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 ).

Neste trabalho, várias reações de Heck foram investigadas utilizando principalmente métodos baseados na Teoria do Funcional de Densidade (DFT). Na primeira parte foi proposto um novo ciclo catalítico de Heck, com etapas aniônicas e neutras combinadas desencadeado por um complexo de paládio (Pd) suportado por um ligante carbeno N-heterocíclico (NHC) inédito. Posteriormente, a influência estérica do ligante NHC foi investigada na seletividade da reação de Heck inicialmente estudada. Para o NHC pouco volumoso, a componente eletrônica era majoritária comparada às contribuições de caráter não-covalente. Entretanto, quando o NHC com maior impedimento estérico foi analisado, somente alguns funcionais de densidade (TPSS-D3, ωB97x-D, BP86-D3, e M06-L), juntamente com o método de função de onda DLPNO-MP2, foram capazes de predizer a tendência de seletividade experimental. Por fim, a natureza do metal foi analisada por meio de uma comparação entre catalisadores NHC de níquel (Ni) e Pd nas reações de Heck. Os resultados teóricos forneceram indícios mecanísticos para o entendimento da menor atividade catalítica usualmente encontrada nos processos envolvendo complexos NHC de Ni e da necessidade experimental da formação de complexos de Ni catiônicos para atingir uma maior eficiência catalítica nessas reações. Na segunda parte deste estudo, dois exemplos marcantes da literatura sobre as reações de Heck-Matsuda enantiosseletivas foram teoricamente investigadas. Os cálculos DFT mostraram a influência crucial do substrato (olefina) na seletividade destas reações. Em um dos casos a seletividade da reação foi aprimorada através dos dados mecanísticos fornecidos pelos cálculos DFT. / In this work, several examples of Heck reactions were investigated using mostly Density Functional Theory (DFT) methods. At the first part, a new Heck catalytic cycle was proposed with combined anionic and neutral steps initiated by a newly N-heterocyclic carbene (NHC) based palladium (Pd) complex. Posteriorly, the influence of steric demanding of NHC ligand was investigated on selectivity of Heck reaction initially studied. In the case of small NHC ligand, the electronic component is more important than the noncovalent contributions. However, when the crowded NHC ligands were studied only selected density functionals (TPSS-D3, ωB97x-D, BP86-D3, e M06-L), and the wavefunction based method DLPNO-MP2, were capable to predict the experimental selectivity trends reported. Finally, the metal nature was analyzed by a comparison of the nickel (Ni) and Pd catalyzed Heck reactions. The theoretical results provided mechanistic insights that help to understand the low catalytic activity usually reported when Ni catalysts were used and the experimental requirement of cationic intermediates to achieve some efficiency for NHC-Ni-catalyzed Heck coupling. At second part, two representative examples from literature about the enantioselective Heck-Matsuda reactions were theoretically investigated. DFT calculations shown the crucial influence of substrate (olefin) on the selectivity of these reactions. One of cases studied, the selectivity of reaction was improved by the DFT results

Neste trabalho foram estudados os complexos de transferência (CTC) de carga formados por iodeto com os derivados piridínicos C4(4CP)+ e C3bis(4CP)2+ em solução. A formação de um CTC é caracterizada pelo surgimento de uma nova banda no espectro eletrônico de absorção, em solventes orgânicos como acetonitrila. Este tipo de sistema tem recebido muito interesse em diversos campos como, por exemplo, eletrônica orgânica, espectroscopia não linear, bioquímica, no ramo farmacêutico, etc. O complexo C4(4CP)+I- é caracterizado por uma banda de transferência de carga com máximo em 421 nm em acetonitrila. Cálculos das propriedades eletrônicas e das energias de excitação do complexo foram realizados usando a teoria do funcional da densidade e a teoria do funcional da densidade dependente do tempo. O emprego de funcionais de troca e correlação com correções de longo alcance foi essencial para a obtenção de resultados acurados para as energias de excitação. Usando os funcionais CAM-B3LYP e B97X-D, associados