For this thesis niobium oxides (NbO [subscript x]) with the goal of obtaining phase pure epitaxial NbO₂ were grown under variable conditions by molecular beam epitaxy (MBE) on different substrates, mostly (111) oriented strontium titanate. The films were characterized by X-ray diffraction (XRD) and reflection high-energy electron diffraction (RHEED) and from that their epitaxial relationship to the substrate was determined. With X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) the oxidation states and stoichiometry of the films were determined. Asymmetric NbO₂ Nb 3d core-level spectra are clearly seen for the first time in XPS. Additionally, the film thickness was measured by X-ray reflectivity (XRR). Judging from the XPS spectra and diffraction data the goal to grow epitaxial NbO₂ of high phase-purity was achieved. / text

Owing to the favored Coulombic attraction between the ammonium group and anion which stabilizes the B-F/B-CN bond against heterolysis, cationic borane [25]+ has great affinity toward anions than its neutral analog, and is capable of capturing fluoride or cyanide from water under bi-phasic conditions. By placing the fluorophilic silyl group adjacent to an electrophilic carbocation, a novel fluoride sensor [45]+ was obtained. Sensing occurs via a fluoride induced methyl migration from the silicon to adjacent electrophilic methylium center which is unprecedented. As a result of its strong fluoride affinity, [45]+ is able to react with KF in aqueous media at pH 7.0. The electrochemistry study of these cationic Lewis boranes reveals that the cationic character of these boranes serves to decrease their reduction potential and increase the stability of the resulting radicals. In this part of the research, we have prepared a cationic borane [27]+, which features two reversible reduction waves at -0.86 and -1.56 (vs. Fc/Fc+) corresponding to the formation of stable neutral and anionic derivatives. The one-electron reduction of [27]+ leads to the formation of a boron containing neutral radical featuring an unusual boron-carbon one-electron π bond. Further reduction of 27• results in the formation of the borataalkene derivative [27]-, which features a formal B=C double bond. The structural changes accompanying the stepwise population of the B-C π-bond are also determined, and this sequential population of B-C π-bonding orbital is also supported by theoretical computations. In order to understand the impact of the cationic nature of these boranes on their oxidative power, three novel cationic boranes ([34]+, [35]2+, and [36]3+) have been synthesized and their oxidative power were examined via cyclic voltammetry. The CV data of these compounds shows that the reduction potential of these triarylboranes is linearly proportional to the number of the pendant cationic substituents. Substitution of a mesityl group by an ArN+ group leads to an increase of the reduction potential by 260 mV.

Made available in DSpace on 2015-07-22T20:49:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-29. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-11T03:26:18Z : No. of bitstreams: 1 Publico-13280.pdf: 1828173 bytes, checksum: df8fb9928c37e920c5f9a2281ba9c092 (MD5) / O presente trabalho trata do estudo conformacional de S-nitrosotióis com potencial atividade biológica, 2–acetamido-3-metil-3-nitrosossulfanil-N-arilbutanamidas, e de seus tióis precursores, 2–acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas. As conformações de menor energia dos S-nitrosotióis e tióis em estudo são estabilizadas por ligações de hidrogênio intramoleculares que promovem uma maior estabilidade dos confôrmeros. A análise geométrica do grupo R-SNO mostra que esses compostos preferem a conformação trans. O cálculo das interações orbitalares pelo método NBO (Natural Bond Orbital) para as 2–acetamido-3-mercapto-3-metil-N-arilbutanamidas mostrou que as mesmas são estabilizadas pelas seguintes interações: no (N2) →  (C3-O4) e no(N10) → (C11-O12). Os resultados de NBO para os S-nitrosotíois mostraram que a interação hiperconjugativa é bastante efetiva nas conformações estáveis desses compostos, enfraquecendo a ligação que resulta no aumento do comprimento da ligação S-N em S-Nitrosotióis. A forte delocalização , induz caráter parcial a ligação S-N. A fraca ligação S-N indica uma forte delocalização do par de elétrons do O(NO) devido a interação, que é responsável pelo alongamento da ligação S-N, aumentando e a potencial capacidade do óxido nítrico ser liberado. / We carried out a conformational study on the S-nitrosothiols (R-SNO), 2-acetamido-3-methyl-3-(nitrososulfanyl)-N-arylbutanamides and their thiol precursors 2-acetamido-3-mercapto-3-methyl-N-arylbutanamides. The lowest energy conformation for both compounds is stabilized by intramolecular hydrogen bonds. Trans conformation was determined as the predominant conformation after geometrical analysis of R-SNO. Orbital interactions for 2-acetamido-3-mercapto-3-methyl-N-arylbutanamides