Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-11T13:33:18Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2568503 bytes, checksum: df847883585ac25cc1e993ba9c1fcd9f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-11T13:33:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2568503 bytes, checksum: df847883585ac25cc1e993ba9c1fcd9f (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The opening a energy gap in graphene is probably one of the most important and urgent topics in its research currently, since most of the proposed applications for graphene in nanoelectronic devices require the ability to adjust its gap. In materials similar to graphene as BN and BC2N, the tuning of some properties is also indispensable so that they can be used as basic components of future nanoelectronic and spintronic. Graphene nanoribbons are strong candidates in this regard. All these systems have widely tunable properties and there are several theoretical and experimental methods which can be used for this purpose, one of them is to incorporate defects, since these defects have been obtained experimentally in these systems. In this context, using first-principles calculations, based on the density functional theory (DFT), we investigate alterations in the structural, electronic, energetic and magnetic properties due to the inclusion of different types of defects in monolayers and nanoribbons of graphene, BN and hybrid graphene-BC2N. As a result of the controlled inclusion of these defects, a series of new results were observed, as well as the tuning of the structural, electronic, energetic and magnetic properties in these systems. / A abertura de um gap de energia no grafeno é provavelmente um dos temas mais importantes e urgentes em sua pesquisa atualmente, uma vez que, a maioria das aplicações propostas para o grafeno em dispositivos nanoeletrônicos requer a capacidade de ajustar seu gap. Em materiais similares ao grafeno como BN e o BC2N o ajuste de algumas propriedades também é indispensável para que eles possam fazer parte como componentes ativos na nanoeletrônica e spintrônica no futuro. As nanofitas são fortes candidatas nesse sentido. Todos esses sistemas possuem propriedades bastante ajustáveis e existem vários métodos teóricos e experimentais que podem ser usados para este fim, um deles, é a inclusão de defeito, defeitos têm sido obtido experimentalmente nesses sistemas. Neste contexto, usando cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade (DFT), investigamos as mudanças provocadas nas propriedades eletrônicas, energéticas, estruturais e magnéticas devido à inclusão de vários tipos de defeitos em monocamadas e nanofitas de grafeno, BN e híbridas de grafeno-BC2N. Como resultado da inclusão controlada desses defeitos, observamos uma série de novos resultados, bem como o ajuste de várias propriedades para esses sistemas através da inclusão controlada de defeitos.

Cette thèse présente des travaux de méthodologie de synthèse et des études mécanistiques. Une approche complémentaire est utilisée, avec des résultats expérimentaux et des résultats théoriques issus de calculs DFT. Trois réactions ont été étudiées. La première réaction est l’alpha-arylation de cétones énolisables en l’absence de métal de transition. Elle se déroule en présence de DMF et de tBuOK. L’étude mécanistique met en évidence la formation d’une espèce riche en électrons par déprotonation du solvant. La deuxième réaction étudiée est la N-arylation de pyrazoles via la formation d’aryldiazoniums in situ. Cette réaction est catalysée au cuivre. Une évaluation de la méthode DFT la plus adaptée est présentée. Un double cycle catalytique est proposé, faisant intervenir le complexe de cuivre et l’acide acétique. La dernière réaction étudiée est la formation stéréoselective d’alkényl thioethers fluorés trisubstitués par catalyse au cuivre. La méthodologie de synthèse est présentée, suivie d’une étude mécanistique. Celle-ci révèle un mécanisme radicalaire qui peut être généralisé à d’autres substrats. / In this thesis, synthetic methodology development and mechanistic studies are presented. A complementary approach, using both experiments and theoretical outcomes from DFT, is used. Three reactions were studied. The first reaction is the transition-metal free alpha-arylation of enolizable ketones. It proceeds using DMF and tBuOK. The mechanistic study reveals the formation of an electron-rich species by deprotonation of the solvent. The second reaction studied is the copper-catalyzed N-arylation of pyrazoles with arenediazonium salts generated in situ. A benchmark is performed to evaluate the best DFT methodology. A double catalytic cycle is proposed, involving copper and acetic acid. The last reaction studied is the copper-catalyzed stereoselective access to trisubstituted fluorinated alkenyl thioethers. The development of the methodology is presented. Then a mechanistic study reveals a radical mechanism that can be generalized to other substrates.