ao modelo contínuo PCM, foi possível descrever muito bem o máximo da banda experimental. No caso do C3bis(4CP)2+ foram encontradas diferentes estruturas possíveis para o complexo, que podem ser formadas pela associação de um ou dois I-. Em todos os casos apenas um dos I- participa da excitação, o que explica a estequiometria 1:1 observada experimentalmente. Uma visão mais aprofunda do comportamento do complexo em solução foi obtida usando a dinâmica molecular clássica. O campo de força foi ajustado para reproduzir os resultados de uma dinâmica por primeiros princípios de vácuo. A dinâmica clássica mostrou não haver dissociação em acetonitrila no complexo formado com o C3bis(4CP)2+. A banda calculada a partir das configurações amostradas da dinâmica está em excelente acordo com o resultado experimental. / In this work, we have studied theoretically charge-transfer complexes (CTC) formed by pyridinium derivatives with iodide. The formation of a CTC is characterized by the appearance of a new absorption band on the electronic spectra, in organic polar solvents like acetonitrile. These type of systems have recently received much interest in a broad variety of fields, for example, organic electronics, nonlinear spectroscopy, medical biochemistry, pharmaceutical industry, etc. The C4(4CP)+I- complex is characterized by the charge-transfer band with a maximum at 421 nm in acetonitrile. We have used density functional theory (DFT) and time dependent density functional theory (TDDFT) to calculate electronic properties and the excitation energies of the complex. Functionals with long-range corrections were essential in describing the charge-transfer excitations. CAM-B3LYP and wB97X-D associated with the polarizable continuum model predicts CT excitations in good agreement with experiment. Our results also indicates the existence of different conformations for the complex formed by the C3bis(4CP)2+ with iodide. Complexes were formed by the association of one or two I- to C3bbis(4CP)2+, but the charge transfer excitations were calculated from only one iodide to the aromatic ring, what explain why the stoichiometry 1:1 was observed. A better description of the complex in solution was obtained using classical molecular dynamics. The OPLS-AA force field was fine-tuned to reproduce the results of a first principle molecular dynamics for the complex. No dissociation were observed. The calculated charge-transfer band using configurations sampled from molecular dynamics is in excellent agreement with experiment.

Submitted by isabela.moljf@hotmail.com (isabela.moljf@hotmail.com) on 2016-08-08T16:59:46Z No. of bitstreams: 1 raphaeldasilvaalvim.pdf: 4975859 bytes, checksum: 45288f5cf716f2e219a7c41484f3c591 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-08-09T11:55:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 raphaeldasilvaalvim.pdf: 4975859 bytes, checksum: 45288f5cf716f2e219a7c41484f3c591 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-09T11:55:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 raphaeldasilvaalvim.pdf: 4975859 bytes, checksum: 45288f5cf716f2e219a7c41484f3c591 (MD5) Previous issue date: 2013-02-22 / O agente VX, O-etil metillfosfonotioato de S-2-(diisopropilamino)etila, é um dos principais agentes neurotóxicos e a busca por formas de degrada-lo é consideravelmente importante. Neste trabalho, a hidrólise de um composto organofosforado tipo-VX (metilfosfonotioato de O,S-dimetila, DMPT) pela quimissorção dissociativa na superfície de MgO(001) foi estudada pela teoria do funcional da densidade com condições de contorno periódicas. Um mecanismo de degradação que envolve as reações das moléculas de DMPT e de água foi proposto e investigado em dois tipos de modelos de superfície de MgO(001): terraço e dopada com Al. Conformações, diferenças de energia livre, estados de transição e barreiras de reação foram calculados. Inicialmente, foi verificado que apenas a ligação neurotóxica P-S é quebrada na hidrólise do composto DMPT, que pode ocorrer espontaneamente em todo o intervalo de temperatura analisado (100-600 K). Na quimissorção dissociativa da molécula de DMPT, a formação do intermediário MgO:[PO(CH3)(OCH3)]+[SCH3]− é termodinamicamente menos