Neste trabalho estudamos o efeito hidrofóbico no sistema benzenoágua. Nossa estratégia é avaliar as propriedades das ligações de hidrogênio entre as moléculas de água nas proximidades da molécula e benzeno. Utilizamos as ferramentas da mecânica quântica e o método de simulação computacional para este estudo. A análise estrutural e energética detalhada dos clusters benzenoágua mostra que a ligação de hidrogênio é mais forte quando na presença do benzeno. A investigação pelo método de simulação Monte Carlo corrobora estas conclusões e ainda fornece os efeitos da variação de tempeatura. Verificamos que o aumento da temperatura afeta todas as moléculas aumentando a desordem líquida, no entanto, constatamos a manutenção de uma estrutura de ligações de hidrogênio mais fortes as proximidades do benzeno. A interação entre duas moléculas de benzeno também foi analisada, mostrando que a interação benzenobenzeno é bem mais forte na presença da água. / The hydrophobic effect is studied for the benzene-water system. The properties of the hydrogen bond between the water molecules around the benzene is evaluated using both classical and quantum mechanical methods. Hydrophobic hydration analysis shows that the hydrogen bond interaction is stronger in the presence of benzene. This is verified both by ab initio quantum mechanical methods and classical Monte Carlo simulation. Temperature dependence is investigated. Although increasing temperature increases the disorder the hydrogen bonds between the water molecules are still stronger for those in the proximities of the benzene. Hydrophobic interaction is also investigated. It is seen that the benzene-benzene interaction is stronger in the water environment.

Este trabalho consiste num estudo teórico da espectroscopia e da ligação química de alguns estados eletrônicos de várias moléculas diatômicas a partir de princípios fundamentais da química teórica. Como abordagem de cálculo da estrutura eletrônica utilizou-se o método interação de configurações (CI) com as funções de onda adaptadas às simetrias espacial e de spin. Essas funções foram geradas como excitações simples e duplas a partir de um conjunto de múltiplas referências (MRSDCI) e com posterior seleção por teoria de perturbação. As moléculas diatômicas heteronucleares estudadas são aquelas formadas pelo átomo de cálcio (Ca) com os átomos de boro (B), carbono (C), nitrogênio (N), oxigênio (O) e flúor (F). Como também aquelas moléculas envolvendo o átomo de berílio (Be) e magnésio (Mg) com os átomos de boro e carbono. Um estudo comparativo das várias propriedades espectroscópicas destas moléculas também faz parte dos objetivos principais deste trabalho. Desta maneira, as moléculas estudadas foram, BeB, MgB, CaB, BeC, MgC, CaC, CaN, CaO e CaF, totalizando vinte e um estados eletrônicos estudados.Para cada molécula, estudou-se diferentes estados eletrônicos de mais baixa energia, principalmente aqueles que dissociam para os primeiros canais de dissociação. A caracterização espectroscópica destas espécies foi realizada através da obtenção de curvas de energia potencial, funções momento de dipolo, funções momento de transição, níveis vibracionais, probabilidades de transições vibrônicas, tempos de vida radiativa e das análises de suas respectivas funções de onda.