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Na área da catálise, interações de moléculas pequenas como H2,N2,O2, CO, NO etc, com aglomerados metálicos, têm nas suas adsorções químicas etapa fundamental nas atividades catalíticas. O paládio está entre os metais mais empregados em catalisadores usados em muitos processos catalíticos heterogêneos. Neste presente trabalho foi realizada uma série de cálculos baseado na Teoria do Funcional de Densidade (TFD ou DFT) empregando o método BP86/LANL2DZ/6-311+G(d,p) para estudar a adsorção da molécula NO que foi utilizada como protótipo molecular para interagir sobre aglomerados de paládio puros e dopados com metais de transição da primeira série de transição (Pd3M e Pd9M). Neste contexto, o escopo deste trabalho foi: (i) obter informações a respeito das possíveis alterações estruturais e eletrônicas ocorridas em aglomerados de paládio quando dopados com metais da primeira série de transição (MT), (ii) estudar as alterações no comportamento do átomo de paládio, nos seus respectivos aglomerados puros, frente aos aglomerados dopados com metais de transição da primeira série,(iii) buscar possíveis padrões de influência dos MT nas propriedades de aglomerados de paládio (ex: energias dos orbitais de fronteira, transferências eletrônicas de doação e retrodoação, densidades de spin, hibridizações dos orbitais responsáveis pelas ligações com moléculas adsorventes etc). Após a realização dos cálculos baseados na DFT, os resultados mostram que, para o estudo sobre os aglomerados contendo quatro átomos, foi obtida correlação direta entre a carga adquirida pelo metal M dentro do aglomerado metálico e os orbitais moleculares de fronteira LUMO calculados para Pd3M. Esta correlação direta não se mantém quando o tamanho do aglomerado de paládio é aumento de quatro para dez átomos. A energia de adsorção apresentada pela molécula de NO apresenta boa correlação com a energia do LUMO, independentemente do número de átomos e da geometria do aglomerado e da natureza do metal dopante. A molécula de NO adsorve mais favoravelmente no modo Bridge, independentemente de qual metal está dopando o aglomerado de Pd9M. Entretanto, para o aglomerado de Pd3M, o modo de adsorção dependerá da natureza do metal dopante. A mudança na geometria e no número de átomos de paládio existentes no aglomerado provoca mudanças no modo e na energia de adsorção da molécula de NO adsorvente. Uma investigação mais aprofundada deve encontrar outras possíveis correlações entre propriedades dos metais da primeira série e aglomerados de paládio dopados com os mesmos

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2255792 bytes, checksum: 5043ebf08321332b3a5629d90122a0e8 (MD5) Previous issue date: 2013-08-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Oxidative stress is a biological condition in which there is an imbalance between the release of reactive species and their reuptake by biological systems, leading to the production of peroxides and free radicals that damage different cellular components, including proteins, lipids and DNA. Porphyrins and their metal complexes can be used as mimics of the enzyme superoxide dismutase (SOD) in the modulation of oxidative stress. The in vivo efficacy of porphyrins is related, among other factors, to their bioavailability, which is strongly influenced by lipophilicity and can also be related to different structural and electronic properties of these molecules. In this context, the present work has the aim of analyzing the influence of certain molecular properties on the lipophilicity of a series of N-pyridylporphyrins, by means of theoretical calculations, intending to provide useful information for the design of new porphyrin derivatives. Initially, the logarithm of the octanol/water partition coefficient (log P) of these molecules was estimated by using different free software, as well as based on the difference of octanol/water free energy of solvation, employing the Density Functional Theory (DFT), with different hybrid functionals (B3LYP, M06 and M062X). From DFT calculations, electronic and structural properties were also obtained, such as atomic partial charges, molecular orbitals, dipole moment, polarizability, surface area and molecular volume. The obtained data were compared to the available experimental measure of lipophilicity to this series of porphyrins, the chromatographic retention factor (Rf). The results show that traditional and well established methods for log P calculation, such as fragmental methods, do not provide reliable results for the studied porphyrins, unlike the calculations based on free energy of solvation, which have provided similar trends to the experimental log P of manganese porphyrins analogous to the studied ones. Furthermore, the obtained results suggests that charge distribution on the porphyrin structure may be related to the observed differences in lipophilicity and, consequently, with the passage of these molecules across the cellular membrane. It also became evident that the molecular volume is strongly related to lipophilicity, since a larger relaxation of the structures in the n-octanol phase is observed due to the lipophilic character of the long alkyl chains attached to the pyridyl group. Low correlations between Rf values and the other molecular properties calculated were obtained, indicating that the lipophilicity of porphyrins can only be modulated by the size of alkyl changes and the introduction of groups that favorably alter the charge distribution. / O estresse oxidativo é uma condição biológica na qual há um desequilíbrio entre a liberação de espécies reativas e a sua captação pelos sistemas biológicos, podendo provocar a produção de peróxidos e radicais livres que danificam diferentes componentes celulares, incluindo proteínas, lipídios e o DNA. As porfirinas e seus