Estudo da estrutura eletrônica de possíveis tautômeros de valência com diferentes metais de transição: uma análise teórica via DFT
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
Título alternativo
Study of the electronic structure of possible valence tautomers with different transition metals: a theoretical analysis via DFT
Primeiro orientador
Membros da banca
Carlos Basílio Pinheiro
Matheus Josué de Souza Matos
Matheus Josué de Souza Matos
Resumo
No presente trabalho, foi realizado um estudo teórico, através da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) em complexos de coordenação inéditos, sintetizados e caracterizados experimentalmente, baseados em ligantes do tipo fenantrolina e bipiridina, com potencial ocorrência do fenômeno de tautomeria de valência. Este fenômeno consiste em uma transição eletrônica intramolecular reversível, induzida por estímulos externos como fotoirradiação ou variação de temperatura. Foram investigados sistemas classificados como sólidos moleculares contendo metais de transição, abrangendo dados experimentais para complexos com Zn e Co, bem como estudos teóricos envolvendo substituições com os metais Cr, Mn, Fe, Cu e Ni. A análise dos complexos centrou-se nas propriedades eletrônicas dos sistemas, com ênfase na distribuição da densidade de estados (DOS), densidade de estados projetada (PDOS), estrutura de bandas, distribuição da densidade de carga por spin e momento de dipolo magnético. Também foram levantadas questões a respeito da influência das distâncias de ligação metal-nitrogênio na carga desemparelhada do sistema. Além disso, investigou-se o papel dos solventes nas estruturas, assim como os efeitos de desordens posicionais e substitucionais decorrentes de imprecisões experimentais. Foi realizada uma análise da entalpia de formação, visando compreender a estabilidade dos complexos frente a solvação e os efeitos resultantes sobre suas propriedades eletrônicas. Os resultados obtidos indicam alterações significativas nas propriedades eletrônicas em função dos diferentes ligantes, metais e solventes utilizados. Esses achados apontam para uma sensível dependência dos sistemas em relação ao ambiente químico ao qual estão submetidos, o que reforça a possibilidade da ocorrência do tautomerismo de valência. No entanto, análises adicionais, tanto teóricas quanto experimentais, ainda se fazem necessárias para uma compreensão mais aprofundada do fenômeno nos compostos estudados.
Abstract
In the present work, a study was conducted using Density Functional Theory (DFT) on novel coordination complexes, synthesized and experimentally characterized, based on phenanthroline- and bipyridine-type ligands, with the potential occurrence of the valence tautomerism phenomenon. This phenomenon involves a reversible intramolecular electronic transition, induced by external stimuli such as photoirradiation or temperature variation. The investigated systems are classified as molecular solids containing transition metals, including experimental data for complexes with Zn and Co, as well as theoretical studies involving metal substitutions with Cr, Mn, Fe, Cu, and Ni. The analysis focused on the electronic properties of the complexes, with emphasis on the density of states (DOS), projected density of states (PDOS), band structure, spin density distribution, and magnetic dipole moment. Additionally, the influence of metal–nitrogen bond distances on the system’s unpaired electronic charge was examined. The role of solvents in the structural arrangement was also investigated, along with the effects of positional and substitutional disorders arising from experimental inaccuracies. An analysis of the formation enthalpy was performed to understand the stability of the complexes upon solvation and the resulting impact on their electronic properties. The results indicate significant changes in the electronic properties depending on the different ligands, metals, and solvents involved. These findings highlight the systems' sensitivity to their chemical environment, thus reinforcing the possibility of valence tautomerism occurrence. However, further theoretical and experimental studies are still required for a more comprehensive understanding of the phenomenon in the studied compounds.
Assunto
Teoria do Funcional da Densidade, Tautomeria, Estrutura eletrônica, Metais de transição
Palavras-chave
DFT, Tautomerismo de valência, Estrutura eletrônica, Metais de transição, Complexos de coordenação
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