Estudos pioneiros na década de 1970 com cálculos ab initio inauguraram o campo da química quântica relativística computacional. Desde então, também devido ao crescimento exponencial da capacidade computacional, a aplicação de Hamiltonianos relativísticos em cálculos de química teórica tem se tornado cada vez mais frequente. No entanto, o desenvolvimento de conjuntos de funções de base para estes cálculos não seguiu no mesmo ritmo. Após décadas, as melhores opções disponíveis ainda apresentam certas limitações técnicas, como sinais de prolapso variacional. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi a geração de eficientes conjuntos relativísticos de funções de base Gaussianas para aplicação em cálculos ab initio correlacionados. Usou-se então de uma versão polinomial do método da coordenada geradora Dirac-Fock para elaboração de um conjunto primitivo de funções otimizadas variacionalmente livres de prolapso. Funções de correlação/polarização e funções difusas foram adicionadas em acordo com uma incrementação do tipo quadruple-ζ. Estas funções foram escolhidas através do tratamento multi-referencial de interação de configurações com o Hamiltoniano Dirac-Coulomb. Cálculos moleculares de propriedades fundamentais atestaram a qualidade destes conjuntos, denominados RPF-4Z, em comparação com outras bases relativísticas bastante utilizadas na literatura. Adicionalmente, momentos de quadrupolo nuclear de isótopos de bismuto e potássio e uma curva de energia potencial do dímero de rádio foram obtidos com estes conjuntos. Ao prover funções de base que retornam resultados comparáveis a outros conjuntos relativísticos disponíveis de qualidade quadruple-ζ, mas com uma significativa redução na demanda computacional, espera-se que as bases RPF-4Z se traduzam em um grande avanço na área. / Pioneering studies with ab initio calculations from the 1970s gave rise to the computational relativistic quantum chemistry field. Since then, also due to the exponential growth in computational resources, the application of relativistic Hamiltonians in theoretical chemistry calculations has become more common. However, the development of basis sets to be used in such calculations have presented its struggles. After decades, technical limitations, such as the variational prolapse issue still persist. Hence, the aim of the present thesis was the development of efficient relativistic Gaussian basis sets to be applied in correlated ab initio calculations. In order to do that, a polynomial version of the generator coordinate Dirac-Fock method has been applied to obtain variationally optimized primitive sets that are free of prolapse. Correlating/polarization functions, as well as diffuse ones, were added to these sets in a quadruple-ζ type of increment. Such functions were chosen by means of the Dirac-Coulomb multi-reference configuration interaction treatment. Molecular calculations of fundamental properties have attested the high quality of the designated RPF-4Z sets in comparison with other well-known relativistic sets. Furthermore, nuclear electric quadrupole moments of bismuth and potassium isotopes and a potential energy curve of the radium dimer were also analyzed. Since these generated sets are as accurate as commonly used relativistic quadruple-ζ sets already available, but with the advantage of a reduced computational demand, the RPF-4Z sets are expected to represent a great advance in the field.

A química do selênio é um assunto de crescente interesse devido a sua presença em diversos ambientes químicos, em particular, na atmosfera terrestre. A ausência de estudos sobre espécies relativamente simples contendo 2-4 átomos motivou este projeto, que se concentrou na investigação teórica rigorosa de uma serie de espécies moleculares: SeF, SeCl, SeBr, HSeF, HFSe, HSeCl, HClSe, HSeBr, HBrSe e de vários isômeros na superfície de energia potencial 1[H, S, Se, Cl]. Propriedades espectroscópicas de um conjunto de estados eletrônicos e o calor de formação das moléculas SeF, SeCl e SeBr foram determinados. Juntamente com os novos resultados desta investigação, sugerimos uma revisão e correção de alguns dados teóricos e experimentais da literatura. Aspectos energéticos, estruturais e espectroscópicos associados aos pontos estacionários nas superfícies de energia potencial singleto [H, Se, X], X = F, Cl e Br, e [H, S, Se, Cl] também foram caracterizados, assim como determinados os calores de formação dos isômeros mais estáveis. Barreiras