complexos metálicos podem ser usados como mímicos da enzima superóxido dismutase (SOD) na modulação do estresse oxidativo. A eficácia in vivo das porfirinas está relacionada, entre outros fatores, com sua biodisponibilidade, que é fortemente influenciada pela lipofilicidade e pode também ser relacionada a diferentes propriedades estruturais e eletrônicas dessas moléculas. Neste contexto, o presente trabalho teve o intuito de analisar a influência de determinadas propriedades moleculares na lipofilicidade de uma série de N-piridilporfirinas, por meio de cálculos teóricos, visando fornecer informações úteis para o planejamento de novos derivados de porfirinas. Inicialmente, o logaritmo do coeficiente de partição octanol/água (log P) dessas moléculas foi estimado utilizando diferentes programas computacionais livres, bem como com base na diferença de energia livre de solvatação octanol/água, empregando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT), com diferentes funcionais híbridos (B3LYP, M06 e M062X). A partir dos cálculos DFT foram obtidas, ainda, propriedades eletrônicas e estruturais, tais como cargas parciais atômicas, orbitais moleculares, momento de dipolo, polarizabilidade, área superficial e volume molecular. Os dados obtidos foram comparados à medida experimental de lipofilicidade disponível para esta série de porfirinas, o fator de retenção cromatográfica (Rf). Os resultados mostram que métodos tradicionais e bem estabelecidos de cálculo do log P, como os métodos fragmentais, não fornecem resultados confiáveis para as porfirinas estudadas, ao contrário dos cálculos baseados na energia livre de solvatação, que forneceram tendências semelhantes aos valores experimentais de log P de porfirinas de manganês análogas às estudadas. Além disso, os resultados obtidos sugerem que a distribuição de cargas na estrutura das porfirinas pode estar relacionada com as diferenças observadas na lipofilicidade e, consequentemente, com a passagem destas moléculas através da membrana celular. Também ficou evidente que o volume molecular está fortemente relacionado à lipofilicidade, uma vez que se observa um maior relaxamento da estrutura na fase n-octanol devido ao caráter lipofílico das longas cadeias alquílicas ligadas ao grupo piridil. Baixas correlações entre os valores de Rf e as demais propriedades moleculares calculadas foram obtidas, indicando que a lipofilicidade das porfirinas pode ser modulada apenas pelo tamanho das cadeias alquílicas e pela introdução de grupos que alterem favoravelmente a distribuição de cargas.

La mesure de composition isotopique est utilisée dans l'étude du cycle biogéochimique du zinc ; cycle largement impacté par les activités anthropiques. Toutefois, l'interprétation de ces mesures réalisées sur des échantillons naturels ou synthétiques requiert la connaissance des propriétés isotopiques du zinc en condition d'équilibre (qui servent de référence) et la compréhension des mécanismes à l'origine des variations de composition isotopique. Dans ce travail, nous avons déterminé en réalisant des calculs quantiques, les constantes d'équilibre de fractionnement isotopique du zinc dans des phases solides et liquides. Nous avons mis en évidence les paramètres cristallochimiques qui contrôlent les propriétés isotopiques : la constante de force interatomique du zinc, les longueurs de liaisons Zn-premiers voisins et la charge électronique de ces premiers voisins. Nous avons réalisé un développement méthodologique permettant de calculer les propriétés isotopiques dans les phases liquides à partir de trajectoires de dynamique moléculaire à un coût réduit en temps de calcul. Nous avons montré à travers la modélisation du zinc aqueux, qu'une description raisonnable des forces de van der Waals par une fonctionnelle d'échange et de corrélation non locale est nécessaire à la stabilisation à conditions ambiantes du complexe hexaaquo zinc par rapport à d'autres complexes, réconciliant ainsi calculs et expériences. Ce travail met à disposition des études expérimentales une base de données cohérente de constantes d'équilibres isotopiques. / Isotopic compositions are used to study the biogeochemical cycle of Zn, which is greatly impacted by anthropic activities. However, the interpretation of the measurements performed on natural or synthetic samples requires the knowledge of Zn isotope properties in equilibrium conditions (as reference) and the understanding of the mechanisms that are at the origin of the isotopic composition variations. In this work, we determined by performing quantum calculations, equilibrium Zn isotope fractionation constants in various phases including solids and liquids. We highlighted the crystal-chemical parameters controlling the isotopic properties : Zn interatomic force constant, Zn-first neighbours bond lengths and the electronic charge on atoms involved in the bonding. We carried out a methodological development in order to calculate isotopic properties in liquid phases from molecular dynamics trajectories at a reduced computational cost. We showed through the modelling of aqueous Zn that a reasonable description of van der Waals forces using a non-local exchange correlation functional is required to stabilise the experimentally observed hexaaquo zinc complex over other complexes at room temperature. This work provides a consistent database of equilibrium Zn isotope fractionation constants for experimental works.

