Estudo das propriedades óptico-eletrônicas de neurotransmissores

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Araújo, Roniel de Lima
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
DFT
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47229
Resumo: In this work, we will present a study of the structural, electronic, optical, vibrational and thermodynamic properties of the dopamine, l-dopa, noradrenaline and adrenaline crystals, through computer simulations in the DFT formalism (Density Functional Theory), where the generalized gradient approximation (GGA-PBE) and the hybrid functional HSE06 were used. From the experimental data of the four crystal structures, the optimization of the crystal geometry, calculation of the density of states and band structure, optical absorption, dielectric function, refractive index, optical conductivity, reflectivity, loss function, infrared and Raman spectrum and also Debye temperature, enthalpy, free energy, T*entropy and heat capacity were performed. The new lattice parameters found showed good agreement with the experimental values. Through the functional GGA-PBE (HSE06), we found that: dopamine presented an indirect band gap E = 3.8 eV (4.70 eV), for noradrenaline we obtained an indirect band gap E = 3.48 eV (4.40 eV), for adrenaline an indirect band gap E = 3.53eV (4.60 eV) and a direct band gap E = 3.09 eV (3.60 eV) was obtained for the l-dopa crystal. The analysis of the densities of electronic states made it possible to identify the contributions per atom to the states of the valence and conduction bands. In the optical properties, it is possible to observe an absorption of light in the ultraviolet region, and a greater sensitivity in the absorption of polarized radiation in the 100 direction, for dopamine, noradrenaline, and l-dopa, while adrenaline presents a greater absorption of polarized light with the polarization direction 001. IR and Raman spectra were calculated, and vibration modes analyzed. The thermal capacity at room temperature found was: 210.01 cal/cell.K, 121 cal/cell.K, 182 cal/cell.K and 103 cal/cell.K, for dopamine, l-dopa, noradrenaline and adrenaline, respectively.
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Through the functional GGA-PBE (HSE06), we found that: dopamine presented an indirect band gap E = 3.8 eV (4.70 eV), for noradrenaline we obtained an indirect band gap E = 3.48 eV (4.40 eV), for adrenaline an indirect band gap E = 3.53eV (4.60 eV) and a direct band gap E = 3.09 eV (3.60 eV) was obtained for the l-dopa crystal. The analysis of the densities of electronic states made it possible to identify the contributions per atom to the states of the valence and conduction bands. In the optical properties, it is possible to observe an absorption of light in the ultraviolet region, and a greater sensitivity in the absorption of polarized radiation in the 100 direction, for dopamine, noradrenaline, and l-dopa, while adrenaline presents a greater absorption of polarized light with the polarization direction 001. IR and Raman spectra were calculated, and vibration modes analyzed. The thermal capacity at room temperature found was: 210.01 cal/cell.K, 121 cal/cell.K, 182 cal/cell.K and 103 cal/cell.K, for dopamine, l-dopa, noradrenaline and adrenaline, respectively.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNeste trabalho, apresentaremos um estudo das propriedades estruturais, eletrˆonicas, ´opticas, vibracionais e termodinˆamicas dos cristais de dopamina, l-dopa, noradrenalina e adrenalina, atrav´es de simula¸c˜oes computacionais no formalismo DFT (Density Functional Theory), onde foi usado a aproxima¸c˜ao do gradiente generalizado (GGA-PBE) e o funcional h´ıbrido HSE06. A partir dos dados experimentais das quatro estruturas cristalinas foram realizados a otimiza¸c˜ao da geometria cristalina, c´alculo da densidade de estados e estrutura de bandas, absor¸c˜ao ´optica, fun¸c˜ao diel´etrica, ´ındice de refra¸c˜ao, condutividade ´optica, refletividade, fun¸c˜ao perda, espectro infravermelho e Raman e tamb´em temperatura de Debye, entalpia, energia livre, T*entropia e capacidade t´ermica. Os novos parˆametros de rede encontrados apresentaram uma boa concordˆancia com os valores experimentais. Atrav´es do funcional GGA-PBE (HSE06), encontramos que: a dopamina apresenta um band gap indireto E = 3, 8 eV (4,70 eV), para noradrenalina obtivemos um band gap indireto E = 3, 48 eV (4,40 eV), para adrenalina foi encontrado um band gap indireto E = 3, 53 eV (4,60 eV) e um band gap direto E = 3, 09 eV (3,60 eV) foi obtido para o cristal da l-dopa. A an´alise das densidades de estados eletrˆonicos permitiu identificar as contribui¸c˜oes por ´atomo para os estados das bandas de valˆencia e de condu¸c˜ao. Nas propriedades ´opticas ´e poss´ıvel observar uma absor¸c˜ao da luz na regi˜ao ultravioleta, e uma maior sensibilidade na absor¸c˜ao da radia¸c˜ao polarizada na dire¸c˜ao 100, para a dopamina, noradrenalina e l-dopa, enquanto que a adrenalina apresenta uma maior absor¸c˜ao da luz polarizada com a dire¸c˜ao de polariza¸c˜ao 001. Os espectros IR e Raman foram calculados e os modos de vibra¸c˜ao analisados. A capacidade t´ermica em temperatura ambiente encontrada foi: 210.01 cal/cell.K, 121 cal/cell.K, 182 cal/cell.K e 103 cal/cell.K, para dopamina, l-dopa, noradrenalina e adrenalina, respectivamente.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICAFulco, Umberto Lainohttps://orcid.org/0000-0002-3021-9439http://lattes.cnpq.br/2036449171182051https://orcid.org/0000-0002-4528-9878http://lattes.cnpq.br/9579151361576173Barboza, Carlos Antôniohttp://lattes.cnpq.br/6129886378495626Macedo Filho, Antônio deAnselmo, Dory Helio Aires de Limahttps://orcid.org/0000-0003-0180-9189http://lattes.cnpq.br/0554474279738500Albuquerque, Eudenilson Lins dehttps://orcid.org/0000-0002-1022-1048http://lattes.cnpq.br/3594651355252245Silva, Luciano Rodrigues dahttps://orcid.org/0000-0002-6875-1965http://lattes.cnpq.br/5182830756789229Lyra, Marcelo LeiteAraújo, Roniel de Lima2022-05-19T22:20:28Z2022-05-19T22:20:28Z2022-02-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfARAÚJO, Roniel de Lima. Estudo das propriedades óptico-eletrônicas de neurotransmissores. 2022. 106f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47229info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2022-05-19T22:21:25Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/47229Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2022-05-19T22:21:25Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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description In this work, we will present a study of the structural, electronic, optical, vibrational and thermodynamic properties of the dopamine, l-dopa, noradrenaline and adrenaline crystals, through computer simulations in the DFT formalism (Density Functional Theory), where the generalized gradient approximation (GGA-PBE) and the hybrid functional HSE06 were used. From the experimental data of the four crystal structures, the optimization of the crystal geometry, calculation of the density of states and band structure, optical absorption, dielectric function, refractive index, optical conductivity, reflectivity, loss function, infrared and Raman spectrum and also Debye temperature, enthalpy, free energy, T*entropy and heat capacity were performed. The new lattice parameters found showed good agreement with the experimental values. Through the functional GGA-PBE (HSE06), we found that: dopamine presented an indirect band gap E = 3.8 eV (4.70 eV), for noradrenaline we obtained an indirect band gap E = 3.48 eV (4.40 eV), for adrenaline an indirect band gap E = 3.53eV (4.60 eV) and a direct band gap E = 3.09 eV (3.60 eV) was obtained for the l-dopa crystal. The analysis of the densities of electronic states made it possible to identify the contributions per atom to the states of the valence and conduction bands. In the optical properties, it is possible to observe an absorption of light in the ultraviolet region, and a greater sensitivity in the absorption of polarized radiation in the 100 direction, for dopamine, noradrenaline, and l-dopa, while adrenaline presents a greater absorption of polarized light with the polarization direction 001. IR and Raman spectra were calculated, and vibration modes analyzed. The thermal capacity at room temperature found was: 210.01 cal/cell.K, 121 cal/cell.K, 182 cal/cell.K and 103 cal/cell.K, for dopamine, l-dopa, noradrenaline and adrenaline, respectively.
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