Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / First principles calculations within the density functional theory have been used to study the main structural, energetic, electronic, and optical properties of hydrogenated Si and Ge in the 2D structures (silicane and germanane). The calculations of the energetic stability were performed using the GGA-PBE approximation for the exchange-correlation functional. To a better description of the electronic properties, the HSE06 functional was used. We obtain that silicane and germanane are semiconductors com energy band gap of 2.94 eV (indirect, where the VBM is localized in the Γ point while the CBM is localized in the M point) and 1.61 eV (direct, both VBM and CBM are localized in the Γ point), respectively. The analysis of optical properties shows that germanane has a direct and smaller band gap being superior to silicane for fotocatalysis using solar energy. However, considering the production of H2 and O2 from the water splitting both materials are suitable only to the water reduction. The chemical functionalization through the substitution of a H atom by a N, P, S, Li, Na, K, Mg and Ca atom do not change the geometric structure of silicane and germanane. The calculated binding energies show that N, P and S adsorbed on a H site have greater binding energies (greater stability) when compared to alkaline metals (Li, Na, and K) and alkaline earth metals (Ca and Mg). The results show that the chemical functionalization give rise to new electronic levels inside the band gap, which is decreased when compared to the pristine system. Compared to the GGA-PBE functional, the use of HSE06 gives great values for the band gap as well as for the work function. A trend between the binding energies and the work functions is observed, the greater the binding energy the greater the work function. We also considered the chemical doping when a boron or a nitrogen substitutes a Si or Ge atoms. We have observed that when a B substitutes a SiH (GeH) unit, the systems preserve the semiconductor properties with a localized and empty electronic level inside the band gap. The adsorption of a H atom on the B site decreases the formation energies and the systems present metallic (for high concentrations of B) or p-type semiconductor (for low concentrations of B) properties. When a second H atom is adsorbed on the B atom the systems are more stable (lower formation energies) and semiconductors properties are observed. For N substituting a SiH (GeH) unit the semiconductor properties are preserved, however the band gap decreases and for silicane the band gap changes from indirect (pristine system) to direct (both VBM and CBM are localized in the Γ point). When a H atom is adsorbed on the N atom the systems present metallic (for high concentration of N) or n-type semiconductor properties (for low concentration of N). When a second H atom is adsorbed on the N impurity the systems present semiconductor properties, but localized electronic levels are present in the band gap. The analysis of the charge density and the electronic density of states shows that these localized levels come from Si (Ge) atoms with dangling bonds. The adsorption of H atoms on the dangling bonds stabilize the systems, which present negatives values for the formation energies (the systems are exothermic). These results show that the hydrogenated Si and Ge in the 2D structures are excellent candidates to be used in many applications, such as, fotocatalysis and electronic devices. / ΓUtilizando cálculos de primeiros princípios dentro da Teoria do Funcional da Densidade realizamos um estudo das principais propriedades estruturais, energéticas, eletrônicas e óticas dos sistemas hidrogenados formados por silício (Si) e germânio (Ge) na estrutura 2D (silicano e germanano). Os cálculos da parte energética foram realizados usando a aproximação GGA-PBE para descrever a energia de troca e correlação. Para uma melhor descrição da estrutura eletrônica usamos o funcional HSE06. Obtivemos que o silicano e o germanano são semicondutores com valores de gap de energia de 2,94 eV (indireto, onde o topo da banda de valência é localizado no ponto Γ e o fundo da banda de condução é localizado no ponto M) e 1,61 eV (direto, onde o topo da banda de valência e o fundo da banda de condução são localizados no ponto Γ). A análise das propriedades óticas mostra que o germanano é superior ao silicano para aplicações na fotocatálise utilizando a luz solar. Isto ocorre devido ao fato de que o germanano apresenta um espectro de absorção ótica na região da luz visível e um gap de energia direto. Entretanto, para a produção de H2 e de O2 a partir da quebra da molécula de H2O, ambos os materiais são somente bons candidatos para a reação de redução da água. Considerando a funcionalização química através da substituição de um átomo de H por um átomo de N, P, S, Li, Na, K, Mg e Ca, temos que a presença destes átomos não resulta em qualquer distorção na geometria do silicano e do germanano. Os valores das energias de ligação mostram que os elementos não metálicos, N, P e S, adsorvidos no lugar de um átomo de H apresentam os maiores valores de energias de ligação (maior estabilidade) em comparação com os metais alcalinos (Li, Na e K) e com os metais alcalinos terrosos (Mg e Ca). Os resultados