INVESTIGAÇÃO TEÓRICA DE HIDROCARBONETOS NEUTROS CONTENDO CARBONO TETRACOORDENADO PLANAR

Frederico José de Santana Pontes (IC) e Ricardo Luiz Longo (PQ)

Departamento de Química Fundamental – Universidade Federal de Pernambuco

palavras-chave: carbono planar, estrutura molecular, potencial de ionização

Introdução

Um dos principais marcos nas ciências químicas foi a proposição da estrutura espacial de compostos orgânicos, sendo que, o arranjo tetraédrico de átomos de carbono tetracoordenados é o aspecto principal desta proposição. A aceitação e difusão deste conceito foi ampla, sendo, com o advento da química quântica, justificado pela grande estabilidade do arranjo tetraédrico comparado com o arranjo planar de átomos de carbono tetracoordenados. Contudo, isto não impediu que fossem propostos ou mesmo sintetizado compostos orgânicos contendo átomos de carbono tetracoordenados praticamente planares. Somente recentemente [1], entretanto, é que foi proposto compostos hidrocarbonetos, com base em cálculos teóricos ab initio, que apresentavam átomo de carbono tetracoordenado planar. Além do aspecto de curiosidade e inovação, foi proposto que estes compostos devem apresentar propriedades físico-químicas peculiares, como por exemplo, potencial de ionização comparável ao de metais alcalinos. Isto torna estes compostos, não somente uma curiosidade, mas também com potencial de aplicação em novas reações, em sínteses, e novos materiais. Cabe salientar que estes métodos ab initio apresentam uma demanda computacional excessiva, limitando portanto sua aplicação prática na busca de novos compostos com estas características e propriedades.

Objetivos

Este trabalho tem como principal objetivo a utilização de métodos de química quântica semi-empíricos (MNDO, AM1 e PM3) para a determinação de novos compostos com carbono tetracoordenado planar. Além disso, este trabalho tentará validar estes métodos semi-empíricos para a determinação da estrutura molecular e das propriedades eletrônicos destes compostos.

Métodos

Os métodos semi-empíricos MNDO (“Modified Neglect of Diatomic Overlap”), AM1 (“Austin Model 1”) e PM3 (“Parametric Method 3”) foram utilizados para os cálculos das estruturas eletrônicas e moleculares de vários compostos hidrocarbonetos cíclicos. Os pontos extremos na superfície de energia potencial foram caracterizados pelos autovalores da matriz de constante de força (derivada segunda da energia). Todas as otimizações de geometria foram realizadas sem nenhuma restrição. Todos os cálculos foram realizados com o programa MOPAC 93 R.2 implementado na estação de trabalho IBM-RS/6000-560. As estruturas foram construídas e visualizadas no programa HyperChem 3.1.

Resultados

As estruturas 1-6 foram determinadas com os métodos MNDO, AM1 e PM3.

Cabe ressaltar que não foi imposta nenhuma condição de simetria nestes cálculos. A comparação dos métodos semi-empíricos com os dados ab initio disponíveis (estrutura 3) mostra que o método AM1 fornece os melhores resultados, com erros nas distâncias de ligação menores que 0,03 Å e nos ângulos de ligação de 2º. O potencial de ionização calculado pelo método AM1, de acordo com a aproximação de Koopmans, para o composto 3 é de 7 eV, substancialmente maior que a calculada [1] pelo método ab initio (5 eV). Cabe ressaltar contudo, que as características qualitativas deste orbital (HOMO) estão em plena concordância com os dados ab initio, isto é, caráter de par de elétrons isolado no orbital p. Sendo assim, pode-se considerar que o método AM1 fornece resultados satisfatórios para sua aplicação em busca de compostos com carbono planar. Devido às dificuldades de síntese e construção de anéis de cinco membros, propomos dois compostos (7 e 8) baseados em ciclohexanos que, de acordo com o método AM1, devem apresentar planaridade quase exata, em particular o composto 8.

Referências

1. D. R. Rasmussen & L. Radom, Angew. Chem. Int. Ed. 38, 2876-8 (1999)

[CAPES, CNPq, FINEP, PADCT, PRONEX]