Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/36577
Type: Dissertação
Title: Efeitos de campo cristalino nas propriedades ópticas lineares de materiais moleculares: sob a perspectiva de átomos e blocos construtores orgânicos
Other Titles: Crystal field effects on the linear optical properties of molecular materials: from the perspective of atoms and organic building blocks
Authors: Raphael Fernandes Ligório
First Advisor: Leonardo Humberto Rezende dos Santos
First Referee: Heitor Avelino de Abreu
Second Referee: Gabriel Heerdt
Abstract: A fim de projetar racionalmente novos materiais moleculares com propriedades ópticas lineares desejáveis, tais como índice de refração ou birrefringência, foi investigado como a polarizabilidade atômica e de grupos funcionais de moléculas prototípicas respondem aos efeitos de campo cristalino. Ao construir agregados finitos de ureia, ácido succínico, p-nitroanilina, 4-mercaptopiridina e metilbenzoato, e particionando a densidade eletrônica do agregado, usando a teoria quântica de átomos em moléculas, podem-se extrair os átomos e grupos funcionais e estimar o aumento de polarizabilidade em relação aos valores calculados para moléculas isoladas. A polarizabilidade isotrópica e a anisotropia dos grupos funcionais foi utilizada na compreensão das contribuições de tais grupos para as propriedades ópticas nesses sistemas modelo; o que pode ajudar o químico sintético a fabricar materiais eficientes. Esta análise é complementada por um ranqueamento das polarizabilidades dos grupos funcionais calculadas a partir de trinta funcionais DFT em fase gasosa, bem como comparando os resultados de índice de refração obtidos a partir de um gás orientado, com aqueles obtidos sob condições periódicas de contorno ou experimentais, quando possível. Estimaram-se ainda as propriedades ópticas das moléculas e dos grupos funcionais nos agregados finitos a partir de um modelo clássico de interação eletrostática baseado nos momentos de dipolo atômicos. Ainda, a fim de mostrar extensivamente a eficiência do modelo clássico em reproduzir os resultados opto-eletrônicos de cálculos puramente quânticos, utilizaram-se agregados de butano, benzeno, piridazina, m-nitrofenol e p-nitrofenol, além de blocos construtores covalentemente ligados, isto é, polímeros verdadeiros. Com isto, o modelo clássico se mostrou eficiente em diversos tipos de ambientes químicos, dos mais fracamente ligados, como aqueles que apresentam somente interações dispersivas e também daqueles fortemente conectados, como o caso de ligações covalentes.
Abstract: In order to rationally design new molecular materials with desirable linear optical properties, such as refractive index or birefringence, it was investigated how atomic and functional-group polarizability tensors of prototypical molecules respond to crystal field effects. By building finite aggregates of urea, succinic acid, p-nitroaniline, 4-mercaptopyridine or methylbenzoate, and by partitioning the cluster electronic density using quantum theory of atoms in molecules, it was possible to extract atoms and functional groups from the aggregates and estimate their polarizability enhancements with respect to values calculated for molecules in isolation. The isotropic polarizability and its anisotropy for the molecular building blocks are used to understand the functional-group sources of optical properties in these model systems, which could help the synthetic chemist to fabricate efficient materials. This analysis is complemented by benchmarking density functionals for atomic distributed polarizabilities in gas phase, by comparing the results with refractive-index calculations under periodic boundary conditions, and by estimating functional-group optical properties from a classical electrostatic atom dipole interaction model. In order to show extensively the efficiency of the classical model in reproducing the optoelectronic results of purely quantum calculations, it was used aggregates of butane, benzene, pyridazine, m-nitrophenol and p-nitrophenol, besides truly polymeric chains built from covalently connected building blocks. Herewith, the classical model proved to be efficient in several types of chemical environments, from the most weakly connected, such as those that present only dispersive interactions and also those strongly linked, as the case of covalent bonds.
Subject: Química inorgânica
Cristais moleculares
Funcionais de densidade
Cristais – Propriedades óticas
Estereoquímica
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/36577
Issue Date: 17-May-2021
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