A Química Somando Forças: Ensino e Pesquisa com Empreendedorismo e Inovação
Estudo da energia de interação de dímeros de H2O, NH3 e ânions-CO2 por
Modelagem Molecular
P. A. Azarias (G)1; G. B. Damas (PG)1; L. T. Costa (PQ)2
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2
UNIFAL, Rua Gabriel Monteiro da Silva, 700, 37130-000, Alfenas, MG, Brasil
Universidade Federal Fluminense, Outeiro de São João Batista, s/n, 24020-150, Niterói, RJ, Brasil
*e-mail: [email protected]
Palavras chave: Energia de interação, Modelagem Molecular, Ligação de Hidrogênio, Líquidos Iônicos.
INTRODUÇÃO
Atualmente, há diversos estudos a respeito das
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interações de hidrogênio que ocorrem em dímeros.
Cálculos ab initio têm sido realizados, em larga escala,
para encontrar o valor da energia de ligação para o
dímero água, devido ao pequeno tamanho desse
dímero e às dificuldades existentes para obtenção de
2
resultados experimentais. As interações de hidrogênio
ocorrem, por exemplo, na água, na estrutura
secundária do DNA, em sais de ácido piromelítico, os
quais são utilizados na composição de detergentes,
como também em Líquidos Iônicos (LI’s) puros.
Os LI’s são sais orgânicos com temperatura de fusão
abaixo de 100 ºC, possuem baixa flamabilidade e
corrosividade, ampla faixa de estabilidade térmica,
ampla janela eletroquímica, relativa condutividade e
viscosidade.3 O estudo dos LI’s através da química
computacional é uma ótima maneira para a
compreensão e predição de suas propriedades físicoquímicas devido a várias possibilidades que surgem no
modelo teórico. Desta forma, o objetivo deste trabalho
é a avaliação das energias de ligação para dímeros
formados por H2O, NH3, HF, HCl e HBr e, também, por
sistemas formados por ânions (F-, Cl-, Br- e I-) derivado
de LI’s e CO2, baseados em cálculos computacionais e
a avaliação dos parâmetros estruturais de interações
de hidrogênio e halogênio nestes sistemas.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Para os dímeros de H2O, NH3, HF, HCl e HBr, foi
testada uma configuração para obtenção da energia
eletrônica. Níveis de cálculo: HF4, MP25 e o DFT
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(B3LYP e PBE ); função de base: 6-311++G(3df,3pd);
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programa Gaussian09 . A partir da estrutura otimizada
de cada um dos dímeros foram verificados a energia
de interação e os parâmetros geométricos relacionados
à interação de hidrogênio. Alguns resultados são
mostrados nas Tabelas 1 e 2.
Os dímeros com ânions derivados de LI (Ânion-CO2)
avaliados foram: F-, Cl-, Br- e I-. Nível de cálculo: DFT
(B3LYP) e função de base 6-311+G(d,p).
Tabela 1. Energias de interação (em kcal.mol -1) para
alguns dímeros estudados
Sistema
Métodos
MP2
HF
B3LYP
PBE
H2O-H2O -4,0285
-4,0021
-4,8328
-5,4081
H2O-HF
-7,3013
-7,5658
-9,1361
-9,8474
H2O-HCl
-3,4959
-4,0369
-5,2957
-6,5324
H2O-HBr
-2,5412
-3,1470
-4,2936
-5,6687
Tabela 2. Parâmetros geométricos do dímero H2O-H2O
Método
r1(Å)
r2(Å)
r3(Å)
r4(Å)
r5(Å)
MP2
0,960
1,943 0,966
0,958
2,904
HF
0,941
2,084 0,944
0,940
3,026
B3LYP
0,962
1,951 0,969
0,960
2,915
PBE
0,970
1,921 0,980
0,968
2,894
De modo geral, os dímeros apresentaram resultados
mais coerentes e satisfatórios para os cálculos
realizados com o método MP2 e DFT, que consideram
a correlação eletrônica, tanto para as energias de
interação como para os parâmetros geométricos. Já os
valores de distância mínima ânion-CO2 ficaram bem
próximos aos reportados na literatura.9
Tabela 3. Distância mínima (Å) e energia de interação
(kcal.mol-1) para os sistemas ânion-CO2
FClBrIÂnion-CO2
1,521
2,916
3,230
3,612
Distância Mínima
-132,57 -25,74
-19,35 -15,37
Energia
As energias de interação obtidas para os dímeros com
o método HF foram coerentes com dados encontrados
na literatura e com o método PBE foi menor mostrando
que a interação é mais fraca. E, para os sistemas
ânion-CO2, à medida que se desce ao longo do grupo
dos halogênios, a energia de interação entre o ânion e
CO2 aumenta com o raio iônico (Tabela 3).
CONCLUSÕES
Dentre os métodos computacionais estudados, os mais
eficientes foram os que consideraram a correlação
eletrônica. Os parâmetros estruturais para os
complexos ânion-CO2
apresentaram
resultados
bastante satisfatórios com o método B3LYP. Esses
estudos com LIs levam à compreensão de suas
interações com diversos cátions e ânions substituintes,
o que permite a realização de design de estruturas
potencialmente capazes de capturar espécies alvos.
Os parâmetros geométricos de interação de hidrogênio
para os LI’s estão sendo calculados e analisados.
AGRADECIMENTOS
Unifal, MOLMOD (Grupo de Modelagem Molecular e
Simulação Computacional), CAPES, FAPEMIG, CNPq.
REFERÊNCIAS
1
Duvoisin Jr., S.; Lima, I. C. V. e Kuhnen, C. A. Quím. Nova. 2011, 34, 1595.
2
Feyereisen, M. W.; Feller, D. e Dixon, D. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 2993.
3
Welton, T. Chemical Reviews. 1999, 99, 2071.
4
Frish, M. J. et al. J. Chem. Phys. 1986, 84, 2279.
5
Møller, C.; Plesset, M. S. Phys. Review, 1934, 46, 618.
6
Becke, A. D. Phys. Rev. A. 1988, 38, 3098.
7
Perdew, J. P.; Burke, K. e Ernzerhof, M. Phys. Review Letters. 1996, 77, 3865.
8
Frisch, M. J. et al. Gaussian 09. 2009, Revision A. 1.
9
Brennecke, J. F.; Maggin, E. J. AIChE Journal. 2001, 47, 2384.
XXVIII Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química – MG, 10 a 12 de Novembro de 2014, Poços de Caldas - MG