estável que os produtos de hidrólise a partir da temperatura de aproximadamente 335 K para a superfície dopada com Al, que é muito menor que o mesmo processo calculado no terraço (a partir de 500 K). De acordo com a análise de barreira reacional, a possível reconstituição da ligação P-S não ocorre em ambos modelos de superfície de MgO(001) analisados. Contudo, a barreira de energia eletrônica para a reação de dissociação na superfície dopada com Al é cerca de 49,0 kJ/mol menor do que no terraço. Simultaneamente, o processo de formação dos íons H+ e OH- no terraço de MgO(001) é relevante como a etapa inicial de hidroxilação dessa superfície e faz parte do mecanismo de hidrólise catalisada do composto DMPT. A adsorção de uma, duas e três moléculas de água foram obtidas apenas sobre o terraço de MgO(001), pois sabe-se que as moléculas de água são dissociadas espontaneamente em defeitos pontuais. A variação da energia livre de Gibbs para os processos de adsorção e dissociação foi calculada no intervalo de temperatura de 100-600 K. Os resultados termodinâmicos mostraram que a adsorção de uma única molécula de água não conduz à dissociação. Para o dímero e trímero de moléculas de água, uma molécula se dissocia enquanto que as outras moléculas co-adsorvidas estabilizam as espécies iônicas H+ e OH- sobre a superfície. Nos dois casos, os produtos de dissociação na superfície convergiram para a formação de ligações de hidrogênio entre a hidroxila formada e as moléculas de água. Como consequência dessas interações, a superfície protonada coexiste com os íons hidroxila adsorvidos. As barreiras de energia eletrônica não são grandes o suficiente para desfavorecer a dissociação parcial de duas (23,2 kJ/mol) e três (24,9 kJ/mol) moléculas de água, porque elas seriam facilmente superadas. Portanto, a etapa inicial para a hidrólise no terraço de MgO(001) começa a partir de duas moléculas de água, mas o produto dissociado é mais estável quando existem três moléculas de água quimissorvidas. Em relação à migração dos íons H+ e OH- após a dissociação, as barreiras de energia eletrônica calculadas mostraram que esse processo na superfície de MgO(001) é desfavorável. Assim, os processos de dissociação das moléculas de DMPT e H2O na superfície de MgO(001) devem acontecer em regiões próximas para facilitar a etapa seguinte do mecanismo de reação proposto, que é a recombinação iônica de [PO(CH3)(OCH3)]+, [SCH3]-, HO- e H+ para a subsequente formação dos produtos P1 [HOPO(CH3)(OCH3)] e P2 [HSCH3]. Os produtos P1 e P2 não se acumulam sobre a superfície dopada com Al porque estas moléculas são dessorvidas. Portanto, se comparado com a reação de hidrólise do composto de DMPT, 335 K é uma temperatura ideal a fim de se evitar a acumulação dos produtos sobre os defeitos pontuais analisados, com a consequente dessorção espontânea de P1 e P2 e a reconstituição do MgO na etapa final do processo catalítico. No entanto, os sítios do terraço também podem participar do mecanismo de hidrólise catalisada do composto DMPT a partir de 500 K. Neste trabalho, a superfície de MgO(001) atua como um possível catalisador para a degradação do agente VX, mas com uma maior seletividade dos sítios dopados com Al do que os sítios do terraço. Da mesma forma, estes resultados têm uma variedade de importantes aplicações, bem como uma referência para posteriores estudos da reação do composto VX na superfície de MgO(001) com outros tipos de defeitos ou superfícies. Assim, esses resultados contribuem cientificamente para a área de catálise e superfícies de óxidos na desativação química de agentes neurotóxicos, especialmente os agentes tipo-V. Além disso, o presente trabalho permitirá o desenvolvimento de novas tecnologias para a defesa nacional, a fim de permitir a degradação química desses tipos de compostos sem afetar o meio ambiente. / The VX agent, O-ethyl S-(2-diisopropylethylamino)ethyl methylphosphonothioate, is one of the main neurotoxic agents, thus the search for ways to degrate it is considerably important. In this work, the hydrolysis of a VX-like organophosphorus compound (O,S-dimethyl methylphosphonothioate, DMPT) by the dissociative chemisorption on the MgO(001) surface was studied by density-functional theory