Dans le but de développer des matériaux et des dispositifs avec de nouvelles propriétés, l’élaboration de monocouches auto-assemblées (SAM) est un sujet d'intérêt croissant dans le domaine des nanosciences. Les SAM sont des agrégats bidimensionnels formés par des molécules régulièrement espacées sur une surface et liées entre elles par des forces non covalentes. Le domaine des biocapteurs électrochimiques pour la reconnaissance des brins d'ADN est parmi les applications les plus récentes des SAM. Dans ce cadre, nous avons mené une étude théorique des mécanismes fondamentaux engagés lors de l’adsorption de la molécule quinone Jug-C4-thiol sur la surface Au (111). Les résultats ont été confrontés aux mesures expérimentales accessibles réalisées par l’équipe « nano 2D » au laboratoire ITODYS (Université Paris7). Tout d’abord, la théorie de la fonctionnelle de la densité PBE et PBE-D2 a été utilisée pour étudier les mécanismes mis en jeu (physisorption ou chimisorption) lors de l’adsorption de la molécule isolée à la surface de Au (111) et déterminer le site le plus favorable pour chaque mécanisme. La nature de la liaison entre la molécule et la surface de a été finement analysée à l’aide de calculs de densité d’états (DOS) et de différences de densités de charge. Ensuite, l'assemblage de la molécule quinone Jug-C4-thiol sur la surface Au (111) a été étudié. Cet assemblage des molécules a été initié par la formation de configurations de dimère à travers la formation de liaisons intermoléculaires (liaison hydrogène et π-stacking, …). Les spectres infrarouges des configurations les plus stables ont été simulés et confrontés à l’expérience. Et enfin, le mécanisme d’échange entre des molécules « hôtes » (alcanethiols C12H25SH préalablement assemblés sur la surface) et « invitées » (Jug-C4-thiols) a été exploré avec les outils théoriques. L’analyse des résultats a mis en évidence des informations structurales et énergétiques importantes sur la formation de la monocouche moléculaire mixte. / In order to develop materials and devices with new properties, the development of self- In order to develop materials and devices with new properties, the development of self-assembled monolayers (SAM) is a topic of growing interest in the field of nanoscience. SAM are two-dimensional aggregates formed by molecules regularly spaced on a surface and bonded together by non-covalent forces. The field of electrochemical biosensors for DNA strand recognition is among the most recent applications of SAM. In this context, we conducted a theoretical study of the fundamental mechanisms involved in the adsorption of the quinone Jug-C4-thiol molecule on the Au (111) surface. The results were compared to the accessible experimental measurements from the "nano 2D" team at the ITODYS laboratory (Paris 7 University). First, the density functional theory at PBE and PBE-D2 levels was used to study the mechanisms involved (physisorption or chemisorption) during the adsorption of the isolated molecule on the surface of Au (111) and access to the most favorable site for each mechanism. The nature of the binding between the molecule and the surface was finely analyzed using density of states (DOS) calculations and differences in charge densities.Then, the assembly of the quinone Jug-C4-thiol molecule on the Au (111) surface was studied. This assembly of molecules was initiated by the formation of dimer configurations through the formation of intermolecular bonds (hydrogen bonding and π-stacking, etc.). The infrared spectra of the most stable configurations were simulated and compared with the experiment. And finally, the mechanism of exchange between "host" molecules (C12H25SH alkanethiols previously assembled on the surface) and "invited" molecules (Jug-C4-thiols) was explored with the theoretical tools. The analysis of the results revealed important structural and energetic informations on the formation of the mixed molecular monolayer.

