QM. Estudo teórico de híbridos orgânicos-inorgânicos contendo nitrogênio quaternário e sua aplicação como suporte para nanopartículas

Abstract

Introducao: A silica e uma das diversas matrizes que sao utilizadas para a sintese de materiais hibridos, geralmente ela e modificada com o proposito de controlar suas propriedades eletronicas e estruturais. Visando a aplicabilidade das silicas funcionalizadas como adsorventes, este trabalho busca elucidar o mecanismo de adsorcao de especies metalicas sobre hibridos orgânicos-inorgânicos de silica gel funcionalizada com grupos aminopropil atraves de calculos teoricos. Metodologia: Os calculos teoricos foram executados utilizando DFT com o funcional hibrido B3LYP, pseudopotencial CEP e a funcao de base CEP-31G. As estruturas foram otimizadas a minimos de energias e suas frequencias foram calculadas. Foram estimadas as cargas atomicas NPA e todos os calculos foram realizados utilizando-se o programa Gaussian 09. Resultados e discussao: O sistema de interesse utilizado para a realizacao dos calculos teoricos foi a interacao responsavel pela adsorcao da silica modificada com o ion tetracloroaurato. Devido a complexidade desse sistema, os grupos de interacao durante a adsorcao foram identificados e apenas esta interacao foi estudada a principio. A molecula de 1-amino propano possui carga positiva +1 decorrente da protonacao da amina. Analisando a distribuicao de cargas do grupo amino dessa molecula verifica-se que a molecula possui uma nuvem eletronica positiva em torno dos hidrogenios do grupo amino.O ion tetracloroaurato possui geometria planar e carga -1. As cargas negativas apresentadas pelos atomos de cloro sao devido a sua maior eletronegatividade e ao fato de eles retirarem densidade eletronica do atomo de ouro. Para entender o mecanismo de adsorcao que ocorre entre o ion tetracloroaurato com a molecula de 1-amino propano e posteriormente propor o mecanismo para o sistema completo, uma busca pela geometria de equilibrio foi realizada utilizando otimizacao em nivel B3LYP. A analise dos resultados demonstra que a interacao ocorre entre dois atomos de cloro do AuCl 4- com dois hidrogenios do grupo -NH 3+ a uma distância de 2.13A. Esta interacao sugere que a carga dos atomos de cloro que participam da interacao muda de -0.472 para 0.512, enquanto as cargas dos outros dois atomos de cloro passam a ser de -0,358 e a carga do atomo de ouro sofre um leve aumento de 0,888 para 0,891. Ja a molecula de 1-amino propano que possui a amina quaternaria como sitio de interacao nao teve uma alteracao de carga significativa. Conclusao: Pelos calculos teoricos foi possivel observar que o mecanismo de adsorcao ocorre pela interacao de dois atomos de cloro do ion AuCl 4- com dois hidrogenios presentes no grupo -NH 3+ . Esta interacao dupla favorece a adsorcao que possui carater eletrostatico. Este estudo determinou a eficiencia do uso da silica como adsorvente, demonstrando sua importância para a producao de novos materiais assim como o seu uso como dessecante e para a remocao de adsorvatos.