UTILIZAÇÃO DE CÁLCULOS COMPUTACIONAIS PARA OS MOMENTOS
DIPOLO DE ISÔMEROS DO CLOROPROPENO
Francisco Ivan da Silva (IC)*,José Ribeiro de Oliveira Filho,(IC).Francisco Carlos M. da
Silva (PQ),José Machado Moita Neto (PQ), Maicon Oliveira Miranda(IC) e José Milton
E. de Matos (PQ), Chistiane Mendes Feitosa(PQ)
Resumo
Foram realizados cálculos computacionais do momento dipolo e determinação
do espectro de infravermelho dos isômeros do cloropropeno utilizando o
programa Gaussian03Watravés do método semi-empírico. A fim de fazer uma
comparação entre os resultados obtidos e os encontrados na literatura.
Constatando a importância da Química Computacional nas mais diversas áreas
da Química. Palavras
chaves:
Isômeros,
Cloropropeno,
GAUSIAN
03W,
Cálculos
Computacionais.
Introdução
Uma alternativa para a pesquisa em químicaé a utilização de cálculos
computacionais para uma melhor compreensão dos fenômenos químicos.
A química computacional vem mudando o conceito de Química durante
as últimas décadas. Com ela pode-se explicar vários compostos químicos
antes mesmo de serem sintetizados. Essa forma de ver a química surgiu da
necessidade de explicar os fenômenos da natureza tais como a queima da
madeira e as diferentes formas de luzes que esta emitia. (SOUZA, 2004).
Diante dos muitos métodos aplicados na química computacional o
métodos semi-empíricovem se destacando em muitas pesquisas,pois este faz
simulações de resultados experimentais .
Dentre os vários métodos semi-empíricospodemos destacar os métodos
de análise AM1,PM3,PM3MM,MNDO e CNDOque representa uma abordagem
à solução da equação de Schrödinger para o sistema de muitos corpos
(átomos,
moléculas
ou
sólidos)
usando
a
simulação
numérica
e
computacionalna avaliação dos momentos dipolos1 e simulações de espectros
de infravermelho de dois isômeros do cloropropeno(KONSTANTIN, 2007) .
A importância dessas análises é conhecer a determinação de suas
reações químicas e de suas solubilidades em solventes apolares e polares.
(SOLOMON, 2001).
Dentre as muitas importâncias dos momentosdipolos podemos
destacar que são objetos de estudos das microondas que fazem com que os
dipolos girem para perderem sua energia em forma de calor (SANSEVERINO,
2007) e para espectroscopia deinfravermelho na determinação de compostos
.(SOLOMON, 2001).
O objetivo deste trabalho é analisar os momentos dipolo dos isômeros
do cloropropeno. Isômeros constitucionais e os estereoisômeros, uma análise
quantitativa destes. Utilizou-se os dados do programa Gaussian03W com os
métodos semi-empíricosAM1 , PM3 ,PM3MM,MNDO e CNDO e compará-los
com os da literatura. (SOLOMON, 2001). Metodologia
No primeiro momento foi realizada uma pesquisa bibliográfica sobre as
características dos isômeros do cloropropeno, que são o Z- 1-cloroprop-1-eno
E-1-cloroprop-1-eno,2-cloroprop-1-eno,
3-
cloroprop-1-eno
e
o
clorociclopropano.
Em seguida foi realizado os cálculos de otimização e avaliação do
momento dipolo decada isômero do cloropropeno para os métodos semiempíricosAM1 , PM3 ,PM3MM,MNDO e CNDO. As moléculas foram dispostas em ordem crescente do momento dipolo
para uma melhor análise de suas solubilidades em água, foram classificados
em polares e apolares e em seguida foi realizada uma comparação com os
espectros de infravermelho de dois isômeros.
Procedimentos computacionais
Todos os cálculos de otimização de geometria foram realizados com o
programa Gaussian03W, em um computador com processadorintel(R)
Core(TM)2 Dou CPU 4 (2.10 GHz), com 2,96 Gb de RAM. O parâmetro de
momento de dipolo, foi obtidos utilizando os métodos semi-empírico já descrito.
1
A sua unidade é o dedye(D) que equivale a 3,33×10-33 C.m. Quando este momento
dipolo é zero, a espécie química é apolar, e diferente de zero é polar.
Os inputs necessários para realização dos cálculos foram realizados
com o auxílio do programa computacional GaussView 3.0.
- Resultados e discussão
Os isômeros do cloropropeno que foram analisados foram Z- 1-cloroprop-1-eno
E-1-cloroprop-1-eno,
2-cloroprop-1-eno,
3-cloroprop-1-eno,
e
o
clorociclopropano. Os isômeros 1Z- 1-cloroprop-1-eno e 1E-1-cloroprop-1-eno
são estereoisômeros e uma das principais diferenças entre eles são seus
pontos de fusão e ebulição, já os 2-cloroprop-1-eno,3- cloroprop-1-eno
,clorociclopropano são classificados como isômeros constitucionais e uma
importante diferenças entre eles está em suas densidades(SOLOMON, 2001).
.
Os resultados quantitativos do momento dipolo obtidos para os
estereoisômeros Z- 1-cloroprop-1-eno e E-1-cloroprop-1-eno são mostrados na
tabela 1 e a simulação do espectros de infravermelho figura 1.