A Curcumin há muito tempo é utilizada como condimento, colorífico e na medicina tradicional asiática. Conhecida como açafrão-da-índia, recentemente tem chamado a atenção devido ao grande potencial medicinal. Surgiram trabalhos principalmente sobre seus supostos efeitos benignos no tratamento de câncer e Alzheimer porém não limitados a estas enfermidades. Na tentativa de otimizar as propriedades medicinais surgiu a Dimethoxy Curcumin, um composto sintético que apresenta maior citotoxicidade e estabilidade biológica que a Curcumin. A maioria das reações químicas e biológicas ocorrem em soluções e os efeitos dos solventes são de extrema importância e complexidade. Neste trabalho nós estudamos os efeitos dos solventes ciclohexano e acetonitrila nos espectros de absorção e emissão da Dimethoxy Curcumin. Consideramos a contribuição de diferentes isômeros e estados excitados usando a Teoria do Funcional Densidade Dependente do Tempo (TD-DFT) utilizando a aproximação Modelo Contínuo Polarizável para o solvente. Nós observamos que as energias de emissão dos estados singletos sofrem um deslocamento para o vermelho enquanto que os estados tripletos sofrem um deslocamento para o azul. Respondemos estas questões analisando a variação do momento de dipolo durante a transição. Neste trabalho encontramos boa concordância com os valores experimentais dos espectros de absorção, emissão, deslocamento espectral e deslocamento Stokes. / The Curcumin has long been used as a condiment, pigment and in the traditional Asian medicine. Known as turmeric, recently has attracted attention because of the large medical potential. Several studies were made mainly about the supposed benign effects in the treatment of cancer and Alzheimer but not limited to these diseases. Attempt to optimize their medicinal properties there appeared the Dimethoxy Curcumin, a synthetic compound that has a higher cytotoxicity and biological stability than Curcumin. Most of the chemical and biological reactions occur in solutions and the solvent effects are of great importance and complexity. In the present work, we study the effects of the solvents cyclohexane and acetonitrile in the absorption and emission spectra of Dimethoxy Curcumin. We consider the contribution of various isomers and excited states using the Time Dependent Density Functional Theory (TD-DFT) with the Polarizable Continuum Model (PCM) approximation for the solvent. We observe that the emission energy of the singlet states are red shifted while the triplet states are blue shifted. We address this by analyzing the dipole moment variation after the transition. We find good agreement with the experimental values for the absorption, emission, spectral shift and Stokes shift

Made available in DSpace on 2018-06-27T18:56:22Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Igor Wanderley Reis Dias.pdf: 6016779 bytes, checksum: 86bcdcfbfacb63d4d4a518ace6997161 (MD5) Igor Wanderley Reis Dias.pdf.txt: 208576 bytes, checksum: cd35138cd2ea03d785b3e9c7e488c5c9 (MD5) Igor Wanderley Reis Dias.pdf.jpg: 3431 bytes, checksum: 2d647e86ee0171ea4dfc34ba86f497fd (MD5) Previous issue date: 2011-08-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / One of the widely used biodegradable polymers to control drug release in specific sites of action is the poly-ε-caprolactone (PCL). Considering exploring a potential application of this drug in the polymer, we studied its structural properties, electronic and energy the PCL interacting with the drugs indomethacin (IndOH) and its ethyl ester (IndEt), tazarotene (TZR) and chlorhexidine (CLX). The first stage of the study was performed by first-principles calculations based on density functional theory (DFT). After conformational analysis of the PCL, the interaction with the drugs was made using the conformation up-down-curved polymer, and it has been demonstrated in interactions with drugs IndOH, IndEt and TZR in both the concave portion of the polymer chain (PCL-IN) and the convex part (PCL-OUT) is that these interactions are essentially physical, and the value of energy connection occurs when high hydrogen bonds in the system, keeping also in a physical regimen when you re adding more polymer chains. As for interactions with CLX settings with a polymer chain (PCL-IN) show higher binding energies when compared to other systems, and