Efeitos de campo cristalino nas propriedades ópticas lineares de materiais moleculares: sob a perspectiva de átomos e blocos construtores orgânicos

dc.creatorRaphael Fernandes Ligório
dc.date.accessioned2021-06-25T16:44:45Z
dc.date.accessioned2025-09-08T23:31:26Z
dc.date.available2021-06-25T16:44:45Z
dc.date.issued2021-05-17
dc.description.abstractIn 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.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/36577
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
dc.subjectQuímica inorgânica
dc.subjectCristais moleculares
dc.subjectFuncionais de densidade
dc.subjectCristais – Propriedades óticas
dc.subjectEstereoquímica
dc.subject.otherEngenharia de cristais
dc.subject.otherPolarizabilidades
dc.subject.otherGrupos funcionais
dc.subject.otherCrystal engineering
dc.subject.otherPolarizability
dc.subject.otherFunctional groups
dc.titleEfeitos de campo cristalino nas propriedades ópticas lineares de materiais moleculares: sob a perspectiva de átomos e blocos construtores orgânicos
dc.title.alternativeCrystal field effects on the linear optical properties of molecular materials: from the perspective of atoms and organic building blocks
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Leonardo Humberto Rezende dos Santos
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4594646260884855
local.contributor.referee1Heitor Avelino de Abreu
local.contributor.referee1Gabriel Heerdt
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7240963408121768
local.description.resumoA 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.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química

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