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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22205
Tipo do documento: | Dissertação |
Título: | Estudo teórico do guaiacol e seus dímeros: estrutura eletrônicae vibracional |
Título(s) alternativo(s): | Theoretical study of guaiacol and its dimers: electronic and vibrational structure |
Autor: | Meirelles, Christiano Cabral |
Primeiro orientador: | Baptista, Leonardo |
Primeiro coorientador: | Paredes, Marcio Luís Lyra |
Primeiro membro da banca: | Carneiro, José Walkimar de Mesquita |
Segundo membro da banca: | Cruz, Maurício de Tavares Macedo |
Terceiro membro da banca: | Fiorot, Rodolfo Goetze |
Resumo: | As propriedades estruturais, eletrônicas, vibracionais e topológicas de diferentes conformações do orto-metoxifenol (guaiacol) e seus dímeros foram estudas por métodos quanto-mecânicos. O estudo fez uso de métodos DFT com correção de dispersão e cálculos DLPNO-CCSD(T). Quando possível os resultados teóricos foram comparados com dados experimentais de espectroscopia vibracional na região do infravermelho. O estudo destes compostos é importante para melhorar a compreensão das interações que ocorrem em sistemas que envolvem o guaiacol, como por exemplo, a solubilidade deste em diferentes solventes e processos de extração na indústria química. Foi estudada a formação de ligação de hidrogênio intramolecular no guaiacol, o espectro vibracional da molécula isolada, estrutura dos dímeros formados com possíveis solventes e como a as interações guaiacol-solvente afetam o espectro na região do infravermelho. As moléculas consideradas como solvente neste trabalho foram orto, meta, para-cresol, propanona, ácido acético, água e ciclohexano. Para um melhor entendimento da ligação de hidrogênio, o método QTAIM foi usado e a análise do estiramento OH foi estudado com base na aproximação harmônica e posteriormente incluindo correções de anarmonicidade. A princípio os resultados QTAIM não indicam a formação da ligação de hidrogênio intramolecular esperada entre o OH fenólico e o oxigênio do grupo metóxi. No entanto, os resultados apontam para uma lição de hidrogênio fraca do tipo C-H---O na estrutura do guaiacol. Contudo o estudo do espectro vibracional e da diferença de energia entre as conformações do guaiacol apontam formação da ligação de hidrogênio esperada. Sendo a estrutura do guaiacol um caso em que o método QTAIM falha em prever a ligação de hidrogênio intramolecular. A energia de interação para formação dos dímeros guaiacol-guaiacol, solvente-solvente e guaiacol-solvente foi calculada e analisada para se relacionar a solubilidade do guaiacol em diferentes solventes. A energia de interação guaiacol-solvente aponta que o guaiacol apresenta afinidade pelos diferentes solventes estudados. No entanto, foi verificado que o processo de miscibilidade não pode ser resumido apenas a descrição das interações par-a-par simplificada, como foi realizada no presente trabalho. As correções de anarmonicidade para vibração do estiramento OH se mostraram importantes para correta interpretação da ligação de hidrogênio intramolecular no guaiacol isolado e dímeros. Os resultados teóricaos obtidos para estiramento OH com correções de anarmonicidade apresentaram um bom acordo com os espectros experimentais em fase condensada, indicando que as espécies diméricas estudadas devem estar presentes em fase líquida. |
Abstract: | The electronic, structural, vibrational, and topological properties of different orto-methoxyphenol (guaiacol) conformers and dimers have been investigated by quantum chemistry methods. DFT methods corrected by dispersion and DLPNO- CCSD(T) calculations were employed. As possible, the theoretical outcomes were compared with vibrational spectroscopy measurements in the infrared region. Studying this compound is pivotal to improving our knowledge about miscibility in different solvents and extraction processes conducted in the chemical industry. The formation of an intramolecular hydrogen bond and the vibrational spectra of the isolated guaiacol were investigated, as the dimer formation with different solvents and how the guaiacol-solvent interactions affect the vibrational spectra were also studied. The following molecules were considered as solvents: orto, meta, para-cresol, propanone, acetic acid, water, and cyclohexane. For a better understanding of the hydrogen bond formation, the QTAIM method was used, and the study of the OH stretch was conducted assuming the harmonic approach and including anharmonic corrections. According to the QTAIM outcomes, the expected intramolecular hydrogen bond between the phenolic OH group and the methoxy oxygen is not formed. However, the results indicate the formation of a weak hydrogen interaction of the CH-- -O type in the guaiacol structure. Although, the vibrational spectra and the energy difference between conformers indicate the expected intramolecular hydrogen bond. It is verified that the guaiacol molecule is a system where the QTAIM method fails to predict an intramolecular hydrogen bond formation. The guaiacol-solvent interaction energy was evaluated, indicating that the guaiacol has an affinity for solvent candidates. However, the pairwise interaction calculated according to the approach of the present work was not adequate to reproduce the experimental miscibility pattern. The inclusion of anharmonic corrections in the frequency calculations led to a good agreement between the experimental and theoretical outcomes, indicating that the studied species should be present in the condensed phase. |
Palavras-chave: | Guaiacol Cálculos DFT QTAIM Ligação de hidrogênio intermolecular. Ligações químicas Hidrogênio Espectroscopia de infravermelho DFT calculations Intermolecular hydrogen bonding |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::QUIMICA DOS PRODUTOS NATURAIS |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
Sigla da instituição: | UERJ |
Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Química |
Citação: | MEIRELLES, Christiano Cabral. Estudo teórico do guaiacol e seus dímeros: estrutura eletrônica e vibracional. 2023. 136 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22205 |
Data de defesa: | 21-Jul-2023 |
Aparece nas coleções: | Mestrado em Química |
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Dissertação - Christiano Cabral Meirelles - Completa - 2023.pdf | 3,28 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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