interactions on the convex (PCL-OUT) there is a decrease in the binding energies in comparison with the PCL-IN settings, but in configurations with two polymer chains the binding energies are still high. With these results demonstrate that the systems obtained with IndOH, IndEt and are promising to TZR entrainment, and the CLX system tends not to be suitable for this purpose. In the second stage of this work was to study the structure and dynamics of solvation for configurations with four polymers with IndOH and IndEt. Through the radial distribution function (RDF) can observe the hydrophobic character of PCL and the folding of polymer chains in aqueous solution, with a little organization of water molecules and with greater organization of the polymer around the drug. And through the diffusion coefficient showed that the IndOH diffuses faster into the middle of the IndEt. These results show which configurations are more stable for the carrying of drugs and demonstrate agreement with the experimental results, showing the accuracy of the methodologies used. / Um dos polímeros biodegradável bastante utilizado para o controle da liberação de fármacos em sítios de ação específicos é a poli-ε-caprolactona (PCL). Considerando explorar uma potencial aplicação desse polímero na área farmacológica, estudou-se as propriedades estruturais, energéticas e eletrônicas da PCL interagindo com os fármacos indometacina (IndOH) e seu éster etílico (IndEt), o tazaroteno (TZR) e a clorexidina (CLX). A primeira etapa do estudo foi realizada por meio de cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade (DFT). Após a análise conformacional da PCL, a interação com os fármacos foi feita utilizando a conformação up-down-curvada do polímero, e o que foi demonstrado nas interações com os fárrmacos IndOH, IndEt e TZR, tanto na parte côncava da cadeia polimérica (PCL-IN) quanto na parte convexa (PCL-OUT) é que essas interações são essencialmente físicas, tendo o valor da energia de ligação elevado quando ocorre ligações de hidrogênio no sistema, mantendo-se também em um regime físico quando se tem a inclusão de mais cadeias poliméricas. Já para as interações com CLX as configurações com uma cadeia polimérica (PCL-IN) mostram energias de ligação elevadas, quando comparada aos outros sistemas, e para as interações na parte convexa (PCL-OUT) há uma diminuição nas energias de ligação em comparação com as configurações PCL-IN, porém nas configurações com duas cadeias poliméricas as energias de ligação ainda continuam elevadas. Com esses resultados demonstra-se que os sistemas obtidos com IndOH, IndEt e TZR são promissores ao carreamento, e que o sistema com CLX tende a não ser propício para este fim. Na segunda etapa do trabalho houve o estudo da estrutura e dinâmica de solvatação para as configurações com quatro polímeros com a IndOH e o IndEt. Através da função de distribuição radial (RDF) pode-se observar o caráter hidrofóbico da PCL e o enovelamento das cadeias poliméricas em solução aquosa, com uma pouca organização das moléculas de água e com uma maior organização do polímero em torno dos fármacos. E através do coeficiente de difusão demonstrou-se que a IndOH difunde mais rápido para o meio do que o IndEt. Estes resultados mostram quais configurações são mais estáveis para o carreamento de fármacos e demonstram concordância com os resultados experimentais, mostrando a acurácia das metodologias empregadas.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-11-07T10:28:17Z No. of bitstreams: 1 gisetyulianasanchezdelgado.pdf: 4087455 bytes, checksum: 74e12bffed9f492497ef465546d6ac98 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-11-09T14:36:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gisetyulianasanchezdelgado.pdf: 4087455 bytes, checksum: 74e12bffed9f492497ef465546d6ac98 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-09T14:36:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gisetyulianasanchezdelgado.pdf: 4087455 bytes, checksum: 74e12bffed9f492497ef465546d6ac98 (MD5) Previous issue date: 2017-08-11 / Na última década, os complexos de Au(III) tornaram-se uma classe importante de compostos com promissores efeitos anticancerígenos. Geralmente, em condições fisiológicas, os complexos de Au(III) são bastante reativos devido à alta afinidade dos íons de ouro em relação aos