were calculated using Natural Bond Orbital (NBO) methodology. Calculations indicated that orbital interactions for these compounds are stabilized by the following interactions: no (N2) →  (C3-O4) and no(N10) → (C11-O12). NBO results showed that the hyperconjugative interaction is very effective, weakening the σ bond and resulting in increasing length of the S-N bond in R-SNO. The strong delocalization induces partial character to the S-N bond. The bond S-N indicates a strong delocalization of the electron pair of O(NO) due to interaction. This interaction is responsible for the elongation of the S-N bond which increases the ability of the compound to release nitric oxide (NO). Based on the enhanced capacity to release NO by these compounds, our findings suggest that both compounds may display biological activity. / TEDE / BV UNIFESP: Teses e dissertações

Dans le premier chapitre, une étude bibliographique présente les rôles joués par les acides de Lewis du groupe 13, principalement du bore, en chimie organométallique. Même si dans ce domaine, ils sont principalement utilisés comme co-adduit, de rares exemples montrent que placés au sein d'un complexe métallique, ils peuvent (a) réaliser l'activation intramoléculaire d'une liaison M-X, (b) servir de point d'ancrage pour approcher un substrat riche en électrons du centre réactif et (c) interagir directement avec le métal lui-même.<br /><br />Dans le second chapitre, la synthèse et l'étude de la structure adoptée par les ligands ambiphiles sont discutées. Les facteurs régissant les préférences structurales des composés mono, di et triphosphine-borane sont étudiés.<br /><br />Dans le troisième chapitre, l'étude de la coordination de composés ambiphiles monophosphine-borane PB est réalisée vis-à-vis de complexes plan carré d8 ML4. Deux modes de coordination sont mis en évidence présentant un acide de Lewis non impliqué dans la coordination P→M, puis en interaction avec un chlorure porté par le métal P→M-Cl→B.<br /><br />Dans le quatrième chapitre, l'utilisation des composés diphosphine-borane PBP permet de mettre en évidence un troisième mode de coordination faisant apparaître une interaction M→B pour des complexes de rhodium, platine et palladium. L'analyse de cette interaction montre une forte dépendance vis-à-vis de la nature du métal.<br /><br />Enfin, dans le cinquième chapitre la variation de la nature du précurseur métallique, ainsi que la modulation de l'acidité de Lewis du site accepteur conduisent à deux complexes d'or présentant une interaction originale Au-B par la coordination des composés mono-phosphine-borane PB.<br /><br />L'ensemble de ce travail a été effectué en associant études expérimentales et études théoriques réalisées par Karinne Miqueu de l'Université de Pau et des Pays de l'Adour.

Försvarsmakten beslutade i maj 2021 om att ett slutligt införande av trebefälssystem ska ske i och med årsskiftet 2022–2023. Beslutet grundar sig på ett tidigare beslut från 2008 avseende införande av ett flerbefälssystem. I och med beslutet i maj 2021 ska alla officerare upp till och med kaptensgrad ur tidigare en- och flerbefälssystem som inte har anpassat sig till det nya trebefälssystemet byta personalkategori till specialistofficer eller vidareutbildas mot majorsgrad i det nya befälssystemet. Detta ska vara genomfört vid årsskiftet 2022–2023 (vissa tidsreglerade undantag finns).   Vår forskning har undersökt vilka faktorer som NBO-officerarna uppfattar har störst påverkan för dem vid den beslutade karriärväxlingen från officer till specialistofficerare i och med det slutgiltiga införandet av trebefälssystemet. Insamling av data för forskningen har skett genom intervjuer av sju respondenter med olika bakgrund vid Livregementets husarer (K3) i Karlsborg och deras syn samt uppfattning avseende deras nya yrkesprofession. Vår forskning har tagit stöd av perspektiv som stödjer profession, sensemaking, organisation och ledarskap för att tolka och förstå hur beslutet påverkar individen i form av NBO-officeren.   Vårt forskningsresultat påvisar att det är kärnkategorin profession som tillsammans med kategorierna; yrkesstolthet, känslor, ledarskap, utbildning och organisation som NBO-officerare ingående i forskningen uppfattar är de beståndsdelar som påverkar individen vid genomförandet av karriärväxlingen.   Vår forskning har kommit fram till en ökad förståelse för vilka faktorer som NBO-officerarna ingående i forskningen uppfattar har störst påverkan vid genomförandet av den beslutade karriärväxlingen till specialistofficer.   De framkomna faktorerna som respondenterna upplever är att: -          expertisen i deras militära profession har förringats och de upplever att de blir degraderade samt att det är ett stort svek mot deras profession som officer, -          det inte finns ett tydligt motiv och syfte, -          det inte är någon rimlighet i värderingen av befintlig utbildning och erfarenhet i transformeringen till specialistofficer.