using periodic boundary conditions. A degradation mechanism involving the reactions of the DMPT and water molecules was proposed and investigated on two types of MgO(001) surfaces: terrace and Al-doped. Conformations, free energy differences, transition states e reaction barriers were calculated. Firstly, it was verified that only the P-S neurotoxic bond breaks in the hydrolysis of the DMPT compound, which can occur spontaneously throughout the analyzed temperature range (100-600 K). In the dissociative chemisorption of the DMPT molecule, the formation of intermediate MgO:[PO(CH3) (OCH3)]+[SCH3]− is thermodynamically fewer stable than the hydrolysis products from the temperature of about 335 K for the Al-doped surface, which is less than the same process calculated on the surface without defects (from 500 K). According to a reactional barrier analysis, the possible reconstitution of the P-S bond does not occur on both cases of analyzed MgO(001) surface models. However, the electronic energy barrier for the dissociation reaction on the Al-doped sites is about 49.0 kJ/mol less than the one on the terrace. At the same time, the process of the formation of H+ and OH− ions on the MgO(001) terrace is relevant as the hydroxylation initial step of this surface and it is part of the catalyzed hydrolysis mechanism of the DMPT compound. The adsorption of one, two and three water molecules were only obtained on the MgO(001) terrace because it is known that water molecules are dissociated spontaneously on point defects. The variation of the Gibbs free energy for the adsorption and dissociation processes was calculated in the 100-600 K temperature range. The thermodinamic results showed that the adsorption of a single water molecule does not lead to dissociation. For the dimer and trimer of water molecules, one molecule dissociates while the others co-adsorbed stabilize the H+ and HO− ionic species on the surface. In the two cases, the dissociation products on the surface converged for the formation of hydrogen bonds among the formed hydroxyl and water molecules. As a consequence of these interactions, the protonated surface coexists with the adsorbed hydroxyl ions. The electronic energy barriers are not large enough to forbid the partial dissociation of two (23.2 kJ/mol) and three (24.9 kJ/mol) water molecules because they would be easily surmounted. Therefore, the initial step for the hydrolysis on the MgO terrace starts from two water molecules, but the dissociated product is more stable when there are three water molecules III chemisorbed. Regarding the migration of the H+ and HO− ions after the dissociation, the calculated electronic energy barriers showed that this process on the MgO(001) surface is unfavorable. Thus, the dissociation processes of the DMPT and H2O molecules on the MgO(001) surface should happen in close regions to facilitate the next step of the proposed reaction mechanism, which is the ionic recombination of [PO(CH3)(OCH3)]+, [SCH3]-, HO- and H+ for the subsequent formation of the P1 [HOPO(CH3)(OCH3)] and P2 [HSCH3] products. The products P1 and P2 did not accumulate on the Al-doped surface because these molecules are desorbed from 197 K. Therefore, if compared to the hydrolysis reaction, 335 K is an ideal temperature to avoid the accumulation of the products on the analyzed point defects, with the consequent spontaneous desorption of P1 and P2 and the MgO reconstitution in the final step of the catalytic process. However, the sites of the terrace can also participate of the DMPT catalyzed hydrolysis mechanism from 500 K. In this work, the MgO(001) surface works as a catalyst for the degradation of VX agent, but with higher selectivity of the Al-doped sites than that of the terrace sites. In the same way, these results have an important variety of applications, as well as reference for further studies of the VX compound reaction on the MgO(001) surface with other kinds of defects or other surfaces. Thus, these results scientifically contribute to the area of catalysis and oxide surfaces in the chemical deactivation of neurotoxic agents, especially the V-type agents. Furthermore, this work will enable the development of new technologies for national defense in order to enable the chemical degradation of these types of compounds without affecting the environment.