o estudo do efeito de solvente em propriedades moleculares é de imenso interesse, tanto científico quanto tecnológico, uma vez que a atividade de sistemas moleculares utilizados como sensores, transportadores de droga, catalizadores, dispositivos óticos, etc., sem mencionar os processos biológicos, depende do meio onde se encontram. Neste trabalho tratamos do efeito de solvente no espectro de absorção eletrô¬nica de três moléculas (a acroleína, a benzofenona e o p-dimetilamino cinnamaldeído) através do método QM/MM seqüeneial. Na primeira molécula observamos que a água afeta significativamente seus níveis eletrônicos, mas provocando um deslocamento típico na banda n - ´pi´* que pode ser descrito através de aplicação direta do método QM/MM seqüencial. Na segunda molécula observamos a necessidade de desenvolver um processo adicional para descrever a polarização da molécula de soluto em solução e portanto descrever corretamente o potencial de interação soluto-solvente. Utilizando esse processo adicional conseguimos descrever o efeito do solvente nas energias de excitação da molécula. A terceira molécula possui uma cadeia de ligações duplas conjugadas e mostrou uma tendência de deformação geométrica produzindo um estado zwitteriônico em solução. Utilizando o método QM/MM seqüencial, aliado ao procedimento de polarização do soluto, inferimos a estrutura dessa molécula em água através do deslocamento solvatocrômico sofrido pela mesma. / The study oI\' the solvent effect on molecular properties is oI\' immense interest, both scienfic and technologic, since the activity oI\' molecular systems used as sensors, drug carriers, catalysers, optical devices, etc., not to mention the biological processes, depends on the medium where these molecular systems lie. ln the present work we dealt with the solvent effect in the electronic absorption spectrum oI\' three molecules (acrolein, benzophenone and p-dimetylarnino cinnamal dehyde) using the sequential QM/MM method. ln the first molecule we observed that water affects significantly its electronic levels, but the solvatochrornic shift on the n - ´pi´* band due to water is typical and can be described through the direct application on the sequential QM/MM method. ln the second molecule we observed the necessity of an additional procedure to describe the polarization of the solute molecule in solution and hence describe correctly the solute-solvent interaction potential. By means on this new process we were able to describe the solvent effect on the excitation energies of the molecule. The third molecule possesses a conjugate double bonds chain and showed a tendency to deform its geometry and produce a zwitterionic state in solution. Using the sequential QM/MM method, allied to the solute polarization procedure, we were able to infer the structure of\' this molecule in water through the solvatocrornic shift it suffers.

Neste trabalho estudamos o efeito hidrofóbico no sistema benzenoágua. Nossa estratégia é avaliar as propriedades das ligações de hidrogênio entre as moléculas de água nas proximidades da molécula e benzeno. Utilizamos as ferramentas da mecânica quântica e o método de simulação computacional para este estudo. A análise estrutural e energética detalhada dos clusters benzenoágua mostra que a ligação de hidrogênio é mais forte quando na presença do benzeno. A investigação pelo método de simulação Monte Carlo corrobora estas conclusões e ainda fornece os efeitos da variação de tempeatura. Verificamos que o aumento da temperatura afeta todas as moléculas aumentando a desordem líquida, no entanto, constatamos a manutenção de uma estrutura de ligações de hidrogênio mais fortes as proximidades do benzeno. A interação entre duas moléculas de benzeno também foi analisada, mostrando que a interação benzenobenzeno é bem mais forte na presença da água. / The hydrophobic effect is studied for the benzene-water system. The properties of the hydrogen bond between the water molecules around the benzene is evaluated using both classical and quantum mechanical methods. Hydrophobic hydration analysis shows that the hydrogen bond interaction is stronger in the presence of benzene. This is verified both by ab initio quantum mechanical methods and classical Monte Carlo simulation. Temperature dependence is investigated. Although increasing temperature increases the disorder the hydrogen bonds between the water molecules are still stronger for those in the proximities of the benzene. Hydrophobic interaction is also investigated. It is seen that the benzene-benzene interaction is stronger in the water environment.