Quantum chemical calculations at BP86/TZVPP//BP86/SVP have been carried out for the Nheterocylic carbene and analogues complexes (tetrylene) [(CO)4W-NHE] (W4-NHE) with E = C – Pb. The tetrylene complexes W4-NHE possess end-on-bonded NHE ligands (E = C, Si), while for E = Ge and Sn, they possess slightly side-on-bonded ligands. The strongest side-on-bonded ligand when E = Pb has a bending angle of 102.9°. The trend of the bond dissociations energies (BDEs) for the W-E bond is W4-NHC > W4-NHSi > W4-NHGe > W4-NHSn > W4-NHPb. Analysis of the bonding situation suggests that the NHE ligands in W4-NHE are strong σ-donors and weak π-donors. This is because the tetrylenes have only one lone-pair orbital available for donation. The polarization of the W-E bond and the hybridization at atom E explain the trend in the bond strength of the tetrylene complexes W4-NHE. The W-E bonds of the heavier systems W4-NHE are strongly polarized toward atom E giving rise to rather weak electrostatic attraction with the tungsten atom which is the main source for the decreasing trend of the bond energies. The theoretical calculations suggest that transition-metal complexes tetrylenes [(CO)4W-{NHE}] (E = C – Pb) should be synthetically accessible compounds with tetrylenes NHE act as two-electron-donor ligands in complexes. / Phân tích cấu trúc và bản chất liên kết hóa học của hợp chất với kim loại chuyển tiếp chứa phối tử N-heterocyclic carbene và các đồng đẳng (tetrylene) [(CO)4W–NHE] (W4-NHE) với E = C – Pb sử dụng tính toán hóa lượng tử ở mức BP86/TZVPP//BP86/SVP. Cấu trúc của phức W4-NHE cho thấy các phối tử NHE với E = C, Si tạo với phân tử W(CO)4 một góc thẳng α = 180,0°, trong khi đó các phức W4-NHE thì phối tử NHE với E = Ge – Pb tạo liên kết với nhóm W(CO)4 một góc cong α < 180,0° và góc cong càng trở nên nhọn hơn khi E = Pb (α = 102.9°). Năng lượng phân ly liên kết của liên kết W-E giảm dần: W4-NHC > W4-NHSi > W4-NHGe > W4-NHSn > W4-NHPb. Tính toán hóa lượng tử trong phức [(CO)4W-{NHE}] (E = C – Pb) cho thấy phối tử tetrylene là chất cho electron. Điều này có thể do phối tử tetrylene chỉ giữ lại một cặp electron tại nguyên tử E để đóng vai trò là chất cho điện tử. Độ bền liên kết của phức W4-NHE được giải thích nhờ vào độ phân cực của liên kết W-E và sự lai hóa của nguyên tử trung tâm E. Nguyên nhân chính làm giảm dần năng lượng liên kết là do liên kết W-E của các phức nặng hơn W4-NHE bị phân cực mạnh về phía nguyên tử E dẫn đến lực hút tĩnh điện với nguyên tử W yếu dần. Hệ phức nghiên cứu được coi là hợp chất điển hình cho các nghiên cứu thực nghiệm.

Neste trabalho foram estudados computacionalmente os [2.2]ciclofanos ([2.2]paraciclofano (1), anti-[2.2]metaciclofano (2a), sin-[2.2]metaciclofano (2b) e [2.2]metaparaciclofano (3)), que são os [2n]ciclofanos mais simples, contendo dois anéis fenílicos conectados por duas pontes etilênicas. Os ciclofanos têm apresentado inúmeras aplicações importantes, podendo atuar como auxiliares em sínteses assimétricas e como catalisadores que simulam funções enzimáticas, apresentando seletividade em relação aos substratos. Eles são empregados tanto em químicab supramolecular quanto em áreas biomédicas. Estudos que empregam ressonância de spin eletrônico ou que investigam propriedades ópticas não-lineares dos [2.2]ciclofanos indicam que os mesmos apresentam interações transanulares, que ocorrem através de recobrimento direto entre orbitais pertencentes a anéis diferentes, through-space, ou através de recobrimento entre orbitais dos anéis e das pontes, through-bond. As interações transanulares possuem um papel fundamental na química dos ciclofanos, alterando o comportamento reacional destes compostos e as transições espectroscópicas. Apesar dos métodos de preparação de ciclofanos, desde os mais simples aos mais complexos, serem intensamente investigados, estudos computacionais, que busquem compreender as correlações entre tensão e aromaticidade, estrutura eletrônica e o mecanismo de ocorrência das interações transanulares, são raramente encontrados na literatura. Desse modo, o objetivo deste trabalho foi estudar as interações transanulares, bem como correlacionar as diferenças estruturais, a tensão sobre anéis e pontes, cargas atômicas, aromaticidade e os deslocamentos químicos, não apenas para os isômeros dos [2.2]ciclofanos, mas também seus derivados fluorados (perfluoração de um dos anéis dos [2.2]ciclofanos), bem como avaliar os efeitos de diversos substituintes (CN, Cl, C=O, NH2 e NO2) e da protonação na estrutura eletrônica do isômero [2.2]paraciclofano. As otimizações de geometria de 1, realizadas com diferentes métodos e conjuntos de funções de