nucleófilos celulares e devido à instabilidade através das reações redox intracelulares. Métodos da teoria do funcional da densidade (DFT) foram aplicados no presente trabalho para calcular o potencial de redução padrão de nove complexos organometálicos de Au(III) do tipo [Au3+(R-C^N^C)L]n, usando dados experimentais disponíveis como referência. Em geral, os métodos DFT levaram a resultados satisfatórios com um erro médio absoluto inferior a 170 mV. O funcional CAM-B3LYP em combinação com o modelo de solvatação SMD, foi superior aos resultados de wB97xD, M11-L e B3LYP, com um erro médio absoluto de 81 mV em relação ao par redox ferroceno/ferrocênio (Fc+/Fc). No entanto, apesar do maior erro encontrado para os resultados B3LYP, a tendência qualitativa encontrada na série de moléculas estudadas foi a mais próxima daquela observada experimentalmente, o que permitiu propor um modelo de escalonamento usando o potencial de redução experimental como variável dependente e a energia livre de Gibbs calculada como variável independente. A regressão linear foi estatisticamente aceitável (R2=0,8) no nível B3LYP levando a um erro de apenas 35 mV. Além disso, a metodologia “the variable-temperature H-atom addition/abstraction (VT-HAA)” foi aplicada para os pares redox com cargas não equivalentes (complexos contendo cloreto como ligante), levando a uma melhora significativa na previsão do potencial de redução. O erro médio absoluto foi de apenas 87 mV, inferior ao encontrado com o protocolo padrão (144 mV). Na sequencia, a reatividade dos complexos de Au(III) foi estudada abordando dois diferentes caminhos para a redução do complexo [Au3+(C^N^C)Cl], os quais incluem reações de troca de ligantes associadas a processos de redução na presença de bionucleófilos de interesse (H2O, CH3SH CH3SeH e meim-4). Os resultados DFT mostraram que o caminho de reação mais favorável passa em primeiro lugar através da troca do cloreto ( =2,59 M-1 s-1 para CH3SeH) e, em seguida, o metabólito de Au(III) é reduzido ao análogo correspondente de Au(I) implicando na abertura do quelato (ɛ˚=+0,33 V para o derivado de CH3SeH). / In the last decade, Au(III) complexes become an important class of compounds with promising anticancer effects. Generally, under physiological conditions the Au(III) complexes are quite reactive due to the high affinity of gold ions toward cellular nucleophiles, and due to the instability through the intracellular redox reactions. Density functional theory (DFT) methods were herein applied to calculate the standard reduction potential of nine Au(III) organometallic complexes of the type [Au3+(R-C^N^C)L]n, using available experimental data as benchmark. Overall, the DFT methods lead to satisfactory results, with absolute error lower than 170 mV. The CAM-B3LYP functional in combination with the SMD solvation model was superior to wB97xD, M11-L and B3LYP results, with absolute error of 81 mV relative to ferrocene/ferrocenium (Fc+/Fc) redox couple. However, in spite of the larger error found for B3LYP results, the qualitative trend was closer to the observed one, which allowed the proposal of a scaling model using the experimental reduction potential as dependent variable and the calculated reaction Gibbs free energy as independent variable. The linear regression was statistically acceptable (R2=0.8) at B3LYP level and lead to an average error of only 35 mV. Besides, the variable-temperature H-atom addition/abstraction (VT-HAA) approach was applied for the redox couples with non-equivalent charges (complexes containing chloride as ligand), leading to a significant improvement in the reduction potential prediction. The mean absolute error was only 87 mV without any scaling procedure, which is much lower than found for standard approach, 144 mV. Moreover, the reactivity of Au(III) complexes was studied including two different pathways to the reduction of the [Au3+(C^N^C)Cl] complex, which involve ligand exchange reactions associated with reduction processes in the presence of bionucleophiles of interest (H2O, CH3SH CH3SeH e meim-4). The DFT results show that the most favorable reaction path passes firstly through chloride-exchange ( =2.59 M-1 s-1 for CH3SeH) and then the Au(III) metabolite is promptly reduced to the corresponding Au(I) analogue with ring-opening (ɛ˚=+0.33 V for CH3SeH derivative).

