletrônicas, vibracionais e topológicas de complexos de hidrogênio do tipo R-C2H4N HX onde, HX (com, X = F, Cl e CN) corresponde aos ácidos monopróticos doadores de próton e R-C2H4N são as espécies receptoras de próton representadas pelos seguintes heterocíclicos: aziridina (C2H5N), metil-aziridina (H3C-C2H4N) e hidroxi-aziridina ((HO-C2H4N). Foram empregados os métodos computacionais Hartree-Fock, DFT com os funcionais híbridos (B3LYP, O3LYP, X3LYP e PBE1PBE), MP2 e MP4, todos com o conjunto de base de Pople 6-311++G(d,p). Os cálculos empregando a Teoria Quântica de Átomos em Moléculas (QTAIM) e os Orbitais Naturais de Ligação (NBO) auxiliaram na caracterização da formação da ligação de hidrogênio entre as espécies supracitadas. Devido a formação dos complexos de hidrogênio, as principais mudanças nas propriedades estruturais, eletrônicas e vibracionais podem ser destacadas como, por exemplo, o incremento no comprimento da ligação nos ácidos monopróticos HX; a transferência de carga intermolecular a partir das aziridinas para HX, que resulta, dentre outros efeitos, no deslocamento da banda de estiramento da ligação HX, para regiões de menores valores de frequência (red shift). Os resultados mostraram que os valores dos incrementos no comprimento da ligação HX, devido à formação da ligação intermolecular seguem a seguinte tendência, independente do método empregado nos cálculos: HX(H3C-AZHX) >HX (AZHX) > HX (HO-AZHX). Com respeito aos valores de energia intermolecular, os complexos de hidrogênio seguiram a seguinte tendência: EH3C-AHF > EAHF > EHO-AZHF > EH3C-AZHCl > EAZHCl > EHO-AZHCl > EH3C-AZHCN > EAZHCN > EHO-AZHCN>. Os complexos de hidrogênio com HF, independente da espécie receptora de próton, apresentam os maiores valores de energia de estabilização, sendo seguidos pelos complexos de hidrogênio com HCl e HCN. De maneira semelhante, os valores do efeito red shift para o modo de estiramento de HX seguem a mesma tendência obtida para a energia de estabilização dos complexos de hidrogênio ao longo da série estudada. Segundo os critérios da QTAIM, a ligação de hidrogênio foi caracterizada, apresentando baixos valores de densidade eletrônica em seus respectivos pontos críticos de ligação, assim como, laplacianos da densidade eletrônica positivos. Os estudos dos NBOs entre outras informações, possibilitaram a visualização da interação entre o par de elétrons livre do nitrogênio presente nos heterocíclicos com o orbital antiligante das espécies doadoras de próton.Universidade Federal da ParaíbaBRQuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFPBAraújo, Regiane de Cássia Maritan Ugulino dehttp://lattes.cnpq.br/6806139073389649Silva Filho, Antonio João da2015-05-14T13:21:33Z2018-07-21T00:30:32Z2014-08-152018-07-21T00:30:32Z2014-08-01info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSILVA FILHO, Antonio João da. Ligações de hidrogênio intermoleculares: um estudo teórico da interação entre os heterocíclicos (RC2H4N), R = -H, -OH e -CH3 e ácidos monopróticos HX, COM X = F, CI e CN. 2014. 153 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2014.https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/tede/7129porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2019-04-30T15:17:08Zoai:repositorio.ufpb.br:tede/7129Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpb.br/oai/requestdiretoria@ufpb.br||bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:25462019-04-30T15:17:08Repositório Institucional da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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Ligações de hidrogênio intermoleculares: um estudo teórico da interação entre os heterocíclicos (RC2H4N), R = -H, -OH e -CH3 e ácidos monopróticos HX, COM X = F, CI e CN Silva Filho, Antonio João da Cálculos Quântico-Computacionais Ácidos Monopróticos Heterocíclicos Ligação de Hidrogênio Intermolecular Quantum computer calculation Monoprotic acids Heterocyclics and intermolecular hydrogen bond CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
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This work concerns a theoretical study of structural, electronic, vibrational and topological properties of the R-C2H4NHX hydrogen bonded complexes, where HX (with X = F, Cl and CN) corresponds to proton donors and R-C2H4N proton acceptors are represented by: aziridine (C2H5N), methyl-aziridine (H3C-C2H4N) and hydroxy-aziridine ((HO-C2H4N). Hartree-Fock, DFT (with B3LYP, O3LYP, X3LYP and PBE1PBE hybrid functionals), MP2 and MP4 computational methods were employed with 6-311++G(d,p) Pople s basis set. Quantum Theory of Atoms in Molecules and Natural Bond Orbitals calculations helped in the characterization of the hydrogen bonding between R-C2H4N and HX species. Because to the hydrogen bonded complexes formation the most important changes in structural, electronic and vibrational properties can be highlighted, for example, the HX bond lenght increase; the intermolecular charge transfer from the aziridines to HX species which results, among other effects, in the displacement of the HX stretching band to regions of lower frequency values (red shift effect). The results showed that the HX length bond increment values due to intermolecular interaction followed this trend, regardless of the method used: HX(H3C-AZHX) >HX (AZHX) > HX (HO-AZHX). With respect to the intermolecular energy values, the hydrogen bonded complexes followed the trend: EH3C-AZHF > EAZHF > EHO-AZHF > EH3C-AZHCl > EAZHCl > EHO-AZHCl > EH3C-AZHCN > EAZHCN > EH0-AZHCN. The hydrogen bonded complexes with HF specie, independent of the proton receptor species, have the intermolecular energy values being followed by hydrogen bonded complexes with HCl and HCN. Similarly, the red shift effect values of the HX stretching mode followed the same trend as obtained for the stabilization energy over the range studied. According to the QTAIM criteria the hydrogen bonding was characterized presenting low electron density values in their respective bond critical points, as well as electron density Laplacian positive values. The NBO studies reported the interaction between the free electrons pair present in the nitrogen of the heterocyclics with the antibonding orbital of the proton donor species. |
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