base, mostraram que os modelos MP2/6-31+G(d,p) e B3PW91/6-31+G(d,p) fornecem os melhores resultados em comparação com os dados de raios-x. Buscas conformacionais mostraram que 2a e 2b são confôrmeros com energias diferentes e que 3 possui dois confôrmeros degenerados. As energias relativas e de tensão das pontes, seguiram a mesma ordem, indicando que a tensão sobre as pontes e a repulsão entre as nuvens ? dos anéis aromáticos são determinantes para a estabilidade dos [2.2]ciclofanos. As reações isodésmicas indicaram que os anéis comportam-se como absorvedores de tensão. NICS e HOMA mostraram que apesar das perdas de planaridade dos anéis a aromaticidade é mantida. O método NBO confirmou que todos os [2.2]ciclofanos apresentam interações through-bond, mas apenas 2a e 2b apresentaram interações through-space significantes. A análise AIM mostrou que as interações transanulares observadas são do tipo camada fechada (iônica ou ligação de hidrogênio) e que estabilizam os [2.2]ciclofanos. Para os derivados fluorados as principais alterações geométricas observadas foram para os diedros das pontes. As reações isodésmicas revelaram que as tensões das pontes e as energias relativas são afetadas pela fluoração. Além disso, os anéis dos isômeros fluorados absorvem mais tensão que os anéis dos isômeros não fluorados. NICS e HOMA mostraram que a substituição por flúor aumenta a aromaticidade dos [2.2]ciclofanos. A análise NBO indicou que a perfluoração aumentou o número e a intensidade das interações through-space, mas as mesmas ficaram restritas principalmente aos derivados fluorados de 2a e 2b. A mesma análise evidenciou que há uma conjugação dos pares de elétrons dos átomos de flúor com o sistema ?. Por outro lado, a análise AIM sugeriu que a substituição não aumenta o número de interações through-space, mas confirmou a conjugação dos pares de elétrons dos átomos de flúor. Os demais substituintes empregados afetam os parâmetros geométricos do [2.2]paraciclofano (1) de maneira diferenciada. A análise particionada das reações isodésmicas mostrou que as tensões nos anéis e nas pontes dependem não apenas do substituinte empregado, mas também da posição da substituição. NICS e HOMA indicaram que a aromaticidade no anel não-substituído dos derivados substituídos é maior que em 1. A análise NBO revelou que a substituição e a protonação aumentam a ocorrência de interações transanulares through-space. O método AIM indicou a presença de interações transanulares apenas para o derivado substituído com NH2 e CN e para a espécie protonada. No entanto, tais interações apresentaram características de interações de camada fechada. com pequenas estabilizações. As cargas atômicas e os deslocamentos químicos confirmaram as mudanças na densidade eletrônica, observadas através do método AIM. / In this work, the [2.2]cyclophanes ([2.2]paracyclophane (1), anti-[2.2]metacyclophane (2a), syn-[2.2]metacyclophane (2b) e [2.2]metaparacyclophane (3)), which are the simplest [2n] cyclophanes that contain two phenyl rings connected by two ethanediyl linkages, were studied computationally. Cyclophanes have presented several important applications, such as auxiliary in asymmetric synthesis, catalysts that simulate enzymatic functions, presenting selectivity in relation to the substrates. They are employed either in supramolecular chemistry or in biomedical areas. Studies that apply electron spin resonance or that investigate the non-linear optical properties of [2.2]cyclophanes, indicate that these compounds present transannular interactions, which occur through direct overlap of orbitals lying in different rings, throughspace, or through overlap between orbitals from rings and bridges, through-bond. The transannular interactions have a fundamental role in cyclophane chemistry, changing the reactional behavior of these compounds, and the spectroscopic transitions. Despite the fact that the well known methods of preparation, from the simplest to the most complex cyclophanes, have been studied intensively, computational studies that intent to comprehend the correlations between tension and aromaticity, electronic structure, and the mechanism of the transannular interactions are rarely found in the literature. Therefore, the aim of this work was not only to study the transannular interactions, correlating the structural differences, tension in rings and bridges, atomic charges, aromaticity, and chemical shifts of the [2.2]cyclophanes isomers but also to extent a similar treatment to the fluorinated derivatives. In addition, the effects of substituents such as (CN, Cl, C=O, NH2, and NO2) and the protonation on the