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-09-04T14:24:54Z No. of bitstreams: 1 rodrigofragadealmeida.pdf: 7192674 bytes, checksum: 6ae959161ccde060e031fade5c149253 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-09-04T15:52:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rodrigofragadealmeida.pdf: 7192674 bytes, checksum: 6ae959161ccde060e031fade5c149253 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-04T15:52:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rodrigofragadealmeida.pdf: 7192674 bytes, checksum: 6ae959161ccde060e031fade5c149253 (MD5) Previous issue date: 2018-07-30 / A busca por fontes renováveis de energia cresce cada vez mais em diversas regiões do mundo devido a demanda crescente e pela poluição gerada pelo uso de combustíveis fósseis. A energia solar é uma fonte renovável e inesgotável de energia que pode ser aproveitada diretamente por diversos tipos de células solares. Entre estes variadostipos, as células solares sensibilizadas por corante (DSSCs em inglês) se mostram promissoras devido à sua alta eficiência. Das variadas moléculas usadas como sensibilizador neste tipo de célula, as mais eficientes são os complexos polipiridínicos de rutênio(II). Diversas propriedades são importantes para que uma molécula seja aplicável em uma DSSC como um sensibilizador eficiente, entre elas uma larga e intensa absorção na região visível e infravermelho próximo do espectro eletromagnético e um potencial redox que permita que o sensibilizador seja regenerado pelo par redox,que também faz parte da célula. Neste trabalhofoi construída uma metodologia computacional baseada em dados experimentais que leva a resultados com pequenos desviospara o cálculo de potenciais redox e espectros eletrônicosde complexos cis-[Ru(R2-phen)(dcbpy)(NCS)2], sendo dcbpy a 4,4’-dicarboxi-2,2’-bipiridina e R2-phen a 1,10-fenantrolina com substituintes R nas posições 4 e 7.Parao cálculo de potenciais redox foi aplicadaa teoria do funcional da densidade (DFT) e paraasimulação dosespectroseletrônicosa DFT dependente do tempo (TDDFT). Com esta metodologia, novos complexos foram avaliados e suas propriedades estudadas visando estimar as suas eficiências se aplicados a DSSCs. Os novos complexos que apresentaram melhores resultados,em ordem do menos para o mais promissor,são aqueles com substituintes R = 2-piridil, 2-(5-etilfuril), 2-benzotiazolil. / The search for renewable energy sources grows increasingly in many regions of the world due to the crescent demand and pollution generated by the use of fossil fuels.The solar energy is a renewable and endless source of energy, which may be harnessed directly with different types of solar cells. Among thesevaried types, the dye-sensitized solar cells (DSSCs) present themselves to be promising owing to their high efficiency. Fromthe many molecules used as sensitizers in this kind of cell, the most efficient are thepolypyridinicruthenium(II) complexes. Different properties are important for a molecule to be applicable in a DSSC as an efficient sensitizer, among them a broad and intense absorption in the visible and near infrared region of the electromagnetic spectrum and a redox potential that allows the sensitizer to be regenerated by the redox couple,that is also part of the cell. In this work wasbuilt a computational methodologybased on experimental datawhich gives results with small deviations, for the calculation of redox potentials and electronic spectra of complexes cis-[Ru(R2-phen)(dcbpy)(NCS)2], where dcbpy is the4,4’-dicarboxylic acid 2,2’-bipyridineandR2-phenthe1,10-phenanthrolinewith R substituents on the positions 4 and 7. For the calculation of redox potentials, was applied the density functional theory (DFT) and for the electronic spectra simulations, the time-dependent DFT (TDDFT). With this methodology, new complexes where evaluated and their properties studied intending to estimate their efficiencies if applied to DSSCs. The new complexes that presented better results, in order from the less to the most promising, were those with substituents R = 2-pyridyl, 2-(5-ethylfuryl) and 2-benzothiazolyl.