o estudo do efeito de solvente em propriedades moleculares é de imenso interesse, tanto científico quanto tecnológico, uma vez que a atividade de sistemas moleculares utilizados como sensores, transportadores de droga, catalizadores, dispositivos óticos, etc., sem mencionar os processos biológicos, depende do meio onde se encontram. Neste trabalho tratamos do efeito de solvente no espectro de absorção eletrô¬nica de três moléculas (a acroleína, a benzofenona e o p-dimetilamino cinnamaldeído) através do método QM/MM seqüeneial. Na primeira molécula observamos que a água afeta significativamente seus níveis eletrônicos, mas provocando um deslocamento típico na banda n - ´pi´* que pode ser descrito através de aplicação direta do método QM/MM seqüencial. Na segunda molécula observamos a necessidade de desenvolver um processo adicional para descrever a polarização da molécula de soluto em solução e portanto descrever corretamente o potencial de interação soluto-solvente. Utilizando esse processo adicional conseguimos descrever o efeito do solvente nas energias de excitação da molécula. A terceira molécula possui uma cadeia de ligações duplas conjugadas e mostrou uma tendência de deformação geométrica produzindo um estado zwitteriônico em solução. Utilizando o método QM/MM seqüencial, aliado ao procedimento de polarização do soluto, inferimos a estrutura dessa molécula em água através do deslocamento solvatocrômico sofrido pela mesma. / The study oI\' the solvent effect on molecular properties is oI\' immense interest, both scienfic and technologic, since the activity oI\' molecular systems used as sensors, drug carriers, catalysers, optical devices, etc., not to mention the biological processes, depends on the medium where these molecular systems lie. ln the present work we dealt with the solvent effect in the electronic absorption spectrum oI\' three molecules (acrolein, benzophenone and p-dimetylarnino cinnamal dehyde) using the sequential QM/MM method. ln the first molecule we observed that water affects significantly its electronic levels, but the solvatochrornic shift on the n - ´pi´* band due to water is typical and can be described through the direct application on the sequential QM/MM method. ln the second molecule we observed the necessity of an additional procedure to describe the polarization of the solute molecule in solution and hence describe correctly the solute-solvent interaction potential. By means on this new process we were able to describe the solvent effect on the excitation energies of the molecule. The third molecule possesses a conjugate double bonds chain and showed a tendency to deform its geometry and produce a zwitterionic state in solution. Using the sequential QM/MM method, allied to the solute polarization procedure, we were able to infer the structure of\' this molecule in water through the solvatocrornic shift it suffers.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2369_1.pdf: 4588742 bytes, checksum: 7359c39184a61c299104b1a396348c30 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Pela simplicidade do tratamento teórico, fácil processabilidade, e possíveis aplicações em ciências dos materiais, oligômeros conjugados representam uma classe especial de compostos orgânicos. A substituição terminal dessas estruturas com grupos doadores (D) e aceitadores de elétrons (A) resulta em moléculas (D 􀀀 􀀀 A) com propriedades óticas e eletrônicas excepcionais. Em geral, estes sistemas são caracterizados por uma efetiva Transferência de Elétrons Intramolecular Fotoinduzida (TEIF). Por exemplo, betaínas são compostos D 􀀀􀀀 A que têm recebido uma atenção especial devido à grande redução do seu momento de dipolo após excitação eletrônica, o que induz uma intensa transferência de carga do grupo D para o A. Em particular, examinamos betaínas piridínicas, contendo uma longa ponte -conjugada, devido à sugestão de que podem exibir uma TEIF na direção inversa, isto é, do grupo A para o D, como consequência de uma mudança observada na localização dos orbitais moleculares de fronteira (OMFs) HOMO e LUMO. Inicialmente, confirmamos por método ab initio a existência de uma TEIF inversa em uma família representativa de betaínas piridínicas, e destacamos o papel fundamental desempenhado pela ponte conjugada. Estes resultados contribuem para a expectativa de que a TEIF inversa seja um efeito físico real e não um artefato do método utilizado. Estendemos nossa análise a um total de 88 oligômeros D􀀀()n 􀀀A pertencentes a 8 novas famílias distintas de moléculas, nas quais a inversão HOMO-LUMOfoi identificada. Verificamos ainda que os orbitais HOMO-i e LUMO+i (i=1,2 e 3) desses cromóforos também são suscetíveis a mudanças na localização espacial como função do tamanho da cadeia conjugada, devido a sucessivos pontos de cruzamento entre os níveis de energia destes orbitais. Em seguida, exploramos teoricamente os efeitos da mudança na localização espacial dos OMFs sobre as propriedades espectroscópicas das 88 estruturas examinadas. Por m, investigamos a influência do solvente sobre as propriedades eletrônicas e espectroscópicas de uma família de moléculas D 􀀀 ()n 􀀀 A derivados da Betaína-30 utilizando modelos de solvatação contínuos. Concluímos que a intensidade e a direção dos deslocamentos solvatocrômicos do espectro destes cromóforos dependem do comprimento da cadeia conjugada que conecta os grupos D e A, sugerindo uma possível forma de verificação experimental para o fenômeno de inversão HOMO-LUMO. Discutimos também, as possíveis aplicações deste efeito para o desenvolvimento de uma nova classe de dispositivos da Eletrônica Molecular em fase líquida.