electronic structure of [2.2]paracyclophane were also evaluated. The geometry optimizations of 1, carried out by using different methods and basis set, showed that the models MP2/6-31+G(d,p) and B3PW91/6-31+G(d,p) provide the best results in comparison with the x-ray data. Conformational searches showed that 2a and 2b are the conformers that present the same energy and the isomer 3 has two degenerated conformers. The strain energies of the bridges followed the same tendency as the relative energies, indicating that the tension on the bridges and the repulsions between the ? clouds of the aromatic rings are the key factors that determine the [2.2]cyclophane stabilities. The isodesmic reactions indicated that the rings are absorbents of tension. NICS and HOMA showed that the aromaticity of the rings is preserved despite the changes on the planarity. The NBO method confirmed that all [2.2]cyclophanes present through-bond interactions, but only 2a and 2b exhibit noteworthy through-space interactions. The AIM analysis pointed out that the transannular interactions behave as closed shell interactions (ionic or hydrogen bond), stabilizing the [2.2]cyclophanes. The main geometric changes, observed to the fluorinated derivatives, were those related with the dihedral angle of bridges. The isodesmic reactions pointed out that the tensions of bridges and the relative energies are affected by the fluorination. In addition, the fluorinated rings absorb more tension than the non-fluorinated rings. NICS and HOMA showed that the substitution by fluorine increases the aromaticity of the [2.2]cyclophanes. The NBO analysis indicated that the number of through-space interactions increase with the fluorination, but it is restrict to the derivatives of 2a and 2b. In addition, the same analysis pointed out a conjugation of the fluorine lone pairs with the ? system. On the other hand, the AIM analysis suggested that the substitution do not increase the number of through-space interactions, but confirmed the conjugation of the fluorine lone pairs. The other substituents can affect the geometric parameter of 1 noticeably. The partitioned analysis of isodesmic reactions showed that the tensions in bridges and rings not only depend on the substituents employed but also on the position of substitution. NICS and HOMA pointed out that the aromaticity is bigger in the non-substituted rings of [2.2]paracyclophane derivatives than in 1. The NBO analysis showed that the substitution and protonation increase the number of through-space interactions. AIM method indicated the transannular interactions occur only to the derivate substituted by NH2 and CN, and to the protonated specie. However, these interactions presented features of closed shell interactions with small stabilizations. The atomic charges and the chemical shifts confirmed the changes of the electronic density, observed through the AIM method.

A natureza das ligações de hidrogênio e a influência destas interações na estrutura eletrônica de complexos neutros, catiônicos, aniônicos e radicalares foi estudada utilizando-se análises geométricas, energéticas, eletrônicas e topológicas. Inicialmente, verificaram-se alterações na aromaticidade do cátion pirílio após a complexação com uma a três moléculas de água. Tais complexos foram ainda estudados em meio reacional com constante dielétrica igual a da água com o emprego do modelo PCM (Polarizable Continuum Model). Adicionalmente, os efeitos da hidroxilação na estrutura eletrônica dos cátions benzopirílio e flavílio foram considerados. Posteriormente, analisaram-se os efeitos das fortes ligações de hidrogênio na ressonância do grupo carboxila em complexos formados entre o radical hidroperoxil e os ácidos fórmico, acético e trifluoroacético. Como extensão desse trabalho, estudos envolvendo complexos obtidos com e sem restrições na otimização de geometria possibilitaram obter informações a respeito da ressonância dos grupos carboxila e carboxilato quando o fluoreto de hidrogênio interage linear ou perpendicularmente com todos os átomos do ácido fórmico e do ânion formiato. O desenvolvimento das atividades supracitadas compreendeu a análise da função de onda pelos métodos NBO (Natural Bond Orbital), NSA (Natural Steric Analysis), NRT (Natural Resonance Theory) e AIM (Atoms in Molecules). As alterações em parâmetros geométricos e nas cargas atômicas foram consideradas. Uma análise energética foi realizada com o emprego do método de decomposição de energia proposto por Xantheas. As freqüências vibracionais e a intensidade das bandas do estiramento do grupo X-H, doador da ligação de hidrogênio, foram analisadas. As