Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Análise computacional da hidrólise de ésteres de fosfato: estudo eletrônico e estrutural de espécies intermediárias e do potencial de catálise heterogênea de matrizes organolantanídicas
Autor(es): SOARES, Guilherme Augusto Batista
Primeiro Orientador: LOPES, Juliana Fedoce
Resumo: O Ésteres de fosfato são um importante grupo de compostos químicos de ocorrência natural envolvidos em processos intrínsecos à vida, como armazenamento de informação genética e energia. No entanto, a utilização de compostos antropogênicos dessa classe traz preocupações devido a sua persistência, toxicidade e aumento exponencial de consumo. Nesse trabalho, ésteres de fosfato de cadeia carbônica linear com um, dois e três carbonos foram simulados em suas formas neutra e aniônicas, utilizando-se a metodologia de Hartree-Fock (HF) e um modelo de perturbação de segunda ordem (MP2), além de metodologias derivadas da teoria do funcional de densidade (DFT) como B3LYP e M06-2X. Os resultados mostram que as metodologias baseadas no HF são mais adequadas na descrição energética dessas espécies, sendo o MP2 a melhor delas. Para a descrição estrutural, todas as metodologias obtiveram resultados similares. Com as desprotonações dos oxigênios ácidos, há um rearranjo eletrônico e estrutural nas moléculas, aproximando os radicais alquila e afastando os oxigênios desprotonados. Os resultados para o monometilfosfato (MMP) indicam que o efeito anomérico (hiperconjugação) tem grande influência na estabilidade da espécie. A avaliação conformacional permitiu identificar os pontos de máximo e mínimos da superfície de energia potencial dessa molécula, incluindo pontos de máximo de segunda ordem. Foram obtidos vários caminhos reacionais com barreiras rotacionais diferentes em função das conformações do MMP. A descrição eletrônica foi realizada para caracterizar as alterações ao longo da reação de interesse. Foram usadas ferramentas de análise topológica, avaliação da composição de orbitais moleculares e análise de orbitais naturais de ligação. O envolvimento significativo de elétrons d do fósforo nessas espécies não foi evidenciado. A hidrólise dessas espécies ocorre em meio aquoso e pode ser catalisada por metais, em especial os Lantanídeos. Assim, um oligômero de metacrilato foi simulado em suas formas neutra e aniônica para contemplar coordenação à La e verificar a ação catalisadora. Essas simulações indicaram um comportamento consistente das cadeias poliméricas independentemente do tamanho, quanto maior a quantidade de carga, maior a tendência da cadeia a se alongar. No que tange à simulação da coordenação do metal, há um monômero de referência, esta foi realizada por meio do método semiempírico que foi capaz de descrever resultados compatíveis com a literatura. Complexos com o número de coordenação nove são preferencialmente obtidos seja por ligações com os monômeros, seja por moléculas de água
Abstract: Phosphate esters are an important group of chemical compounds. They are naturally found and intrinsically related to life since are involved in genetic and energy storage. However, there is a concern about the use of anthropogenic phosphate esters emerges due to their persistence, toxicity especially to the nervous system and exponential rise of its uses. In this work phosphate esters with linear carbonic chain (methyl, ethyl, and propyl), were simulated in neutral and anionic forms using MP2, B3LYP, and M06-2X as methodology. Results point out that MP2 is the best methodology, since it was energetically more accurate compared to DFT. For conformational results, all methodologies give similar results. After the oxygen deprotonation, a structural and electronic rearrangement took place, pushing deprotonated oxygen away from each other, compensated by the approximation of oxygen esters (and consequently carbonic chains). Results of Monomethyl phosphate (MMP) indicate that the anomeric effect (hyperconjugation) has a great influence on species stability. Conformational analysis of neutral MMP allowed identifying maximum and minimum energy points, including second-order saddles points. Many pathways for reactions are possible with these configurations. The molecular description was performed characterizing atomic interaction and distance. This analysis involved many tools, such as topological or orbitals (Molecular or Natural) composition. No significant participation of P-d electrons was founded. Since phosphate ester hydrolysis occurs in water medium and this reaction could be catalyzed by metals, especially lanthanides. A polymeric base of polymethacrylate (maximum of 10 monomers) was simulated in neutral and anionic forms, with and without solvation, and linearly of consecutive constructed. These simulations indicated a consistent behavior regarding the chain size. Furthermore, high-charged chains tend to elongate more than lower ones. Concerning the lanthanide coordination to reference monomers, the use of semiempirical software generates results compatible with the literature. The coordination seems to tend to an ideal number (9), where distances metal-ligand stabilizes. When the monomer is not able to supply the metal with ligands sites to reach the previously number, water molecules complete the coordination sphere.
Palavras-chave: Ester de fosfato
Hidrólise
Simulação computacional
MP2
Lantanídeos
CNPq: CNPQ::CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA::QUÍMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IRN - Instituto de Recursos Naturais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Multicêntrico em Química de Minas Gerais
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2409
Data do documento: 18-Mar-2021
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