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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23134
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Estudo teórico da interação π-π stacking em dímeros de coroneno na presença de CO2 |
Título(s) alternativo(s): | Theoretical study of π‒π stacking interaction in coronene dimers in the presence of CO2 |
Autor: | Laeber, Kelly Fernandes Pessôa ![]() |
Primeiro orientador: | Cruz, Maurício Tavares de Macedo |
Primeiro coorientador: | Baptista, Leonardo |
Primeiro membro da banca: | Silva, Haroldo Candal da |
Segundo membro da banca: | Costa, Leonardo Moreira da |
Terceiro membro da banca: | Oliveira Junior, Ricardo Rodrigues de |
Quarto membro da banca: | Machado, Sérgio de Paula |
Resumo: | As interações π‒π entre anéis aromáticos são importantes na indústria do petróleo, e são consideradas um dos principais fatores que contribuem para a formação de agregados asfaltênicos. Modificações nas condições termodinâmicas do reservatório de petróleo, como a injeção de dióxido de carbono (CO2), podem contribuir para a agregação e precipitação dos asfaltenos. Investigar os principais fatores envolvidos na interação de asfaltenos com CO2 é de suma importância para entender a agregação asfaltênica visto que, o Pré-Sal Brasileiro possui alta concentração de CO2 em seus reservatórios. Neste trabalho, cálculos DFT e DFTB foram realizados para o estudo da interação aromático-CO2 em aglomerados de coroneno com e sem substituição por N e S. No presente trabalho foi assumido que o coroneno é um bom modelo para representar a parte aromática de asfaltenos. A influência da substituição e das diferentes superfícies de adsorção expostas ao CO2 nos monômeros e dímeros foi avaliada por meio da análise QTAIM, NCI e EDA-FF. Os resultados apontam que a posição do heteroátomo no anel aromático interfere tanto na agregação, como na interação com a molécula CO2. Nos dímeros a magnitude da interação é influenciada pela substituição. Dímeros nitrogenados possuem maior interação que os dímeros sem substituição e sulfurados. As análises QTAIM e NCI mostram que a interação CO2\estruturas é majoritariamente de caráter de van der Waals e que a magnitude difere de acordo com a substituição. O nitrogênio favorece a formação de ligação de hidrogênio não convencional e o enxofre aumenta a repulsão entre os anéis. A maior interação entre os anéis de coroneno foi encontrada na substituição do nitrogênio na borda. O EDA-FF indica que a contribuição da dispersão para a energia de interação total com o CO2 é a maior contribuição em todas as estruturas, corroborando os outros métodos de análise. Além disso os resultados apontam que à medida que o número de moléculas CO2 cresce, a agregação asfaltênica aumenta principalmente nos dímeros de nitrogênio periférico, o que indica influência do gás neste fenômeno. |
Abstract: | π‒π interactions between aromatic rings are important in the petroleum industry and are considered one of the main factors contributing to forming asphaltene aggregates. Despite the aspahltenes being stable in petroleum, any influence on thermodynamic conditions, such as carbon dioxide (CO2) injection, can contribute to the aggregation and precipitation of these structures. Investigating the main factors involved in the interaction of asphaltenes with CO2 is of paramount importance to understand asphaltene aggregation since the Brazilian pre‒salt has a large concentration of CO2 in its reservoirs. This work employed DFT and DFTB methods to study the aromatic‒CO2 interaction in coronene clusters with and without substitution by N and S. The present work assumed that coronene is a good model to represent the aromatic part of asphaltenes. The influence of substitution and different adsorption surfaces exposed to CO2 on monomers and dimers was evaluated by QTAIM, NCI, and EDA‒FF analysis. The results indicate that the position of the heteroatom in the aromatic ring interferes with the aggregation and the interaction with the CO2 molecule. In dimers, the magnitude of the interaction is influenced by substitution. Nitrogen-containing dimers have more significant interaction than unsubstituted and sulfur-containing dimers. QTAIM and NCI analyses show that the CO2\structure interaction is mostly of van der Waals character and that the magnitude differs according to the substitution. Nitrogen favors the formation of unconventional hydrogen bonds, while sulfur increases the repulsion between the rings. The greatest interaction between the coronene rings was found in the nitrogen substitution at the edge. EDA‒FF indicates that the contribution of dispersion to the total interaction energy with CO2 is the major contribution in all structures, corroborating the other analysis methods. Furthermore, the results indicate that as the number of CO2 molecules increases, asphaltene aggregation increases mainly in peripheral nitrogen dimers, which indicates the influence of the gas on this phenomenon. |
Palavras-chave: | Agregação Asfalteno/CO2 Interações π Coroneno DFT DFTB Asphaltene/CO2 aggregation π stacking Coronene |
Área(s) do CNPq: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ANALITICA::ANALISE DE TRACOS E QUIMICA AMBIENTAL |
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: | LAEBER, Kelly Fernandes Pessôa. Estudo Teórico da Interação π-π stacking em dímeros de coroneno na presença de CO2. 2024. 309 f. Tese (Doutorado em Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23134 |
Data de defesa: | 4-Out-2024 |
Aparece nas coleções: | Doutorado em Química |
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