densidades de spin para os complexos radicalares também foram obtidas. A influência das ligações de hidrogênio e o efeito do substituinte na aromaticidade dos cátions foram verificados com o emprego dos métodos e índices NICS (Nucleus Independent Chemical Shifts), HOMA (Harmonic Oscillator Model of Aromaticity), HOSE (Harmonic Oscillator Stabilization Energy) e PDI (para-Delocalization Index). Os cálculos foram efetuados com os modelos B3LYP/6-31+G(d,p), B3LYP/6-311++G(3df,3pd) e UB3LYP/6-311++G(3df,3pd). Ocasionalmente, outras funções de base (EPR-III e cc-pVDZ), assim como o método MP2, foram utilizados para testar a confiabilidade dos resultados obtidos. As interações intermoleculares pouco alteraram a estrutura eletrônica e a aromaticidade do cátion pirílio. Analogamente, a substituição de um átomo de hidrogênio por um grupo hidroxila em diversas posições dos cátions benzopirílio e flavílio também não provocou modificações muito significativas na estrutura eletrônica desses cátions, embora tenha se verificado uma dependência da aromaticidade com a posição da hidroxila. Por outro lado, a distorção geométrica associada às ligações de hidrogênio foram responsáveis pelo incremento ou diminuição da ressonância do grupo carboxila nos ácidos fórmico, acético, trifluoroacético e do grupo carboxilato no ânion formiato. Os efeitos dos grupos doador e sacador de elétrons na estabilização dos complexos radicalares foram evidenciados. Adicionalmente, pode-se atribuir um caráter covalente parcial em algumas ligações de hidrogênio. / The nature of hydrogen bonds and their influence on electronic structure of neutral, cationic, anionic, and radical complexes was studied by using geometric, energetic, electronic, and topological analysis. The changes in aromaticity of the pyrylium cation upon complexation with one up to three water molecules were investigated. The PCM (Polarizable Continuum Model) model was employed to study the pyrylium-water complexes in a water reaction medium. In addition, the effects of hydroxylation on electronic structure of the benzopyrylium and flavilium cations were also considered. In addition, the effects of strong hydrogen bonds on carboxyl group resonance in the complexes formed between the hydroperoxyl radical and formic, acetic, and trifluoroacetic acids were analyzed. In extension of this work, studies including complexes, obtained with and without geometric restrictions, provided information about the resonance of the carboxyl and carboxylate groups when the hydrogen fluoride interacts, linear or perpendicularly, with all atoms of formic acid and formate anion. The analysis of the wavefunction by using NBO (Natural Bond Orbital), NSA (Natural Steric Analysis), NRT (Natural Resonance Theory), and AIM (Atoms in Molecules) methods was necessary to the development of the above mentioned activities. The changes in geometric parameters and atomic charges were also considered. An energetic analysis of complexes was done with the energy decomposition method proposed by Xantheas. The vibrational frequencies and the intensity of the X-H (hydrogen bond donor group) stretching bands were studied. The spin densities for the radical complexes were also obtained. The Nucleus Independent Chemical Shifts (NICS), Harmonic Oscillator Model of Aromaticity (HOMA), HOSE (Harmonic Oscillator Stabilization Energy), and PDI (para-Delocalization Index) aromaticity criteria were employed to verify the hydrogen bond influence and the effect of hydroxylation in the aromaticity of the cations. The calculations were carried out by using B3LYP/6-31+G(d,p), B3LYP/6-311++G(3df,3pd), and UB3LYP/6-311++G(3df,3pd) models. Occasionally, other basis set (EPR-III and cc-pVDZ), as well as the MP2 method, were applied to test the accuracy of the results. The intermolecular interactions lead to small alterations in the electronic structure and aromaticity of pyrylium cation. Similarly, the substitution at different positions of the benzopyrylium and flavilium cations by a hydroxyl group does not cause significant changes in the electronic structure of these cations. However, a dependence of the hydroxyl group position on aromaticity was observed. On the other hand, for formic, acetic, trifluoroacetic acids, as well as for the formate anion, the resonance of the carboxyl and carboxylate groups is affected not only by the geometric distortions but also by the hydrogen bonds. The effects of the electron-donating and electron-withdrawing groups in the stabilization of radical complexes were characterized. Furthermore, a partial covalent character can be attributed to some hydrogen bonds.