Neste estudo, parâmetros estruturais, energéticos e da frequências vibracionais para os estados X 3Σ- e A 3II do radical CNN e X 2II das espécies iônicas CNN+ e CNN- foram obtidos no nível de teoria CCSD(T)/CBST-5. No estudo termoquímico, os valores para o calor de formação da espécie neutra foram, ΔHf (O K) = 138,89 kcal/mol e ΔHf (298,15 K) = 139,65 kcal/mol. Para o potencial de ionização e a afinidade eletrônica, os resultados deste trabalho são 10,969 e 1,743 eV, respectivamente. Otimizações de geometria para os estados eletrônicos X 3Σ-, A 3II, a 1Δ, b 1Σ+, c 1II, d X 1Σ- e B 3Σ- realizadas com a metodologia MRCI nos permitiram obter valores para Te. Além disso, as energias de transição vertical para 15 estados eletrônicos também foram determinadas. Utilizando o nível de teoria CCSD(T)-F12b/CBSD-Q, geometrias de equilíbrio e frequências vibracionais harmônicas e anarmônicas foram estimadas para a molécula C30 e seu ânion C30-. Uma avaliação dos efeitos que inclusão dos elétrons do caroço no cálculo de diferentes propriedades foi realizada. Descrevemos a primeira determinação do calor de formação para a molécula C3O, ΔHf (0 K) = 79,41 kcal/mol e ΔHf( (298,15 K) = 83,39 kcal/mol, além do cálculo da afinidade eletrônica (1,114 eV). No que se refere à cinética e à dinâmica química, a determinação das constantes de velocidade foi realizada para duas reações de abstração de hidrogênio. Na primeira, as constantes de velocidade para a reação S (3P) + CH4 → SH + CH3, numa ampla faixa de temperaturas (T = 200 - 3000 K), foram determinadas utilizando SS-VTST/MT combinada com cálculos DFT/M05-2X/MG3S. A 1200 K, a constante de velocidade CVT/SCT para este processo (2,85 x 10-14 cm3 molécula-1 s-1) está em excelente concordância com o resultado experimental (8,14 x 10-14 cm3 molécula-1 s-1). Na segunda, o estudo a reação de abstração de hidrogênio do butanoato de metila por hidrogênio atômico foi realizada utilizando a abordagem cinética MS-VTST/MT combidada com cálculos MPWB1K/G- 31+G(d,p). Nesta aproximação cinética, a anarmonicidade associada às torções angulares amortecidas, bem como o acoplamento entre elas foram consideradas no cálculo das constante de velocidade. Neste processo, verificamos que a inclusão da anarmonicidade torcional nas constantes de velocidade aumenta a constante de velocidade em aproximadamente 8-10% a altas temperaturas (T = 1000 -2000 K). A temperaturas mais baixas, os efeitos de tunelamento são predominantes e a constante de velocidade CVT/SCT para a reação CH3CH2CH2COOCH3 + H (2S) → CH2CH2CH2COOCH3 + H (2S) a 300 K (6,17 x 10-18 cm3 molécula-1 s-1) é 8,2 vezes maior que a obtida com CVT (5,07 x 10-17 cm3 molécula-1 s-1). / In this study, the structures, energies and vibrational frequencies for the X 3Σ- e A3II electronic states of CNN, and X 2II of the ions CNN+ and CNN- were obtained at the CCSD(T)/CBST-5 level of theory. Additionally, we also estimated the heats of formation for the neutral species ΔHf (0 K) = 138.89 kcal/mol and ΔHf(298.15 K) = 139.65 kcal/mol. For the ionization potential and electron affinities, this work predicted the values of 10.969 e 1.743 eV, respectively. Geometry optimizations for the electronic states 3Σ-, A 3II, a 1Δ, b 1Σ+, c 1II, d X 1Σ- e B 3Σ- performed with the MRCI approach allowed us to compute the excitation energies (Te). Furthermore, vertical transition energies were also calculated for 15 electronic states. Using the CCSD(T)-F12b/CBSD-Q level of theory, equilibrium geometries, and harmonic and anharmonic vibrational frequencies were estimated for the C3O molecule and the anion C3O-. An assessment of the effects of inclusion of core electrons in the calculation of some properties was also carried out. The determination of the heat of formation of the molecule C3O (ΔHf (0 K) = 79.41 kcal/mol and ΔHf (298.15 K) = 83.39 kcal/mol), and its electron affinity (1,114 eV) were the first ones reported in the literature. In the kinetics investigation, we estimated the rate constants for two hydrogen abstraction reactions. Rate constants for the reaction S(3P) + CH4 → SH + CH3 were predicted for a wide range of temperatures (T = 200 - 3000 K) using VTST/MT combined with DFT/M05-2X/MG3S calculations. At 1200 K, the calculated rate constant CVT/SCT for this process is 2.85 x 10-14 cm3 molecule-1 s-1. For the reaction of hydrogen abstraction from methyl butanoate by a hydrogen atom, the MS-VTST/MT method combined with the density functional MPWB1K/G-31+G(d,p) was employed. In this study, anharmonic torsional hindered rotations were considered in calculations of the rate constants. At high temperatures, the inclusion of torsional anharmonicity increases the rate constants by approximately 8-10%. At low temperatures, tunneling effects are predominant and the rate constant CVT/SCT (6.17 x 10-18 cm3 molécula-1 s-1) is 8.2 times higher than the CVT one (5.07 x 10-17 cm3 molécula-1 s-1 ).