Esta dissertação está focada no estudo do espectro de absorção em fase gasosa de Porfirinas e Ftalocianinas. O estudo dessas moléculas é de grande interesse científico e tem sido tema em diversos trabalhos na literatura. São apresentados resultados para o espectro de absorção teórico das Porfirinas Base Livre (H2-Porfirina), complexada com Zinco, e complexada com Magnésio, e das Ftalocianinas Base Livre (H2-Ftalocianina) e complexada com Zinco. Espectros de absorção dos monômeros optimizados dessas moléculas são calculados com vários métodos e uma análise das transições eletrônicas é feita junto com uma discussão do modelo de Gouterman. São apresentados espectros para estruturas optimizadas de dímeros de H2-Porfirina e H2-Ftalocianina. A inclusão de efeitos térmicos no espectro dos monômeros de H2-Porfirina e H2-Ftalocianina é estudada usando dinâmicas moleculares. Após comparação entre resultados de dinâmicas clássica e ab initio, propomos novos parâmetros para o campo de força da H2-Porfirina que fornece resultados mais compatíveis, mas o mesmo não precisou ser feito para H2-Ftalocianina. Mostramos que para H2-Porfirina a inclusão de efeitos térmicos aumenta com a temperatura as forças de oscilador médias das bandas Q e gera um deslocamento das bandas para o vermelho, e para H2-Ftalocianina um aumento do desdobramento das bandas Q. Esses resultados fornecem uma explicação para observações experimentais e mostram que efeitos térmicos são importantes para uma descrição mais completa do espectro. / This work aims at studing the gas phase absorption spectrum of Porphyrins and Phthalocyanines. The study of these molecules is of immense cientific interest and has been topic for several works at the literature. Results are presented for the theoretical absorption spectrum of Free Base (H2-Porphyrin), Zinc and Magnesium Porphyrins and of Free Base (H2-Phythalocyanine) and Zinc Phthalocyanines. The absorption spectra of these molecules\' optimized monomers are calculated with several methods and eletronic transitions analysis is done together with a discussion of Gouterman model. Spectra are presented for optimized dimers of H2-Porphyrin and H2-Phythalocyanine. The inclusion of thermal effects on the H2-Porphyrin\'s and H2-Phythalocyanine\'s monomer spectra is studied through molecular dynamics. After comparing results of classical and ab initio molecular dynamics we proposed new force field parameters for H2-Porphyrin that provides more consistent results, but the same didn\'t need to be done for H2-Phythalocyanine. We showed that the inclusion of thermal effects increases with temperature the Q bands average oscillator strengths and implies in a red shift of the H2-Porphyrin bands, and increases the H2-Phythalocyanine\'s Q bands splitting. These results provide an explanation to the experimental observations and shows that thermal effects are important to a more complete description of the spectrum.