energéticas para os vários processos de isomerização foram estimadas bem como o gasto energético envolvido nas diferentes possibilidades de dissociação dos isômeros mais estáveis. No caso dos sistemas triatômicos ainda estimamos as constantes de velocidade para as reações de isomerizações direta e reversa. Nesse contexto, esperamos que este trabalho possa servir como uma referência para estudos teóricos e experimentais futuros desses sistemas e/ou de outros de complexidade idêntica. / The chemistry of selenium is a subject of increasing interest due to its presence in many chemical enviroments, specially in the Earth\'s atmosphere. The lack of studies of relatively simple species containing 2-4 atoms has motivated this project which was focused on a rigorous theoretical investigation of a series of molecular especies: SeF, SeCl, SeBr, HSeF, HFSe, HSeCl, HClSe, HSeBr, HBrSe, and the isomers on the 1[H, S, Se, Cl] potential energy surface. Spectroscopic properties of a set of electronic states and the heat of formation of SeF, SeCl, and SeBr were determined. Along with the new results from this investigation, we showed that some theoretical and experimental data reported in the literature be revised and corrected. Energetic, structural, and spectroscopic aspects associated with the stationary points on the singlet potential energy surfaces [H, Se, X], X = F, Cl e Br, and [H, S, Se, Cl] were also characterized, and the heats of formation of the most stable isomers evaluated. Energetic barriers for the various processes of isomerization were estimated, as well as the energy involved in the dierent possibilities of dissociation of the most stable isomers. In the case of triatomic systems, we still estimated the rate constants for the direct and reverse reactions. In this context, we expect that this work should serve as reference in future theoretical and experimental studies on these systems and/or others of similar complexity

O triptofano é um aminoácido essencial, sendo o precursor do neurotransmissor serotonina. Esse composto é suscetível a oxidação por ação do oxigênio singleto, o que atrai interesse acadêmico devido a sua associação com doenças como a catarata. Nesse sentido, o presente trabalho se dedicou a investigar as propriedades estruturais e espectroscópicas de quatro moléculas envolvidas nessa oxidação: triptofano, triptofano hidroperóxido, tautômero anelar do triptofano hidroperóxido (WOOH) e álcool (WOH) reduzido dessa última molécula, através da aplicação de técnicas de Química Quântica: Teoria de Pertubação e Teoria do Funcional de Densidade Dependente do Tempo, e de simulação computacional: Método de Monte Carlo e Dinâmica Molecular. Foram analisadas as formas estruturais preferenciais do triptofano (neutra ou zwiteriônica) dependendo do meio (vácuo ou água), investigou-se a formação de ligações de hidrogênio e se obteve teoricamente os espectros UV-vis e de Ressonância Magnética Nuclear para esse aminoácido. Esses dois espectros também foram calculados para as moléculas de WOOH e WOH. Para o triptofano hidroperóxido, que é uma molécula postulada, se avaliou a plausibilidade de sua existência, assim como uma possível razão para sua não observação experimental. / Tryptophan is an essential amino acid, being the precursor of neurotransmitter Serotonin. This compound is susceptible to oxidation by singlet molecular oxygen, which has attracted academic interest due to its association with disorders like cataract. In this sense, this work was dedicated to investigate the structural and spectroscopic properties of four molecules involved in this oxidation: tryptophan, tryptophan hydroperoxide, ring chain tautomer of tryptophan hydroperoxide (WOOH) and an alcohol (WOH) reduced from this latter molecule, by means of Quantum Chemistry techniques: Pertubation Theory and Time- Dependent Density Functional Theory, as well as computer simulation: Monte Carlo method and Molecular Dynamics. The preferential conformations of tryptophan (neutral or zwitterionic) depending upon the medium (vacuum or water) were analyzed, in addition it was investigated the formation of hydrogen bonds and obtained the theoretical UV-vis and Nuclear Magnetic Ressonance spectra of this amino acid. These spectra were also calculated for the WOOH and WOH molecules. Regarding tryptophan hydroperoxide, a postulated molecule, it was evaluated the plausibility of its existence, as well as the reason for its non-experimental observation.