mostram que a funcionalização química modifica as propriedades eletrônicas introduzindo níveis de defeitos nos gap de energias das estruturas eletrônicas de bandas em comparação com os sistemas pristinas. A utilização do funcional HSE06 faz com que os valores dos gap de energias e os valores das funções trabalho dos sistemas funcionalizados aumentem em comparação com os valores obtidos com o funcional GGA-PBE. Observamos que para os sistemas funcionalizados existe uma relação entre a energia de ligação e a função trabalho, ou seja, maior a energia de ligação maior é o valor da função trabalho. Consideramos também a dopagem química do silicano e do germanano com boro e nitrogênio substituindo um átomo de Si ou um átomo de Ge. Observa-se que quando um átomo de B substitui uma unidade SiH (GeH), os sistemas apresentam propriedades semicondutoras, com um nível de defeito no gap de energia. A adsorção de um átomo de H no átomo de B faz com que os valores das energias de formação diminuem e os sistemas apresentam propriedades metálicas (alta concentração de B) ou semicondutoras do tipo-p (baixa concentração de B). Quando um segundo átomo de H é adsorvido no átomo de B, os sistemas apresentam os menores valores de energias de formação e características semicondutoras. Para a dopagem com nitrogênio, temos que quando um átomo de N substitui uma unidade SiH (GeH), os sistemas apresentam propriedades semicondutoras com gap de energia direto no ponto Γ. A adsorção de um átomo de H no átomo de N faz com que os valores das energias de formação diminuem (aumentem) no germanano (silicano) e propriedades metálicas (alta concentração de N) ou semicondutoras do tipo-n (baixa concentração de N) são observadas. Quando um segundo átomo de H é adsorvido no átomo de N, a mesma tendência nas energias de formação é observada. Os sistemas apresentam propriedades semicondutoras com níveis de defeitos nos gap de energias devido a presença de ligações pendentes. Se átomos de H são adsorvidos nos átomos de Si (Ge) com ligações pendentes, os sistemas são estabilizados com valores de energias de formação negativos (os sistemas são exotérmicos). Estes resultados mostram que os sistemas formados por Si e Ge hidrogenados na estrutura 2D são excelentes candidatos para serem utilizados em dispositivos com várias aplicações como na fotocatálise e na eletrônica.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work we use the Density Functional Theory (DFT) to analyze the influence of a water environment in the interaction between amino acids and a semiconductor carbon nanotube (CNT). To the study of the interaction in vacuum we use both an ab initio and a parameterized tight-binding method. To the study of the same interactions in water we performed finite temperature (300 K) molecular dynamics calculations, using the parameterized tight-binding method. The selected amino acids have different hydrophobicity and polarity indexes. Our study shows that for the neutral amino acids, a direct relationship between the variation in the bonding distances and the hydrophobicity indexes when changing from vacuum to water environments, with the hydrophobic (hydrophilic) amino acids getting nearer (farther) of the carbon nanotube. The change in the binding energies, when going from the vacuum to the water environments, shows an inverse relationship with the polarity, with the amino acids that have more polar (nonpolar) side chains showing lower (greater) variations in the binding energies. We also analyze the variations in the binding energies in vacuum and water for the neutral and zwitterionic forms of glicine. We show that the zwitterionic form is more stable in the polar environment of water, whereas the neutral form is more stable in vacuum. / Neste trabalho utilizamos a teoria do funcional da densidade (DFT) para analisar a influência de um meio solvente, a água, na interação de aminoácidos com um nanotubo de carbono (CNT) semicondutor. Para o estudo das interações no vácuo utilizamos tanto um método ab-initio quanto um método tight binding parametrizado. Os estudos destas mesmas interações (CNT-aminoácidos) no meio aquoso foram realizados empregando o método de dinâmica molecular a uma temperatura de 300 K usando o método tight binding parametrizado. Os aminoácidos selecionados para o estudo tinham diferentes valores de índice de hidrofobicidade e de polaridade. Nossos resultados mostram que para a forma neutra destes aminoácidos, há uma relação direta entre a variação da distância da ligação, do vácuo em relação a água, e o índice de hidrofobicidade com os aminoácidos mais hidrofóbicos (hidrofílicos) se aproximando (afastando) do nanotubo de carbono. A variação da energia de ligação, quando se passa do vácuo para o ambiente aquoso, apresenta uma relação inversa com a polaridade, com os aminoácidos que possuem a cadeia lateral mais polares (menos polares) apresentado os menores (maiores) variações na energia de ligação. Analisamos ainda as variações na energia de ligação no vácuo e na água para o aminoácido glicina em relação as suas possíveis formas elétricas: neutra e como íon dipolar (zwiteri onica). Mostramos que a forma zwiteriônica é mais estável no ambiente polar da água, enquanto a forma neutra apresenta maior estabilidade no vácuo.

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.