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Tipo: Tese
Título: Investigação teórica de propriedades estruturais e físico-químicas de complexos de lantanídeos
Autor(es): Daniel Mungo Brasil
Primeiro orientador: Leandro Moreira de Campos Pinto
Resumo: A química computacional utiliza recursos de computação para a resolução de equações matemáticas de elevado grau de complexidade que dão informações sobre as propriedades físico-químicas de sistemas multieletrônicos. Estas equações podem ser originadas da mecânica clássica, método chamado de mecânica molecular, ou da mecânica quântica, métodos ab initio e teoria do funcional da densidade (DFT). Este último foi escolhido para desenvolvimento do presente trabalho. A teoria DFT foi desenvolvida para cálculos de propriedades do estado fundamental e para cálculos envolvendo estados excitados se utilizada a sua extensão, a teoria do funcional da densidade dependente do tempo (TD-DFT). Estas técnicas computacionais permitem melhorar a compreensão da relação estrutura-propriedade do sistema estudado, como é o caso dos complexos de lantanídeos que são discutidos neste trabalho. Os complexos de lantanídeos possuem diversas aplicações, desde fármacos a dispositivos conversores de luz, por isso existe um grande interesse nestes materiais. Neste trabalho foram estudados cinco complexos de lantanídeos, um formado pelo íon gadolínio(III) com o ligante usnato, dois formados pelo ligante 3,5-dimetoxibenzoato monocarboxilato com os íons lantânio(III) e cério(III), um complexo de európio(III) com fenantrolina e 2-tenoiltrifluoroacetona e um complexo análogo com a fenantrolina sililada. Os cálculos foram feitos utilizando os programas Gaussian16 e ORCA 4.0.1, o funcional híbrido de troca e correlação eletrônica B3LYP e as bases def2-SVP para os átomos leves. Já para os lantanídeos foi empregada a base def2-TZVP em conjunto com o potencial efetivo de caroço adequado. Foram realizados cálculos de otimização de energia, cálculos de obtenção do espectros infravermelho e de absorção na região do ultravioleta-visível para todos os complexos. Também foram obtidas representações dos orbitais moleculares de fronteira para analisar e fazer a atribuição do espectro eletrônico. Para os cinco compostos estudados, o espectro teórico de infravermelho condiz com seu respectivo espectro experimental, o espectro de absorção apresenta um pequeno deslocamento comparados aos espectros experimentais, mas o formato das bandas são correspondentes. Os dados teóricos apresentaram boa concordância com os dados experimentais comprovando que os métodos computacionais podem ser utilizados para o entendimento da geometria, da estrutura eletrônica e na elucidação dos espectros de absorção.
Abstract: Computational chemistry uses computational resources to solve highly complex mathematical equations to give information about the physicochemical properties of multielectronic systems. These equations originated from classical mechanics, a method called molecular mechanics, or from quantum mechanics, ab initio methods and density functional theory (DFT). The latter was chosen to develop the present work. DFT was developed for calculations of fundamental state properties and for those calculations involving excited states one uses its extension, the time-dependent density functional theory (TD-DFT). These computational techniques allow us to improve our understanding of the structure-property relationship, as in the case of the lanthanide complexes discussed in the present work. Lanthanide complexes have several applications, from drugs to light-converting devices, therefore there is great interest in such materials. In this work, five lanthanide complexes were studied, one formed by the gadolinium(III) ion with the usnate ligand, and two of them formed by the 3,5-dimethoxy benzoate monocarboxylate ligand with the lanthanum(III) and cerium(III) ions, a europium(III) complex with phenanthroline and 2-thenoyltrifluoroacetone and a similar complex but silylated phenanthroline. The calculations were performed using the Gaussian16 and ORCA 4.0.1 programs, the B3LYP exchange-correlation hybrid functional, and the def2-SVP basis set for light atoms. For lanthanides, the def2-TZVP basis set was used with the effective core potential. Geometry optimization and calculations for obtaining the infrared spectra and absorption of the ultraviolet-visible region were carried out for all complexes. Frontier molecular orbital diagrams were also obtained to analyze and assign the electronic spectrum. For the five studied compounds, the theoretical infrared spectra agree with the experimental spectra, the absorption spectra present a small displacement compared to the experimental spectra, but the structure of the bands matches. The theoretical data showed good agreement with the experimental data, proving that the computational methods can be used to understand the geometry and electronic structure and elucidate the absorption spectra.
Palavras-chave: DFT
TD-DFT
lantanídeos
espectroscopia
País: Brasil
Editor: Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Sigla da Instituição: UFMS
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/6916
Data do documento: 2023
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