Orientador: Maria Cristina dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T22:05:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_AnaClaudiaMonteiro_D.pdf: 17730682 bytes, checksum: cf3bdfc8fb6cf369dc23f002c89cd458 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Desde sua descoberta em 1991, nanotubos de carbono têm despertado um grande interesse científico devido à sua característica peculiar de ajuste das propriedades eletrônicas de acordo com a geometria. Vários trabalhos teóricos e experimentais têm explorado a possibilidade da criação de nanodispositivos a partir de nanotubos. Nanotubos de carbono são sistemas unidimensionais formados a partir de folhas de grafite enroladas na forma de cilindros. Previu-se que a estrutura eletrônica desses sistemas depende da direção de enrolamento, que é determinada pelo assim chamado vetor quiral, Ch = (n, m).A partir do vetor quiral classificam-se os nanotubos em três tipos: zig-zag (n,0), armchair (n,n) e quiral (n,m). Nanotubos são previstos como metálicos se os valores de n e m obedecerem à relação m - n = 3q, onde q é um número inteiro. Entretanto, medidas experimentais recentes mostraram que nanotubos considerados metálicos apresentam gaps em sua estrutura eletrônica. A manipulação das propriedades eletrônicas dos nanotubos pode ser realizada pelo processo de dopagem - substituição de átomos de carbono por outras espécies químicas, como o nitrogênio - ou através da criação de defeitos topológicos na rede hexagonal. Técnicas adequadas para dopagem e crescimento controlado de defeitos estruturais para a criação de nanojunções ainda não estão totalmente desenvolvidas. Nessa tese realizamos estudos conformacionais e das propriedades eletrônicas de nanotubos e nanojunções de carbono e de nitreto de carbono utilizando diversas técnicas de química quântica, entre as quais os métodos semi-empíricos baseados na teoria de Hartree-Fock e a teoria do Funcional de Densidade. Os resultados teóricos obtidos a partir de cálculos de otimização de geometria mostraram uma grande diferença conformacional entre nanotubos zig-zag e armchair. Os primeiros apresentam uma estrutura uniforme de ligações químicas enquanto que nanotubos armchair apresentam uma geometria distorcida ao longo do eixo do tubo, correspondendo a uma trimerização. As estruturas de bandas obtidas a partir das geometrias optimizadas são consistentes com a presença de gaps e portanto um comportamento semicondutor. Comparações foram feitas com a estrutura eletrônica de outro sistema unidimensional, o bem conhecido polímero poli-acetileno. Concluímos que os nanotubos zig-zag apresentam um gap intrínseco, similar ao cis-poliacetileno, e que os gaps dos tubos armchair, da mesma forma que para o trans-poliacetileno, têm origem na instabilidade de Peierls. Os efeitos da substituição de átomos de carbono por átomos de nitrogênio nas propriedades estruturais e eletrônicas de nanotubos de nitreto de carbono também foram investigados. Diferentemente dos nanotubos de carbono puro, nanotubos de nitreto de carbono sintetizados por diversas técnicas apresentam paredes corrugadas e estruturas com curvaturas acentuadas. Os resultados teóricos desta tese mostraram que a incorporação do nitrogênio na rede hexagonal de carbonos provoca distorções localizadas nas paredes dos nanotubos. Entretanto, isso não é o suficiente para gerar os defeitos topológicos, necessários para interpretar o aparecimento dos "bambus" observados experimentalmente. Os cálculos da entalpia de formação e a simulação de defeitos estruturais nos levaram a concluir que as estruturas tipo bambu em nanotubos de nitreto de carbono são devidas a defeitos induzidos pela incorporação do nitrogênio. Avaliamos, finalmente, o papel do nitrogênio na formação de nanojunções tipo Y. Mostramos que a incorporação do nitrogênio leva a uma estabilização estrutural desses sistemas / Abstract: Since their discovery in 1991, carbon nanotubes have attracted a great deal of attention of the scientific community due to their outstanding mechanical and electronic properties.Several theoretical and experimental reports published recently have exploited the possibility of designing nanodevices from nanotubes. Carbon Nanotubes (CNT) are one-dimensional systems that are built from a graphene sheet rolled into a cylindrical shape. It has been predicted that the electronic structure of CNT¿s depends upon the rolling-up direction, which is given by the so-called chiral vector Ch = (n, m).According to the chiral indices, CNT¿s are classified as: (i) zig-zag (n,0); (ii) armchair (n,n); and chiral (n,m). These systems are predicted to be metallic given that the indices satisfy the relation n - m = 3q, where q is an integer. Recent experimental reports revealed that CNT¿s are not true metals, since small energy gaps, or pseudogaps, have been measured. The electronic structure of CNT¿s could be further manipulated through a convenient doping process - the substitution