Tabela
1Valores
do
momento
dipolo
pelos
métodos
AM1,PM3,PM3MM,MNDO e CNDO para os estereoisômeros 1Z- 1-cloroprop-1eno e 1E-1-cloroprop-1-eno emdedye(D)
AM1 PM3
PM3MM
MNDO
CNDO
Z- 1-cloroprop-1-eno1.26 0.971.151.75zero
E-1-cloroprop-1-eno1.451.151.15
1.75
zero
Estes valores se explicam pelo efeito indutivo e pela a geometria
molecular, que as moléculas exercem entre si. O momento dipolo do E-1cloroprop-1-eno e do Z-1-cloroprop-1-eno é mais acentuando por causa do
cloro que tem efeito de deslocar os elétrons para si, pois, este é muito
eletronegativo e se situa em uma das extremidades da molécula e na outra
extremidade existi um grupo metila que fornece elétrons para a estrutura
química formando assim o dipolo na extremidade do cloro. As figuras 1 e 2
mostram o espectro de infravermelhoE-1-cloroprop-1-eno e do Z-1-cloroprop-1eno.
60
(Z) - 1 - cloropropeno
INTENSIDADE
50
40
30
20
10
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
FREQUÊNCIA
Figura 1: espectro de infravermelhoZ-1-cloroprop-1-eno
60
(E) - 1 -cloropropeno
INTENSIDADE
50
40
30
20
10
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
FREQUÊNCIA
Figura 2: espectro de infravermelho E-1-cloroprop-1-eno
3500
Como podemos observar a geometria da molécula E-1-cloroprop-1-eno
fornece mais energia de indução porque essa energia depende do ângulo das
forças vetorias, já as energias do Z- 1-cloroprop-1-eno é menor, pois, seus
vetores formam ângulos menos definidos para uma melhor distribuição de
energia eletrostática, diminuindo o efeito indutivo da molécula.
Assim o
isômero E-1-cloroprop-1-eno é mais polar do que o isômero Z- 1-cloroprop-1eno
Para os isômeros constitucionais que dependem muito do formato da
molécula, as mais comuns são os da forma de ciclo, ramificações, linear ou a
posição dos seus heteroátomos como é o caso dos éteres e álcool, assim, os
éteres possuem oxigênio entre as ligações de carbono orientando as forças
atrativas para ele, em virtude disso forma momentos dipolo muito baixo. Já os
álcoois possuem o oxigênio nas extremidades, formando maiores momentos
dipolo. Agora os ciclos possuem momentos dipolo muito baixo, em virtude de
quase não terem tendência de formar pólos, pois seus efeitos indutivos são
bastante reduzido e geralmente só forma pólos na presença de heteroátomos.
Algumas ramificações favorecem os pólos, outras não dependem muito da
geometria dos hidrocarbonetos da molécula, já nas moléculas lineares o
momento dipolo é tão pequeno que são insolúveis em água(SOLOMON, 2001).
.
Já os resultados quantitativos do momento dipolo dos isômeros
constitucionais do cloropropeno (2-cloroprop-1-eno,3- cloroprop-1-eno e
clorociclopropano) são mostrados na tabela 2.
Tabela 2- Valores do momento dipolo pelos métodos AM1 e PM3 para os
isômeros 2-cloroprop-1-eno,3- cloroprop-1-eno e clorociclopropano em
dedye(D)
AM1 PM3
PM3MM
MNDO
CNDO
2-cloroprop-1-eno
1.30
3-cloroprop-1-eno1.53
Clorociclopropano
1.45
0.95
1.23
0.951.77
1.23
zero
1.90
1.371.372.002.25
zero
Assim como estereoisômeros (E-1-cloroprop-1-eno e o Z-1-cloroprop-1eno), os isômeros constitucionais do cloropropeno exibem momentos dipolo
que se explicam pelo efeito indutivo e a geometria que as moléculas exercem
uma nas outra. O momento dipolo do 2-cloroprop-1-eno, 3- cloroprop-1-eno e
do clorociclopropano são acentuado também por causa da posição do cloro
que tem efeito de deslocar os eletros para si, pois este é muito eletronegativo e
se situa na extremidade das moléculas. Nesse caso as outras extremidades
apresentam um grupo ciclo para o ciclopropano, um grupo ciclo isopropenil
para o 2-cloroprop-1-eno e um grupo alil para 3- cloroprop-1-eno, todos estes
doam elétrons facilmente para o cloro, assim há a formação dos momentos
dipolo dos isômeros constitucionais do cloropropeno(SOLOMON, 2001). Podemos entende que os valores para os pólos negativos se
concentraram no cloro. Sendo assim, podemos concluir que pela a análise dos
cálculos dos isômeros do cloropropeno a possível ordem decrescente do
momento dipolo para os esterioisomeros é E-1-cloroprop-1-eno e depois o 1Z1-cloroprop-1-eno, já para os isômeros constitucionais é 3- cloroprop-1-eno,
clorociclopropano e o 2-cloroprop-1-eno.
Pela a análise dos cálculos de todos os isômeros do cloropropeno o
mais polar é o 3- cloroprop-1-eno, sendo assim, o mais solúvel em solventes
polares e o menos polar é o Z- 1-cloroprop-1-eno, porém, sendo o mais solúvel
em solventes apolores foi observado também a falta de dados quantitativos na
literatura sobre estes isômeros.
5- Conclusão
A utilização de programas computacionais é oriunda do progresso no
desenvolvimento de softwares e hardwares, aliado a uma redução constante de
custo dos materiais de informática que possibilita o avanço das ciências como
a química. Dentre estes software pode-se obter vários resultados como cálculo
do momento dipolo dos isômeros do cloropropeno, com base nos métodos
semi-empíricosCNDO,MNDO, PM3MM,PM3 e AM1 .pode-se constadarque de
acordo com o momento dipolo, todos os isômeros são polares, sendo que o
mais polar é o 3- cloroprop-1-eno e o menos polar o 1Z- 1-cloroprop-1-eno.
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