L'objectif de ce travail de thèse est la compréhension de l'impact des propriétés acido-basiques des supports oxydes sur l'interaction métal-support ainsi que les effets du milieu réactionnel sur les propriétés structurales, électroniques, thermodynamique et réactives des catalyseurs métalliques hyper-dispersés. Le catalyseur modèle choisi est un agrégat monométallique de platine déposé sur alumine qui est la référence des études fondamentales pour permettre des progrès dans la compréhension de ce système complexe. La mise en œuvre de calculs dans le formalisme de la théorie de la fonctionnelle de la densité, réalisés à partir de modèles moléculaires périodiques, a permis de déterminer l'état de surface du catalyseur pour des conditions de température et de pression représentatifs de l'expérience. L'influence de la taille des particules conjointement à la présence de chlore sur la stabilité thermodynamique des agrégats de Pt supportés sur alumine-γ a démontré une stabilisation significative des agrégats Pt3 lors de la migration d'espèces de surface (H, OH et Cl) sur la particule. La reconstruction d'une morphologie biplanaire (la plus stable en absence d'hydrogène) vers une morphologie cuboctaédrique pour les forts taux de recouvrement en hydrogène sur les particules de Pt supportées a été démontrée et permet d'expliquer plusieurs observations expérimentales encore mal comprises. L'impact du milieu réactionnel sur la rupture C-C et C-H à partir de l'éthane sur l'agrégat Pt13 supporté sur alumine- γ a été démontré. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre l'importance des conditions de température et de pression du milieu réactionnel (notamment du rapport P(H2)/P(C2H6)) sur la stabilité des intermédiaires réactionnels. Ces résultats sont en accord avec les observations expérimentales et permettent de mettre en évidence que l'optimum de pression en hydrogène est relativement élevé dans le cas des réactions de reforming catalysées par du Pt seul. / The aim of this work is the understanding of the impact of acido-basic properties of oxide supports on the metal-support interaction as well as on the effects of reactive conditions on the structural, electronic, thermodynamic and reactive properties of hyper-dispersed metallic catalysts. The chosen model catalyst is a monometallic platinum cluster supported on alumina which is the reference of fundamental studies to improve the understanding of this complex system. DFT calculations were performed from periodic models to determine the surface state of the catalyst under representative experimental temperature and pressure. The influence of nano-clusters' size combined with the presence of chlorine on the thermodynamic stability of supported Pt clusters on γ-alumina demonstrated a significant stabilization of Pt3 clusters with the migration of surface species (H, OH and Cl) on the particle. The morphology reconstruction from biplanar (the most stable in absence of hydrogen) to a cuboctahedral morphology for the high hydrogen coverages on the supported Pt13 cluster is demonstrated and explains several experimental observations still controversial. The impact of the reactive conditions on the C-C and C-H bond scission from ethane on the Pt13 cluster supported on γ-alumina was demonstrated. Results helps to better understand the importance of temperature and pressure conditions in the reactive medium (notably the P(H2)/P(C2H6) ratio) on the stability of reactive intermediates. These results are in agreement with experimental observations and highlight that the optimum of hydrogen pressure is relatively high in the case of catalytic reforming reactions catalyzed by Pt only.

Nous avons exploré les potentialités de la RMN 14N à l'état solide pour étudier l'ordre et le désordre local dans les zéolithes structurées à l'aide des cations de tétraalkylkammoniums. Cette étude est effectuée en combinant les approches expérimentales et théoriques. Les halogénures de tétraalkylkammonium CnH2n+1+X- (n : 1–4 ; X : Br, I) considérés comme des cristaux modèles, sont étudiés dans une première partie. Nous avons pu corréler des aspects structuraux spécifiques (distorsion des angles CNC, répartition spatiale des anions) aux paramètres spectroscopiques de l'interaction quadripolaire 14N.Dans une deuxième partie, nous décrivons l'ordre local dans la silicalite-1 (MFI), en nous basant notamment sur les paramètres de l'interaction quadripolaire 14N. Des variations chimiques au niveau des agents minéralisateurs ou structurants ont des effets mesurés sur ces paramètres qui peuvent être corrélés à l'ordre local au niveau de l'agent structurant et de la charpente minérale. Des modélisations théoriques effectuées à T = 0 et 300 K ont permis de mieux comprendre ces systèmes.Enfin, dans une troisième partie nous avons démontré la sensibilité des paramètres RMN de l'azote-14 à la distribution des sites actifs (Al, B) dans la zéolithe ZSM-5 en utilisant une large palette d'expériences RMN et de calculs théoriques.Ce travail a permis pour la première fois d'établir l'intérêt de la RMN 14N pour l'étude de l'ordre local dans les zéolithes et de montrer les principales informations qui peuvent en être tirées. / We explored the 14N solid state NMR potential to study the local order and disorder in zeolites structured using tetraalkylkammonium cations. This study is performed by combining experimental and theoretical approaches.Tetraalkylkammonium halides CnH2n+1+X- (n: 1-4, X: Br, I) considered as crystal models are studied in the first part. We were able to correlate specific structural aspects (CNC angles distortions, anions spatial distribution) to the 14N NMR parameters. In the second part, we describe the local order in the silicalite-1 (MFI), based in particular on the 14N quadrupolar parameters. Chemical variations in mineralizing or structure directing agents have effects on these measured parameters which can be correlated to the organic and inorganic local orders. Theoretical modeling carried out at T = 0 and 300 K led to a better understanding of these systems. Finally, in the third part we have demonstrated the sensitivity of 14N NMR parameters to the distribution of active sites (Al, B) in ZSM-5 zeolites using a wide range of NMR experiments and theoretical calculations.This work allowed to establish for the first time the interests of 14N NMR to study the local order in zeolites and display key information that can be extracted.

