Complexos de ligação de hidrogênio envolvendo compostos cetonas heterocíclicas e ácidos lineares monopróticos

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Vieira, T.P. (UFPE) ; Silva, H.H.S. (UFPE) ; Lima, N.B. (UFPE)

Resumo

Neste trabalho estudamos as propriedades moleculares de complexos de ligação de hidrogênio envolvendo diferentes cetonas heterocíclicas e ácidos lineares monopróticos a partir de cálculos computacionais, utilizando o programa de química quântica computacional Gaussian 2009. Nossos resultados mostram que a formação da ligação de hidrogênio nesses complexos preferencialmente ocorre no oxigênio do grupo C=O ao invés do heteroátomo do grupo aromático dessas cetonas. Em todos os casos a formação da ligação de hidrogênio modificou as propriedades estruturais dos grupos próximos à interação.

Palavras chaves

Ligação de hidrogênio; cálculos DFT; cetonas

Introdução

Complexos de ligação de hidrogênio envolvendo ácidos lineares monopróticos, H-X (X=F, Cl, Br e CN), são considerados sistemas modelo para o estudo dos efeitos desta interação em suas propriedades moleculares (KISIEL et al, 1990). Dentre os efeitos mais pronunciados, podemos citar o aumento no comprimento nos comprimentos da ligação H-X (LIMA et al, 2012). Este fenômeno ocorre devido à transferência de densidade de carga eletrônica no sentido molécula aceitadora de próton ácido → Orbital Lumo do ácido linear monoprótico. A transferência de densidade de carga eletrônica ocasiona o enfraquecimento da ligação H-X e consequentemente após a complexação a ligação é aumentada. Neste trabalho temos como objetivo o estudo teórico e computacional das propriedades moleculares de complexos envolvendo cetonas heterocíclicas (acetilfurano, acetiltiofeno e acetilpiridina) e ácidos lineares monopróticos, H-X (X=F, Cl, Br e CN).

Material e métodos

Empregamos cálculos de orbitais moleculares usando a teoria do funcional de densidade (DFT) (BECKE, 1993) com o funcional B3LYP (GEERLINGS et al, 2003) com o conjunto de funções base 6-311++G(3df,3pd) para otimização completa de geometria e cálculo dos modos vibracionais dos complexos. Todos os cálculos foram realizados utilizando o programa de química quântica computacional GAUSSIAN 2009 (FRISCH et al, 2009).

Resultado e discussão

A primeira etapa dos nossos estudos consistiu na otimização completa da geometria dos complexos, ou seja, nos cálculos das geometrias mais prováveis de existir. Os resultados revelaram que três diferentes tipos de estrutura poderiam ser formadas a partir da complexação das cetonas heterocíclicas (acetilfurano, acetiltiofeno e acetilpiridina) com ácidos lineares monopróticos (H-X; X= F, Cl, Br e CN), figura 1. A primeira e a segunda estruturas ocorrem pela interação de um dos pares de elétrons isolados do oxigênio do grupo carbonila da cetona (Região 1, R1) com o hidrogênio ácido de H-X. A diferença entre a primeira estrutura e a segunda é a posição do ácido linear monoprótico em relação ao grupo CH3 da cetona, a qual pode ser cis ou trans. A terceira estrutura ocorre pela formação da ligação de hidrogênio no heteroátomo, O, N ou S, do anel aromático da cetona. Após os estudos sobre as geometrias dos complexos de ligação de hidrogênio mais prováveis de existir, passamos a investigar o efeito da formação da interação nas propriedades estruturais tanto da cetona quanto do ácido linear monoprótico (Tabela 1). De um modo geral observamos que as maiores modificações ocorreram nos grupos próximos à interação, sendo as mais intensas em relação aos ácidos lineares monopróticos, onde os comprimentos da ligação H-X foram aumentados. Também observamos que o comprimento da ligação C=O foi modificada pela formação da ligação de hidrogênio, entretanto de forma menos intensa do que ocorreu com as ligações H-X.

Tipos de estruturas dos complexos de ligação de hidrogênio envolvendo cetonas heterocíclicas e os ácidos lineares monopróticos.

Conclusões

Estudamos neste trabalho as geometrias mais prováveis de existir de complexos de ligação de hidrogênio entre cetonas heterocíclicas (acetilfurano, acetiltiofeno e acetilpiridina) e ácidos lineares monopróticos, H-X (X=F, Cl, Br e CN). Nossos resultados mostraram que três diferentes tipos de estrutura podem ser formadas nesses complexos. Posteriormente, verificamos que a formação da ligação de hidrogênio modificou as propriedades estruturais dos grupos mais próximos a interação, principalmente em relação ao comprimento da ligação H-X, a qual em todos os casos foi aumentada.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq, a UFPE e ao PRONEX/FACEPE.

Referências

Z. KISIEL, P.W. FOWLER, A.C. LEGON, J. Rotational spectrum, structure, and chlorine nuclear quadrupole tensor of the vinyl fluoride–HCl dimer. The Journal of Chemical Physics, Vol. 93, P. 3054-3062, 1990.

LIMA, N. B. D. and RAMOS, M. N., A Theoretical Study Of The Molecular Structures And Vibrational Spectra Of The N2o(Hf)2. Journal Of Molecular Structure, V. 1008, P. 29-34, 2012.
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