of carbon atoms by other chemical species, such as nitrogen - or even through the introduction of topological defects in the hexagonal carbon network. Appropriate synthetic routes to carry out the doping and the controlled growth of structural defects in CNT¿s are still to be developed. In this thesis we investigated theoretically the conformation and the electronic structure of pure and nitrogen-doped CNT¿s and nanojunctions. Techniques ranging from simple quantum chemical approaches as the Extended H¨ uckel Theory, as well as more sophisticated semi-empirical, Hartree-Fock based methods, and ab initio methods derived from the Density Func-tional Theory were used. The conformation analysis performed on the optimized geometries showed important con-formational differences between zig-zag and armchair CNT¿s. The former systems presented a uniform structure of chemical bonds while the latter presented a distorted geometry along the tube axis, corresponding to a trimerization. The band structures calculated from the optimized geometries presented band gaps which are consistent with a semiconducting behavior. Com-parisons were made with the electronic structure of the conjugated polymer polyacetylene. We concluded that zig-zag CNT¿s present an intrinsic gap, similarly to cis-polyacetylene, and that the origin of gaps in armchair CNT¿s, in analogy to trans-polyacetylene, relies on the Peierls instability. The effects introduced by the nitrogen-doping of CNT¿s were also investigated. It has been reported that, differently from pure CNT¿s, nitrogen containing tubules obtained from several synthetic methods are composed of highly curved structures having thick and corrugated walls. Simulations of the doping process of CNT¿s showed that substitutional nitrogen on the hexagonal carbon network produces localized distortions on the tube walls. However the corrugation is not sufficient to produce bends and the topological defects that are necessary to interpret the bamboo-shaped structures that are experimentally observed. The calculation of heats of formation and the simulation of structural defects led us to conclude that bamboo-shaped carbon-nitride nanotubes are formed due to defects induced by the incorporation of nitrogen. Finally, we evaluated the role played by nitrogen addition to Y-type nanojunctions.Our results are consistent with an increased structural stabilization of defective regions upon nitrogen incorporation / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Neste trabalho foram estudadas as moléculas conhecidas corno cetonas-gaiola de Cookson e seus derivados pelo uso de técnicas computacionais de modelagem molecular. Estas moléculas participam de cicloadições [2+2], urna classe de reações cujo mecanismo ainda é estudado. As técnicas usadas foram as do Conjunto Completo de Funções de Base (CBS-4), Hartree-Fock, métodos de Teoria do Funcional de Densidade pBP e B3LYP e semi-empírico PM3. As técnicas foram usadas com diferentes conjuntos de base para analisar as conformações das moléculas e avaliar a exatidão do método em reproduzir resultados experimentais de termodinâmica e ressonância magnética nuclear. Com base na concordância dos resultados e com as caraterísticas do método, procura-se inferir quais as características estruturais e interações atômicas que explicam os resultados experimentais e os calculados. Foi estudada também a solvatação das espécies. Os programas empregados foram o Gaussian 94, Spartan 5.0, MOPAC e Amsol 6.6. Os resultados mostraram as interações interatômicas mais relevantes para a determinação das estabilidades relativas das moléculas. Foi considerado o efeito da estrutura no resultado de cálculos de energias e avaliado o método de reações isodésmicas para moléculas de estrutura complexa. / In this work the molecules known as Cookson\'s cage ketones and similar adducts were studied with the use of computational molecular modelling techniques. These molecules participate in cycloadditions [2+2], a class of reactions whose mechanism is still being studied. Toe techniques used were the Complete Basis Set (CBS-4), Hartree-Fock, Density Functional Theory methods pBP and B3LYP and semi-emprical PM3. The techniques were used with some basis sets to analise the molecular conformations and evaluate the agreement of the calculated with the experimental results of thermodynamics and NMR spectroscopy. Based on the agreement between the results and on the characteristics of the methods, it is sought to determine the structural characteristics and atomic interactions that explain the results. The solvation of the species was also studied. The programs used were the Gaussian 94, Spartan 5.0, MOPAC and Amsol 6.6. The results show the more important interactions that determine the relative stabilities of the molecules. The effect of the molecular structure on the energy calculation was studied and the method of isodesmic reactions was evaluated for complex molecules.