Made available in DSpace on 2017-07-20T12:40:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mariana_N_Levandowski.pdf: 3613595 bytes, checksum: 6d13f04a1872ade8572c9eae481770c6 (MD5) Previous issue date: 2017-02-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study presents a theoretical and experimental analysis of the conformational equilibrium of phenylacetic acid and its derivatives, namely: o-fluorophenylacetic, ochlorophenylacetic, o-bromophenylacetic, o-nitrophenylacetic, hydroxyphenylacetic, m-fluorophenylacetic, p-fluorophenylacetic, p-nitrophenylacetic, p-hydroxyphenylacetic, p-mercaptophenylacetic and p-aminophenylacetic. Thetechniques used were computational calculations and nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopy.The study made it possible to verify the conformational preference of each compound, determined by their energies and geometries, which were evaluated both for the isolated molecule, at distinct theory levels, and in different solvents, with the IEF-PCM solvation model. By using natural bond orbital calculations, it was possible to identify the main orbital interactions for each conformation. With the total deletion calculations, it was verified that there was a balance between the steric and hyperconjugative effects in the stabilization of the most stable structures. The majority conformers of halogenated compounds in ortho revealed the same spatial orientation between the carbonyl and the benzene ring, similar to that of the phenylacetic acid. In the derivatives, nitro and hydroxylated in ortho, there was the presence of an intramolecular hydrogen bond, but in none of these cases the interaction referred to one of the main conformers. The infrared experiments in solvents of different polarities, allowed the identification of more than one band, enabling the attribution of conformers present in the equilibrium as well as the observation of the same tendency as the one obtained theoretically. The coupling constant 1JCH was evaluated through nuclear magnetic resonance. No significant variation of this constant was observed, showing that the major contribution to the equilibrium is related to the majoritarian conformer, which prevails even with the change in the polarity of the medium, for each compound under evaluation. / Neste trabalho foi apresentado uma análise teórica e experimental do equilíbrio conformacional do ácido fenilacético e seus derivados, sendo eles: ofluorofenilacético, o-clorofenilacético, o-bromofenilacético, o-nitrofenilacético, ohidróxifenilacético, m-fluorofenilacético, p-fluorofenilacético, p-nitrofenilacético, phidróxifenilacético,p-mercaptofenilacético e p-aminofenilacético. As técnicas utilizadas foram os cálculos computacionais e as espectroscopias de ressonância magnética nuclear e infravermelho. Com este estudo foi possível verificar a preferência conformacional de cada composto, determinadas pelas suas energias e geometrias, as quais foram avaliadas tanto para a molécula isolada, em distintos níveis de teoria, quanto em diferentes solventes, com o modelo de solvatação IEFPCM. Através dos cálculos dos orbitais naturais de ligação foi possível identificar as principais interações orbitais para cada conformação. Com os cálculos de deleção total, verificou-se que houve um balanço entre os efeitos estérico e hiperconjugativo na estabilização das estruturas mais estáveis. Os confôrmeros majoritários dos compostos halogenados em orto mostraram a mesma orientação espacial entre a carbonila e o anel benzênico, semelhante ao ácido fenilacético. Nos derivados,nitrado e hidroxilado em orto, houve a presença de uma ligação de hidrogênio intramolecular, em nenhum dos casos esta interação era referente a um dos confôrmeros principais. Utilizando a técnica de infravermelho na região do fundamental da carbonila, em solventes de diferentes polaridades, permitiram identificar a presença de mais de uma banda, sendo possível a atribuição dos confôrmeros presentes no equilíbrio, bem como observar a mesma tendência obtida teoricamente. Com a espectroscopia de ressonância magnética nuclear foi avaliada a constante de acoplamento 1JCH. Não houve uma variação significativa desta constante, mostrando que a maior contribuição no equilíbrio está relacionada com o confôrmero majoritário, que prevalece mesmo com a mudança da polaridade do meio, de cada composto avaliado.

