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Título: Análise QTAIM e IQA de reações de Diels-Alder entre o ciclopentadieno e alguns cianoetilenos ao longo de caminhos IRC completos
Título(s) alternativo(s): QTAIM and IQA analysis of the Diels-Alder reaction between cyclopentadiene and cyanoethylenes along complete IRC paths
Autor(es): Feitosa, Lucas Freitas
Orientador(es): Richter, Wagner Eduardo
Palavras-chave: Reação de Diels-Alder
Reaçoes químicas
Elétrons - Distribuição
Química quântica
Estrutura molecular
Ligações químicas
Diels-Alder reaction
Chemical reactions
Electron distribution
Quantum chemistry
Molecular structure
Chemical bonds
Data do documento: 15-Jun-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: FEITOSA, Lucas Freitas. Análise QTAIM e IQA de reações de Diels-Alder entre o ciclopentadieno e alguns cianoetilenos ao longo de caminhos IRC completos. 2023. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.
Resumo: Oito variações da reação de Diels-Alder foram analisadas ao longo de suas respectivas Coordenadas Intrínsecas de Reação (IRC) do ponto de vista da Teoria Quântica de Átomos em Moléculas (QTAIM) e da formulação dos Átomos Quânticos Interagentes (IQA), uma metodologia que neste trabalho será referida como IQA@IRC. Cada reação teve suas estruturas de reagentes, produtos e de estado de transição otimizadas, sendo estas últimas caracterizadas como pontos estacionários. A partir destas estruturas de transição, as IRCs foram então calculadas por meio do software Gaussian16, usando o nível de teoria B3LYP/6-311G(d,p). Em seguida, ainda usando o Gaussian16, cada geometria advinda da IRC foi usada para gerar um arquivo de função de onda, através dos quais foram extraídas informações a respeito de propriedades relacionadas à QTAIM e à IQA por meio do software AIMAll. Diversas propriedades foram calculadas, tais como densidade eletrônica em pontos críticos, contribuições atômicas para a energia IQA global, cargas atômicas QTAIM e perfis de transferência de carga entre dieno e dienófilo. Observou-se que a energia IQA de cada átomo varia em um perfil diferente do da molécula como um todo. Além disso, as propriedades relacionadas às ligações exibiram valores condizentes com o que se espera do insight químico, e condizentes com a (a)sincronicidade de cada uma das reações, indicando que a metodologia IQA@IRC pode ser usada como ferramenta adicional em análises detalhadas de mecanismos de reação. Apesar do esforço computacional exigido para as análises aqui apresentadas, a quantidade significativa de dados reunida, bem como suas interpretações, sugerem fortemente que os benefícios desta metodologia mais do que compensam seus custos.
Abstract: Eight variations of the Diels-Alder reaction were analyzed along their entire Intrinsic Reaction Coordinates (IRCs) through the lens of the Quantum Theory of Atoms and Molecules (QTAIM) and the Interaction Quantum Atoms (IQA) approach ± a methodology which will be referred to as “IQA@IRC” in this work. For each reaction, the structures for reactants, transition state structures (TSS) and products were optimized, characterized as stationary points and their respective IRCs were calculated using the software Gaussian16 at the B3LYP/6-311G(d,p) level of theory. Afterwards, still using Gaussian16, each geometry from the IRC was used to generate a wavefunction file, from which results regarding properties related to QTAIM and IQA were obtained through the software AIMAll. Several properties were computed and then plotted in scatter diagrams, such as bonding properties in critical points, IQA atomic energy contributions, QTAIM atomic charges, charge transfer variations and bonding parameters on BCPs. The proposed methodology showed that the IQA energy of each atom vary in a distinct way from that of the global energy. Additionally, the bonding parameters presented results coherent to chemical insight, and in agreement with the (a)synchronicity of the reactions herein studied, demonstrating the feasibility of the IQA@IRC procedure to act as a complimentary tool for detailed analyses of reaction mechanisms. Despite the additional computational effort required for such analyses, the significant amount of data and insight gathered strongly suggests that the benefits of this methodology outweigh its costs.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32164
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