O entendimento das propriedades de complexos metálicos é de fundamental importância para o desenvolvimento de fármacos. No entanto, tanto do ponto de vista experimental quanto no de modelagem teórica, ainda temos muitas dificuldades de simular e mensurar as mudanças que a complexação com um metal causa em um composto. Este trabalho apresenta estudos de simulacões ab initio de complexos de Epiisopiloturina com Cu e Zn. Foram realizadas otimizações de estrutura, simulaçoes de espectroscopia vibracional, NMR e EPR além de estudos de reatividade. Obtivemos uma geometria otimizada condizente com a da forma cristalizada. Além disso, os resultados espectroscópicos mostram que as estruturas dos com plexos permanecem intactas em solução. Por fim, os estudos de reatividade conrmam que o complexo de Cobre aumenta a reatividade da molécula. / Understanding the properties of metal complexes is fundamental goal in the development of drugs. However, both from the experimental point of view and theoretical modeling, many diculties in the simulation and evaluatio of the changes that the metal causes upon complexation still remains. This work presents ab initio computational simulations of Epiisopiloturin com plexes with Cu and Zn. We make structural optimizations, simulations of vibrational spectroscopy, NMR and EPR, as well as reactivity studies. We obtain an optimized geometry that corresponds to that of the crystallized form. In addition, the spectroscopic results conrm that the complexes remain intact in solution. Finally, the reactivity studies conrm that the copper complex increases the reactivity of the molecule.

Estudos do mecanismo de reações unimoleculares, das moléculas de acetato de metila e etila, induzidas por absorção multifotônica e de reações bimoleculares com os radicais OH e Cl, usando cálculos ab initio e de funcional de densidade foram realizados neste trabalho. A análise dos cálculos das barreiras de energia e das constantes de velocidade microcanônicas das reações unimoleculares com o formalismo da teoria RRKM, permitiu prever algumas reações cujos produtos não foram determinados experimentalmente. Além disso, semelhanças das geometrias e dos valores de energia de algumas estruturas entre diferentes superfícies de energia, analisadas com cálculos de IRC, permitiram a explicação da viabilidade de determinada via de reação em detrimento de outra. Em outro método, relatado por Forst(1), na determinação das constantes de velocidade variacionais, comparadas com a variação da energia de Gibbs, verificou-se constantes de velocidade microcanônicas menores e a localização dos estados de transição em comprimentos de ligação, também, menores. Nas reações com o radical OH e Cl, a via predominante de reação é o ataque aos hidrogênios do grupo ligado diretamente ao oxigênio da molécula, responsável pelo valor da constante final de mais de 93% nas reações com OH e 99% nas reações com Cl, a 298K, em concordância com os resultados experimentais, em detrimento do ataque ao grupo CH3 da porção carboxilato da molécula. Nas reações com OH, os valores de constante de velocidade calculados mais próximos dos valores experimentais foram obtidos a partir dos resultados com os funcionais mPW1B95-41, para o acetato de metila, e mPW1B95-44, para o acetato de etila, enquanto que nas reações com Cl foram obtidos com o os métodos CCSD(T)//B3LYP para o acetato de metila e CCSD(T)//MP2 para o acetato de etila. Os valores de constante de velocidade da reação com cloro são cerca de dez vezes maiores que aquelas para as reações com radicais OH. As reações com OH e Cl ocorrem em uma única etapa, sem estabilização do intermediário e sem efeito de tunelamento significante. Por sua vez, cálculos da constante de velocidade, pelo método da relação estrutura reatividade (SAR), sobreestimam a reatividade dos hidrogênios dos grupos CH3 na porção carboxilato, em ambos os acetatos, e na porção etóxido do acetato de etila. Este método falha ao descrever a participação de cada grupo na reação com Cl, pois prevê que a reação no grupo CH3 da porção alcóxido passa a ser predominante sobre a reação ao grupo CH2 nas reações do acetato de etila, oposto aos nossos cálculos onde a reação com o grupo CH2 é a predominante. Outra falha do método é na previsão de mesma reatividade para ambos os grupos CH3 no acetato de metila, pois por nossos cálculos a reação ocorre predominantemente no grupo CH3 na porção alcóxido da molécula. / Computational studies on methyl and ethyl acetates molecules using ab initio and density functional calculations exploring the unimolecular mechanism, induced by multiphoton absorption, and the bimolecular reactions with OH and Cl radicals, have been performed in this work. Analysis of the calculated energy barriers and rate constants of unimolecular