No presente trabalho utilizamos as espectroscopias eletrônica e vibracional, com o apoio de simulação computacional de líquidos para estudar o comportamento solvatocrômico e ionocrômico de diaminoantraquinonas. Adicionalmente estudamos a potencialidade da 1,2-diaminoantraquinona (1,2-DAAQ) no reconhecimento de ânions em superfícies de prata. Utilizando espectroscopia de absorção obtivemos espectros da 1,2-DAAQ e alguns isômeros em diversos solventes. Estes resultados foram analisados por métodos empíricos de solvatocromismo, principalmente, pela escala solvatocrômica de Kamlet-Taft. Esta análise nos propiciou um conhecimento preciso sobre o comportamento da 1,2-DAAQ em meio solvente e serviu de suporte para o estudo do ionocromismo, e da interação com as superfícies. Através da simulação computacional geramos estruturas de soluções da 1,2-DAAQ em três solventes e analisamos a estrutura destas soluções via análise das Funções de Distribuição Radial de pares, o que nos possibilitou uma visão no nível microscópico do efeito das interações com o solvente. As estruturas geradas serviram de base para o cálculo do espectro de absorção para comparação com os valores experimentais. Baseado nesta comparação foi possível especular que a estrutura da 1,2-DAAQ é afetada pelo solvente no estado excitado. Utilizando espectroscopia no infravermelho e eletrônica foi possível caracterizar o tipo de interação entre a 1,2-DAAQ e o ânion fluoreto, como sendo por ligação de hidrogênio de força moderada. A atribuição vibracional da 1,2-DAAQ foi realizada com base nos espectros Raman, auxiliada por cálculos de freqüência. A atribuição foi utilizada para a determinação da orientação da 1,2-DAAQ nas superfícies de prata e principalmente para estudar a natureza desta interação. A análise destes resultados nos permitiu traçar um panorama bastante claro sobre esta interação além de auxiliar no entendimento do uso da 1,2-DAAQ como sonda aniônica de superfícies. Finalmente, através da espectroscopia Raman ressonante foi possível confirmar e detalhar a atribuição da transição eletrônica observada na região do visível, característica das diaminoantraquinonas. / In the present work, the ionochromic and solvatochromic behavior of several diaminoantraquinones were investigated by means of optical and vibrational spectroscopies, alongside computational simulation. The UV-Vis spectra of 1,2- diaminoantraquinone (1,2-DAAQ) were analyzed using empirical solvatochromic scales, like the Kamlet-Taft. Such analysis enabled an accurate description of its solvatochromic behavior that was instrumental to understand its interaction with anions and metallic surfaces. Computational simulation provided the structures of 1,2-DAAQ solutions in three different solvents, and the analyses of the radial distribution functions revealed a microscopic view of its interactions with the solvents. The obtained structures were the departing points for the calculation of the electronic spectrum, then compared with the experimental one. The results suggest that the structure of 1,2-DAAQ is substantially affected by the solvent in the excited state. Infrared spectroscopy clearly indicates that the interaction of the 1,2-DAAQ and fluoride involves a hydrogen bonding of moderate strength. Raman spectroscopy and quantum chemical calculations provided the means for the vibrational assignment that was instrumental to understand the orientation of the molecule in its interaction with silver surface.

Esta dissertação está focada no estudo do espectro de absorção em fase gasosa de Porfirinas e Ftalocianinas. O estudo dessas moléculas é de grande interesse científico e tem sido tema em diversos trabalhos na literatura. São apresentados resultados para o espectro de absorção teórico das Porfirinas Base Livre (H2-Porfirina), complexada com Zinco, e complexada com Magnésio, e das Ftalocianinas Base Livre (H2-Ftalocianina) e complexada com Zinco. Espectros de absorção dos monômeros optimizados dessas moléculas são calculados com vários métodos e uma análise das transições eletrônicas é feita junto com uma discussão do modelo de Gouterman. São apresentados espectros para estruturas optimizadas de dímeros de H2-Porfirina e H2-Ftalocianina. A inclusão de efeitos térmicos no espectro dos monômeros de H2-Porfirina e H2-Ftalocianina é estudada usando dinâmicas moleculares. Após comparação entre resultados de dinâmicas clássica e ab initio, propomos novos parâmetros para o campo de força da H2-Porfirina que fornece resultados mais compatíveis, mas o mesmo não precisou ser feito para H2-Ftalocianina. Mostramos que para H2-Porfirina a inclusão de efeitos térmicos aumenta com a temperatura as forças de oscilador médias das bandas Q e gera um deslocamento das bandas para o vermelho, e para H2-Ftalocianina um aumento do desdobramento das bandas Q. Esses resultados fornecem uma explicação para observações experimentais e mostram que efeitos térmicos são importantes para uma descrição mais completa do espectro. / This work aims at studing the gas phase absorption spectrum of Porphyrins and Phthalocyanines. The study of these molecules is of immense cientific interest and has been topic for several works at the literature. Results are presented for the theoretical absorption spectrum of Free Base (H2-Porphyrin), Zinc and Magnesium Porphyrins and of Free Base (H2-Phythalocyanine) and Zinc Phthalocyanines. The absorption spectra of these molecules\' optimized monomers are calculated with several methods and eletronic transitions analysis is done together with a discussion of Gouterman model. Spectra are presented for optimized dimers of H2-Porphyrin and H2-Phythalocyanine. The inclusion of thermal effects on the H2-Porphyrin\'s and H2-Phythalocyanine\'s monomer spectra is studied through molecular dynamics. After comparing results of classical and ab initio molecular dynamics we proposed new force field parameters for H2-Porphyrin that provides more consistent results, but the same didn\'t need to be done for H2-Phythalocyanine. We showed that the inclusion of thermal effects increases with temperature the Q bands average oscillator strengths and implies in a red shift of the H2-Porphyrin bands, and increases the H2-Phythalocyanine\'s Q bands splitting. These results provide an explanation to the experimental observations and shows that thermal effects are important to a more complete description of the spectrum.