A natureza das ligações de hidrogênio e a influência destas interações na estrutura eletrônica de complexos neutros, catiônicos, aniônicos e radicalares foi estudada utilizando-se análises geométricas, energéticas, eletrônicas e topológicas. Inicialmente, verificaram-se alterações na aromaticidade do cátion pirílio após a complexação com uma a três moléculas de água. Tais complexos foram ainda estudados em meio reacional com constante dielétrica igual a da água com o emprego do modelo PCM (Polarizable Continuum Model). Adicionalmente, os efeitos da hidroxilação na estrutura eletrônica dos cátions benzopirílio e flavílio foram considerados. Posteriormente, analisaram-se os efeitos das fortes ligações de hidrogênio na ressonância do grupo carboxila em complexos formados entre o radical hidroperoxil e os ácidos fórmico, acético e trifluoroacético. Como extensão desse trabalho, estudos envolvendo complexos obtidos com e sem restrições na otimização de geometria possibilitaram obter informações a respeito da ressonância dos grupos carboxila e carboxilato quando o fluoreto de hidrogênio interage linear ou perpendicularmente com todos os átomos do ácido fórmico e do ânion formiato. O desenvolvimento das atividades supracitadas compreendeu a análise da função de onda pelos métodos NBO (Natural Bond Orbital), NSA (Natural Steric Analysis), NRT (Natural Resonance Theory) e AIM (Atoms in Molecules). As alterações em parâmetros geométricos e nas cargas atômicas foram consideradas. Uma análise energética foi realizada com o emprego do método de decomposição de energia proposto por Xantheas. As freqüências vibracionais e a intensidade das bandas do estiramento do grupo X-H, doador da ligação de hidrogênio, foram analisadas. As densidades de spin para os complexos radicalares também foram obtidas. A influência das ligações de hidrogênio e o efeito do substituinte na aromaticidade dos cátions foram verificados com o emprego dos métodos e índices NICS (Nucleus Independent Chemical Shifts), HOMA (Harmonic Oscillator Model of Aromaticity), HOSE (Harmonic Oscillator Stabilization Energy) e PDI (para-Delocalization Index). Os cálculos foram efetuados com os modelos B3LYP/6-31+G(d,p), B3LYP/6-311++G(3df,3pd) e UB3LYP/6-311++G(3df,3pd). Ocasionalmente, outras funções de base (EPR-III e cc-pVDZ), assim como o método MP2, foram utilizados para testar a confiabilidade dos resultados obtidos. As interações intermoleculares pouco alteraram a estrutura eletrônica e a aromaticidade do cátion pirílio. Analogamente, a substituição de um átomo de hidrogênio por um grupo hidroxila em diversas posições dos cátions benzopirílio e flavílio também não provocou modificações muito significativas na estrutura eletrônica desses cátions, embora tenha se verificado uma dependência da aromaticidade com a posição da hidroxila. Por outro lado, a distorção geométrica associada às ligações de hidrogênio foram responsáveis pelo incremento ou diminuição da ressonância do grupo carboxila nos ácidos fórmico, acético, trifluoroacético e do grupo carboxilato no ânion formiato. Os efeitos dos grupos doador e sacador de elétrons na estabilização dos complexos radicalares foram evidenciados. Adicionalmente, pode-se atribuir um caráter covalente parcial em algumas ligações de hidrogênio. / The nature of hydrogen bonds and their influence on electronic structure of neutral, cationic, anionic, and radical complexes was studied by using geometric, energetic, electronic, and topological analysis. The changes in aromaticity of the pyrylium cation upon complexation with one up to three water molecules were investigated. The PCM (Polarizable Continuum Model) model was employed to study the pyrylium-water complexes in a water reaction medium. In addition, the effects of hydroxylation on electronic structure of the benzopyrylium and flavilium cations were also considered. In addition, the effects of strong hydrogen bonds on carboxyl group resonance in the complexes formed between the hydroperoxyl radical and formic, acetic, and trifluoroacetic acids were analyzed. In extension of this work, studies including complexes, obtained with and without geometric restrictions, provided information about the resonance of the carboxyl and carboxylate groups when the hydrogen fluoride interacts, linear or perpendicularly, with all atoms of formic acid and formate anion. The analysis of the wavefunction by using NBO (Natural Bond Orbital), NSA (Natural Steric Analysis), NRT (Natural Resonance Theory), and AIM (Atoms in Molecules) methods was necessary to the development of the above mentioned activities. The changes in geometric parameters and atomic charges were also considered. An energetic analysis of complexes was done with the energy decomposition method proposed by Xantheas. The vibrational frequencies and the intensity of the X-H (hydrogen bond donor group) stretching bands were studied. The spin densities for the radical complexes were also obtained. The Nucleus Independent Chemical Shifts (NICS), Harmonic Oscillator Model of Aromaticity (HOMA), HOSE (Harmonic Oscillator Stabilization Energy), and PDI (para-Delocalization Index) aromaticity criteria were employed to verify the hydrogen bond influence and the effect of hydroxylation in the aromaticity of the cations. The calculations were carried out by using B3LYP/6-31+G(d,p), B3LYP/6-311++G(3df,3pd), and UB3LYP/6-311++G(3df,3pd) models. Occasionally, other basis set (EPR-III and cc-pVDZ), as well as the MP2 method, were applied to test the accuracy of the results. The intermolecular interactions lead to small alterations in the electronic structure and aromaticity of pyrylium cation. Similarly, the substitution at different positions of the benzopyrylium and flavilium cations by a hydroxyl group does not cause significant changes in the electronic structure of these cations. However, a dependence of the hydroxyl group position on aromaticity was observed. On the other hand, for formic, acetic, trifluoroacetic acids, as well as for the formate anion, the resonance of the carboxyl and carboxylate groups is affected not only by the geometric distortions but also by the hydrogen bonds. The effects of the electron-donating and electron-withdrawing groups in the stabilization of radical complexes were characterized. Furthermore, a partial covalent character can be attributed to some hydrogen bonds.