Notre travail s'effectue dans le but de fournir une méthode pour permettre le séquençage des oligosaccharides, des biopolymères jouant un rôle clé dans le domaine de la santé comme dans certains domaines industriels tels que l'énergie ou l'alimentation.Les méthodes utilisées pour séquencer les protéines sont limitées pour l'étude des oligosaccharides.En revanche, nous montrons que l'alliance entre la méthode expérimentale de spectroscopie d'action (IRMPD) et les calculs théoriques est une méthode prometteuse pour le séquençage des oligosaccharides.Notre méthode théorique consiste à obtenir des minima de la surface d'énergie potentielle.Les spectres infrarouges de ces minima sont calculés avec la DFT et en utilisant une grande base.Les spectres calculés sont alors comparés aux spectres expérimentaux afin d'obtenir des informations sur la structure des constituants ou la composition du mélange dans l'échantillon.Notre approche alliant les calculs théoriques aux mesures IRMPD s'est avérée particulièrement efficace pour obtenir les structures des mono ou disaccharides présents dans l'échantillon.De plus elle permet d'identifier des signatures spécifiques à des anomères ou à des conformères / Our work aims to develop a method to allow the sequencing of oligosaccharides, which are biopolymers playing a key role in the field of Health as in several industrial fields such as energy or nutrition.The methods used for sequencing proteins are limited in the study of oligosaccharides.However, we show that the combination of action spectroscopy experimental method (IRMPD) and theoretical calculations is a promising method to sequence oligosaccharides.Our theoretical method consist of obtaining minima of the potential energy surface.The infrared spectra of these minima are computed with DFT and a large basis.The calculated spectra are then compared to the experimental ones to gain informations on the structure of the compounds or on the composition of the mixture in the sample.Our approach combining theoretical computations to IRMPD measurements is particularly effective to obtain the structures of mono and disaccharides present in the sample.Moreover, it allows to identify specific signatures of anomers and conformers

Les polyphénols naturels forment des complexes non-covalents dans lesquels le π-stacking et les liaisons hydrogène jouent un rôle clé dans la stabilisation. Les calculs DFT incluant la dispersion (DFT-D), la description des processus d'agrégation non-covalente de produits naturels devient fiable. Dans ce travail, les méthodes DFT-D sont appliquées à i) la compréhension de la biosynthèse stéréo- et régio-sélective des oligostilbenoïdes, ii) la prédiction de l'agrégation des antioxydants naturels au sein de la membrane bicouche lipidique, qui pourrait rationaliser la synergie de la vitamine E, la vitamine C et polyphénols dans leur action antioxydante, et iii) la modulation des propriétés optiques de dérivés de chalcones. / Natural polyphenols form non-covalent complexes in which π-stacking and H-bonding play a key stabilizing role. The dispersion-corrected DFT calculations have paved the way towards reliable description of aggregation processes of natural products. In this work, these methods are applied at i) understanding of stereo- and regio-selective oligostilbenoids biosynthesis; ii) predicting natural antioxidant aggregation within lipid bilayer membrane, which may allow rationalizing the synergism of vitamin E, vitamin C and polyphenols in their antioxidant action; and iii) modulating optical properties of chalcone derivatives.