Nesta tese foi analisada a evolução das propriedades eletrônicas e estruturais de oligômeros do fluoreno e de dois derivados, relacionada com a inserção gradativa de unidades monoméricas, utilizando-se os métodos de química quântica semi-empríricos, ab initio Hartree-Fock e Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Para tal finalidade, foram realizadas análises metodológicas assaz detalhadas com os monômeros e dímeros (fluoreno, FF e TFFF), cujos resultados mostraram que os métodos semi-empíricos AM1 e PM3 são inadequados para descrever as distribuições das cargas derivadas do potencial eletrostático e, por conseguinte, as propriedades que dependem das mesmas. Além disso, as análises conformacionais realizadas para as três espécies de dímeros mostraram que ambas as estruturas estáveis do TFFF apresentaram o mesmo momento de dipolo total, provavelmente devido à influência dos átomos de flúor sobre o sistema. Ademais, com as investigações concernentes ao crescimento gradual das cadeias oligoméricas foi constatado que os espectros de UV e as energias dos orbitais fronteira calculados para os oligômeros seguiram a mesma tendência exibida por seus polímeros correspondentes, segundo os resultados de voltametria cíclica e de UV divulgados na literatura. Enquanto que os ângulos diedros adotados pelos oligômeros indicaram que suas conformações não são planares. Quanto à energia total, verificou-se que o decaimento linear relativo aos oligômeros do TFFF sucedeu aproximadamente três vezes mais rápido que o observado para os do fluoreno. Portanto, as aplicações dos fundamentos da Química Quântica e a correlação entre esses resultados teóricos e medidas experimentais reportadas na literatura, evidenciaram que com estas informações é factível estimar algumas propriedades de polímeros orgânicos ?-conjugados a partir de seus oligômeros, utilizando-se métodos de química quântica apropriados. / In this thesis, the evolution of electronic and structural properties of fluorene oligomers and two derivatives were accomplished relating to the gradual insertion of monomeric units using the quantum chemical methods semiempirical, ab initio Hartree-Fock and Density Functional Theory (DFT). For this purpose, detailed methodological analyses were performed with their monomers and dimers (fluorene, FF and TFFF). These results showed that the semiempirical methods AM1 and PM3 are inadequate to describe the atomic charges derived from electrostatic potential distributions and, hence, for the properties depending of them. In addition, the conformational analysis achieved for these three dimers showed that both stable structures found for the TFFF dimer possess the same total dipole moment, this is probably due to the influence of the fluorine atoms on the system. Moreover, with investigations regarding to the gradual increase in the oligomeric chain, it was verified that the UV spectra and the frontier orbital energies calculated for the oligomers provided the same tendency bespoken by their relative polymers from cyclic voltametry and UV measurements shown in the literature. Besides, the dihedral angles found in the oligomers indicated that their conformations are not planar. Furthermore, the total energy linear decay of the TFFF oligomers behaves approximately three times faster than that exhibited by the fluorene oligomers. In this way, the applications of the Quantum Chemistry principles and the correlation between these theoretical results and experimental data reported in the literature evidenced that using these information is feasible to estimate some properties of polymers from their oligomers by means of appropriate methods of quantum chemistry.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1246890 bytes, checksum: d8de4e92a3d9c573a9ad39ccb546aa71 (MD5) Previous issue date: 2008-11-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Lanthanide macrocyclic complexes, especially containing Gd(III) ions, are largely used as contrast agents in the medical diagnostic technique named Magnetic Resonance Imaging (MRI). Theoretical investigation of these compounds by molecular modeling methods is an emerging research area today. In this work we have performed a conformational study of the following supramolecular compounds: the macrocyclic ligands 1,4,7,10- tetraazacyclododecane (DOTA) and 1,4,7,10-tetraazacyclododecane- 1,4,7,10-tetraacetic acid (H4DOTA) and the macrocyclic complexes [Gd(DOTA).H2O]- and Gd(PhenHDO3A).H2O, where PhenHDO3A is (rel-10- [(5R,6R)-5,6-dihydro-6-hydroxy-1,10-Phenanthroline-5-yl)-1,4,7,10- tetraazacyclododecane-1,4,7-triacetic acid). For this, we have developed and carried out a procedure that involves: (1) the sampling of the conformation space of these compounds through some short molecular dynamics at different temperatures and (2) full geometry optimization in the geometries obtained in the previous stage using semi-empirical AM1 method for the macrocyclic ligands and Sparkle/AM1 model for the macrocyclic lanthanide complexes. Our results revealed that the high flexibility of non-coordinated macrocyclic ligands DOTA and H4DOTA, helped us to test the ability of our methodology to sample different regions of conformation space of these compounds. For the [Gd(DOTA).H2O]- complex, we were capable to find the same conformational isomers which were reported in published works as well as to comprehend relevant details about the mobility of the coordinated water molecule. Furthermore, we also were capable to identify some intermediate local minima related to the dynamics of rotation of the coordinated acetate groups in the studied complexes as well as to the dynamics of ring inversion of the coordinated tetraazadodecane moiety in the Gd(PhenHDO3A).H2O. In conclusion, we possess now an interesting strategy to conduct the search for conformational isomers of these compounds. This knowledge is very important to be applied in the rational design of new molecules to act as contrast agent in MRI. / Complexos macrocíclicos de lantanídeos, em especial com o íon Gd(III), são cada vez mais utilizados como agentes de contrastes na técnica médica de diagnóstico, imagem por ressonância magnética nuclear (MRI). O estudo teórico de novos agentes de contrastes através de modelagem molecular é uma área de pesquisa em grande expansão. No nosso trabalho fizemos um estudo conformacional dos seguintes compostos supramoleculares: os ligantes macrocíclicos 1,4,7,10- tetraazaciclododecano (DOTA) e ácido 1,4,7,10-tetraazaciclododecano- 1,4,7,10-tetraacético (H4DOTA), o complexo macrocíclico [Gd(DOTA)H2O]- e o complexo macrocíclico Gd(PhenHDO3A).H2O, onde PhenHDO3A é (rel-10-[(5R,6R)-5,6-dihidro-6-hidroxi-1,10-fenantrolina-5- il)-1,4,7,10-tetraazaciclododecano-1,4,7-ácido triacético). Para isso, elaboramos e executamos um procedimento que envolve o mapeamento ou amostragem do espaço conformacional desses compostos através de dinâmicas moleculares curtas em diferentes temperaturas para em seguida, essas geometrias serem usadas como pontos de partida para otimização de geometria usando tanto o método semi-empírico AM1 quanto o modelo Sparkle/AM1. Como resultado, podemos citar que a elevada flexibilidade dos ligantes macrocíclicos não coordenados DOTA e H4DOTA, serviu para testar a capacidade da nossa metodologia de visitar regiões distintas do espaço conformacional. Para o complexo [Gd(DOTA)H2O]-, conseguimos encontrar os mesmos isômeros conformacionais que já são reportados em outros estudos, bem como revelar detalhes relativos à mobilidade da molécula de água coordenada. Além disso, conseguimos identificar mínimos locais intermediários que estão relacionados com a dinâmica de rotação dos grupos acetato em ambos os complexos e a dinâmica de inversão do anel tetraazadodecano no complexo Gd(PhenHDO3A).H2O. A relevância desse trabalho está apoiada no fato de que agora temos uma estratégia interessante para realizar a busca de isômeros conformacionais desses compostos, sendo essas informações, muito importantes quando se deseja projetar uma nova molécula para atuar como agente de contraste em MRI.