reactions with the RRKM microcanonical theory, predicts the occurrence of some reactions whose products were not determined experimentally. Furthermore, similarities on geometrical and energetic of some structures between different energy surfaces, analyzed with IRC calculations, allowed the explanation of the viability of a particular reaction pathway over another. Forst\'s method, used to determine variational rate constants, when compared with the variation of Gibbs energy, generates microcanonical rate constants with smaller values and location of transition states in smaller bond lengths. With OH and Cl, the predominant reaction route is the attack on the hydrogens of the group bonded directly to oxygen in the molecule, responsible for more than 93% of the final constant value in reactions with OH and 99% in reactions with Cl , at 298 K, in agreement with the experimental results, while the attack to the CH3 group in the carboxylate portion of the molecule is the less likely to occur. In reactions with OH, the values of the rate constant calculated closer to the experimental values were obtained from the results with functional mPW1B95-41, for methyl acetate, and mPW1B95-44 for ethyl acetate, whereas in reactions with Cl, were obtained with the CCSD(T)//B3LYP method for the methyl acetate and the CCSD(T)//MP2 method for ethyl acetate. The rate constant for the reaction with chlorine are about ten times larger than those for reactions with OH radicals. Reactions with OH and Cl occur in a single step, without stabilization of the intermediary and without significant tunneling effect. The rate constant obtained by the structure-reactivity relationship (SAR) overestimates the reactivity of the hydrogens of the CH3 groups at the carboxylate portion, in both acetates, and at the ethoxide portion of ethyl acetate. This method fails to describe the participation of each group in the reaction with Cl, predicting that the reaction on the CH3 portion of the alkoxide becomes predominant over the reaction on the CH2 group of ethyl acetate, relative to our calculations where the reaction with the CH2 group is predominant. Another flaw by providing the same reactivity for both the CH3 in methyl acetate, is in disagreement with our calculations which indicate that the reaction occurs predominantly in the CH3 group at the alkoxide portion of the molecule.

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.

Este trabalho teve como principal objetivo determinar e analisar a estrutura eletrônica e os principais aspectos que envolvem a ligação química do estado fundamental e de vários estados excitados de moléculas diatômicas, utilizando métodos da química quântica molecular. Nossos estudos foram concentrados nas espécies moleculares BeAl, MgAl e CaAl. Para todas as moléculas, os cálculos foram realizados usando a mesma metodologia, ou seja, utilizou-se o método CASSCF/MRCI e o conjunto base cc-pVQZ. Em uma primeira etapa, buscou-se incluir os efeitos da correlação estática usando funções de onda CASSCF. Na etapa seguinte, os efeitos da correlação dinâmica foram incorporados pelo método MRCI, que utiliza as funções de onda CASSCF como referência para gerar configurações por excitações simples e duplas na construção de sua função de onda. Os orbitais do caroço foram mantidos congelados em todos os cálculos. Dessa forma, foi realizada uma caracterização teórica rigorosa das curvas de energia potencial, constantes espectroscópicas, níveis vibracionais, funções momentos de dipolo, funções momentos de transição, probabilidades de transição e tempos de vida radiativa.

A caracterização do estado eletrônico fundamental das moléculas CuB, CuB+, CuB?, CuC, CuC+, CuC?, CuN, CuN+, CuN?, CuO, CuO+, CuO?, CuF, CuF+ e CuF? foi realizada utilizando o método de interação de configurações com excitações simples e duplas a partir de um conjunto de referência (MRSDCI), o método coupled cluster com excitações simples, duplas e contribuições de triplas (CCSD(T)) e o método funcional densidade nas aproximações: B3LYP, BPW91 e BP86. O conjunto de funções de base utilizado para descrever o átomo de cobre foi o conjunto de Wachters com inclusão de funções de polarização do tipo f (Wachters+f). Para descrever os elementos do segundo período foi utilizado o conjunto base de correlação-consistente de valência polarizada triple zeta (cc-pVTZ) de Dunning. Um outro conjunto base utilizado nos elementos do segundo período em conjunto com a base de Wachters no cobre foi a base difusa de Dunning (aug-cc-pVTZ). Foram realizadas análises do desempenho dos métodos e dos conjuntos de funções de base, e também uma comparação entre as propriedades espectroscópicas da série de moléculas conforme se altera o elemento do segundo período e a carga elétrica molecular.