No presente trabalho utilizamos as espectroscopias eletrônica e vibracional, com o apoio de simulação computacional de líquidos para estudar o comportamento solvatocrômico e ionocrômico de diaminoantraquinonas. Adicionalmente estudamos a potencialidade da 1,2-diaminoantraquinona (1,2-DAAQ) no reconhecimento de ânions em superfícies de prata. Utilizando espectroscopia de absorção obtivemos espectros da 1,2-DAAQ e alguns isômeros em diversos solventes. Estes resultados foram analisados por métodos empíricos de solvatocromismo, principalmente, pela escala solvatocrômica de Kamlet-Taft. Esta análise nos propiciou um conhecimento preciso sobre o comportamento da 1,2-DAAQ em meio solvente e serviu de suporte para o estudo do ionocromismo, e da interação com as superfícies. Através da simulação computacional geramos estruturas de soluções da 1,2-DAAQ em três solventes e analisamos a estrutura destas soluções via análise das Funções de Distribuição Radial de pares, o que nos possibilitou uma visão no nível microscópico do efeito das interações com o solvente. As estruturas geradas serviram de base para o cálculo do espectro de absorção para comparação com os valores experimentais. Baseado nesta comparação foi possível especular que a estrutura da 1,2-DAAQ é afetada pelo solvente no estado excitado. Utilizando espectroscopia no infravermelho e eletrônica foi possível caracterizar o tipo de interação entre a 1,2-DAAQ e o ânion fluoreto, como sendo por ligação de hidrogênio de força moderada. A atribuição vibracional da 1,2-DAAQ foi realizada com base nos espectros Raman, auxiliada por cálculos de freqüência. A atribuição foi utilizada para a determinação da orientação da 1,2-DAAQ nas superfícies de prata e principalmente para estudar a natureza desta interação. A análise destes resultados nos permitiu traçar um panorama bastante claro sobre esta interação além de auxiliar no entendimento do uso da 1,2-DAAQ como sonda aniônica de superfícies. Finalmente, através da espectroscopia Raman ressonante foi possível confirmar e detalhar a atribuição da transição eletrônica observada na região do visível, característica das diaminoantraquinonas. / In the present work, the ionochromic and solvatochromic behavior of several diaminoantraquinones were investigated by means of optical and vibrational spectroscopies, alongside computational simulation. The UV-Vis spectra of 1,2- diaminoantraquinone (1,2-DAAQ) were analyzed using empirical solvatochromic scales, like the Kamlet-Taft. Such analysis enabled an accurate description of its solvatochromic behavior that was instrumental to understand its interaction with anions and metallic surfaces. Computational simulation provided the structures of 1,2-DAAQ solutions in three different solvents, and the analyses of the radial distribution functions revealed a microscopic view of its interactions with the solvents. The obtained structures were the departing points for the calculation of the electronic spectrum, then compared with the experimental one. The results suggest that the structure of 1,2-DAAQ is substantially affected by the solvent in the excited state. Infrared spectroscopy clearly indicates that the interaction of the 1,2-DAAQ and fluoride involves a hydrogen bonding of moderate strength. Raman spectroscopy and quantum chemical calculations provided the means for the vibrational assignment that was instrumental to understand the orientation of the molecule in its interaction with silver surface.