Estudo téorico do efeito do solvente no fenômeno de emissão por agregação em derivado de pireno com potencial para detecção de água em etanol

dc.creatorGustavo Moreira e Silva
dc.date.accessioned2025-06-17T20:56:52Z
dc.date.accessioned2025-09-09T00:34:46Z
dc.date.available2025-06-17T20:56:52Z
dc.date.issued2025-06-03
dc.description.abstractThis work presents a theoretical-computational study of a pyrene-based fluorescent probe, named PyQ, aiming to evaluate its potential as an optical sensor for detecting adulterants in fuel ethanol. The study focuses on investigating the aggregation-induced emission (AIE) phenomenon, exploring the effects of the solvent environment (water and ethanol) and aggregation states on the photophysical properties of the probe. To achieve this, Density Functional Theory (DFT and TD-DFT) calculations and Molecular Dynamics (MD) simulations were performed using both implicit solvation models (CPCM) and explicit solvent models (cluster approach). The results demonstrate that explicit solvent modeling is essential for accurately representing solvent effects, as the continuous model was insufficient to differentiate between solvents. Pyrene dimerization was found to be thermodynamically favorable in water when explicit solvation interactions were considered, while intramolecular aggregation of the PyQ probe predominantly occurred through J-type stacking, reinforced by hydrogen bonding in aqueous media. The calculated photophysical properties revealed that PyQ has a non-zero dipole moment and that aggregation enhances its emission, supporting the AIE mechanism observed experimentally. Specifically, in water, 99% of the aggregates exhibited J-type stacking, which favors emission. Despite the limitations of the cluster model, due to the reduced number of solvent molecules and the simplified representation of aggregates, the study provides consistent theoretical support for understanding the emissive behavior of the PyQ probe. It is concluded that the combination of computational chemistry techniques is a promising approach for developing efficient optical sensors for adulterants in biofuels.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.description.sponsorshipINCT – Instituto nacional de ciência e tecnologia (Antigo Instituto do Milênio)
dc.description.sponsorshipFAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
dc.description.sponsorshipOutra Agência
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/83013
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
dc.subjectFísico-química
dc.subjectDinâmica molecular
dc.subjectFuncionais de densidade
dc.subjectBiocombustíveis - Adulteração e inspeção
dc.subjectDetectores óticos
dc.subjectSondas fluorescentes
dc.subject.otherPireno
dc.subject.otherFotofísica
dc.subject.otherDinâmica molecular
dc.subject.otherTD-DFT
dc.subject.otherEmissão induzida por agregação (AIE)
dc.subject.otherDetectores óticos
dc.titleEstudo téorico do efeito do solvente no fenômeno de emissão por agregação em derivado de pireno com potencial para detecção de água em etanol
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Willian Ricardo Rocha
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5873636553295704
local.contributor.referee1Fabiano Vargas Pereira
local.contributor.referee1Guilherme Ferreira de Lima
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1784788875617746
local.description.resumoEste trabalho apresenta um estudo teórico-computacional de uma sonda fluorescente derivada de pireno, denominada PyQ, com o objetivo de avaliar seu potencial como sensor óptico para detecção de adulterantes em etanol combustível. O foco central é a investigação do fenômeno de emissão induzida por agregação (AIE), explorando os efeitos do meio solvente (água e etanol) e dos estados de agregação sobre as propriedades fotofísicas da sonda. Para isso, foram empregados cálculos de Teoria do Funcional da Densidade (DFT e TD-DFT) e simulações de Dinâmica Molecular (DM), utilizando modelos de solvatação implícita (CPCM) e explícita (modelo de cluster). Os resultados indicam que a modelagem com solventes explícitos é fundamental para representar adequadamente os efeitos do meio, uma vez que o modelo contínuo não foi capaz de diferenciar os solventes. Verificou-se que a dimerização do pireno é termodinamicamente favorável em água, quando consideradas interações explícitas de solvatação, enquanto a agregação intramolecular da sonda PyQ ocorre preferencialmente via empilhamento tipo J, reforçado por ligações de hidrogênio com o meio aquoso. As propriedades fotofísicas calculadas mostraram que a sonda PyQ possui momento dipolar não nulo e que a agregação aumenta a emissão, corroborando o mecanismo de AIE observado experimentalmente. Em particular, em água foi observado que 99% das agregações correspondem a empilhamento do tipo J, o que favorece a emissão. Apesar das limitações do modelo cluster, devido ao número reduzido de moléculas de solvente e à representação simplificada dos agregados, o estudo fornece suporte teórico consistente para a compreensão do comportamento emissivo da sonda PyQ. Conclui se que a combinação de técnicas de química computacional é uma abordagem promissora para o desenvolvimento de sensores ópticos eficientes para adulterantes em biocombustíveis.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/0009-0008-9642-2772
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química

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