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Thèse de Doctorat
DOI
10.11606/T.43.2016.tde-22112016-121451
Document
Auteur
Nom complet
Fernando da Silva
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2016
Directeur
Jury
Coutinho, Kaline Rabelo (Président)
Borin, Antonio Carlos
Miranda, Caetano Rodrigues
Morgon, Nelson Henrique
Silva, Luis Gregorio Godoy de Vasconcellos Dias da
Titre en portugais
Estudo teórico de complexos de transferência de carga em solução
Mots-clés en portugais
Complexos de Transferência de Carga, Química Quântica
DFT
Dinâmica Molecular
TDDFT
Resumé en portugais
Neste trabalho foram estudados os complexos de transferência (CTC) de carga formados por iodeto com os derivados piridínicos C4(4CP)+ e C3bis(4CP)2+ em solução. A formação de um CTC é caracterizada pelo surgimento de uma nova banda no espectro eletrônico de absorção, em solventes orgânicos como acetonitrila. Este tipo de sistema tem recebido muito interesse em diversos campos como, por exemplo, eletrônica orgânica, espectroscopia não linear, bioquímica, no ramo farmacêutico, etc. O complexo C4(4CP)+I- é caracterizado por uma banda de transferência de carga com máximo em 421 nm em acetonitrila. Cálculos das propriedades eletrônicas e das energias de excitação do complexo foram realizados usando a teoria do funcional da densidade e a teoria do funcional da densidade dependente do tempo. O emprego de funcionais de troca e correlação com correções de longo alcance foi essencial para a obtenção de resultados acurados para as energias de excitação. Usando os funcionais CAM-B3LYP e B97X-D, associados ao modelo contínuo PCM, foi possível descrever muito bem o máximo da banda experimental. No caso do C3bis(4CP)2+ foram encontradas diferentes estruturas possíveis para o complexo, que podem ser formadas pela associação de um ou dois I-. Em todos os casos apenas um dos I- participa da excitação, o que explica a estequiometria 1:1 observada experimentalmente. Uma visão mais aprofunda do comportamento do complexo em solução foi obtida usando a dinâmica molecular clássica. O campo de força foi ajustado para reproduzir os resultados de uma dinâmica por primeiros princípios de vácuo. A dinâmica clássica mostrou não haver dissociação em acetonitrila no complexo formado com o C3bis(4CP)2+. A banda calculada a partir das configurações amostradas da dinâmica está em excelente acordo com o resultado experimental.
Titre en anglais
Theoretical Study of Charge-transfer Complexes in Solution
Mots-clés en anglais
Charge-transfer complexes
DFT
Molecular Dynamics
Quantum Chemistry
TDDFT
Resumé en anglais
In this work, we have studied theoretically charge-transfer complexes (CTC) formed by pyridinium derivatives with iodide. The formation of a CTC is characterized by the appearance of a new absorption band on the electronic spectra, in organic polar solvents like acetonitrile. These type of systems have recently received much interest in a broad variety of fields, for example, organic electronics, nonlinear spectroscopy, medical biochemistry, pharmaceutical industry, etc. The C4(4CP)+I- complex is characterized by the charge-transfer band with a maximum at 421 nm in acetonitrile. We have used density functional theory (DFT) and time dependent density functional theory (TDDFT) to calculate electronic properties and the excitation energies of the complex. Functionals with long-range corrections were essential in describing the charge-transfer excitations. CAM-B3LYP and wB97X-D associated with the polarizable continuum model predicts CT excitations in good agreement with experiment. Our results also indicates the existence of different conformations for the complex formed by the C3bis(4CP)2+ with iodide. Complexes were formed by the association of one or two I- to C3bbis(4CP)2+, but the charge transfer excitations were calculated from only one iodide to the aromatic ring, what explain why the stoichiometry 1:1 was observed. A better description of the complex in solution was obtained using classical molecular dynamics. The OPLS-AA force field was fine-tuned to reproduce the results of a first principle molecular dynamics for the complex. No dissociation were observed. The calculated charge-transfer band using configurations sampled from molecular dynamics is in excellent agreement with experiment.
 
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Date de Publication
2016-11-23
 
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