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???metadata.dc.type???: Dissertação
Title: Estudo teórico da ozonólise do canfeno em fase gasosa
Other Titles: Theoretical study of the camphene ozonolysis in gas phase
???metadata.dc.creator???: Oliveira, Rodrigo César de Medeiros 
???metadata.dc.contributor.advisor1???: Bauerfeldt, Glauco Favilla
???metadata.dc.contributor.referee1???: Klachquin, Graciela Arbilla de
???metadata.dc.contributor.referee2???: Silva, Clarissa Oliveira da
???metadata.dc.description.resumo???: Neste trabalho, um modelo para a ozonólise do canfeno, que leva à formação de produtos carbonílicos, foi proposto e discutido com base nas propriedades termoquímicas e dados cinéticos obtidos em nível DFT de cálculo. Nosso mecanismo é iniciado pelo ataque eletrofílico do ozônio à dupla ligação do canfeno e produz o intermediário 1,2,3-trioxolano, o qual se decompõe em radical peroxi e compostos carbonílicos num total de 10 reações elementares. As propriedades termodinâmicas (diferenças de entalpia e entropia) foram calculadas a 298K. Para a avaliação termoquímica, cálculos teóricos foram realizados com os funcionais de densidade B3LYP, MPW1PW91 e mPW1K e conjuntos de base 6-31G(d), 6-31G(2d,2p), 6-31+G(d,p) e 6-31+G(2d,2p). Eventualmente, foram realizados cálculos single point para melhorar as energias eletrônicas. Os perfis entálpicos sugerem reações altamente exotérmicas para as etapas individuais, com uma diferença de entalpia global de -179,18 kcalmol-1, determinada em nível B3LYP/6-31+G(2d,2p). As diferenças de energia livre de Gibbs para cada etapa, a 298K, calculadas em níveis B3LYP/6-311++G(2d,2p)//B3LYP/6-31+G(2d,2p) foram usadas para estimar a composição de uma mistura de produtos finais em condições de equilíbrio com 58% de canfenilona e 42% de 6,6-dimetil--caprolactona-2,5-metileno. Para a cinética da reação, a etapa bimolecular O3 + canfeno foi assumida como sendo a etapa determinante do mecanismo global. Um estado de transição para adição de ozônio à dupla ligação foi localizado e os coeficientes de velocidade foram determinados com base na teoria de estado de transição. Este ponto de sela é muito bem representado por uma estrutura fracamente ligada e correções para o erro de superposição de base foram calculadas, seja por considerar o efeito sobre o procedimento de otimização de geometria (descrito aqui como procedimento CP1) ou o efeito do BSSE sobre a energia eletrônica de uma geometria previamente otimizada, incluído a posteriori (descrito aqui como CP2). Geometrias otimizadas foram localizadas para o complexo pré-barreira. Entretanto, a investigação dos perfis energéticos destas estruturas sugere que eles não desempenham um papel importante na cinética da ozonólise do canfeno. Os coeficientes de velocidade, calculados a 298K a partir da informação obtida em níveis mPW1K/6-31+G(d,p), CP1/B3LYP//6-31+G(2d,2p) e CP2/B3LYP//6-31+G(2d,2p) (3,62x10-18, 1,12x10-18 e 1,39x10-18 cm3.molécula-1.s-1) estão em bom acordo com o valor experimental na mesma temperatura, 0,9x10-18 cm3.molécula-1.s-1 (R. Atkinson, S. M. Aschmann, J. Arey. Atmos. Environ. 24, 2647 (1990)). O efeito variacional observado foi muito baixo e as razões entre coeficientes de velocidade convencionais e variacionais são menores que 1.06. Na faixa de 100 a 1000K foi observado um comportamento tipo Arrhenius. A importância das correções BSSE para os coeficientes de velocidade finais deve ser destacada. Além disso, este trabalho contribuirá para uma melhor compreensão da química de monoterpenos na atmosfera, assim como as implicações para o fenômeno da poluição.
Abstract: In this work, a chemical model for camphene ozonolysis, leading to carbonyl final products, is proposed and discussed on the basis of the thermochemical properties and kinetic data obtained at DFT levels of calculation. The mechanism is initiated by the electrophilic attack of ozone to the double bond in camphene leading to a 1,2,3-trioxolane intermediate, which decomposes to peroxy radicals and carbonyl compounds in a total of 10 elementary reactions. The thermodynamic properties (enthalpy and entropies differences) are calculated at 298K. For the thermochemical evaluation, theoretical calculations are performed with the B3LYP, MPW1PW91 and mPW1K density functionals and the basis sets 6-31G(d), 6-31G(2d,2p), 6-31+G(d,p) and 6-31+G(2d,2p). Eventually, single point calculations adopting the 6-311++G(2d,2p) basis set are performed in order to improve the electronic energies. The enthalpy profiles suggest highly exothermic reactions for the individual steps, with a global enthalpy difference of -179.18 kcalmol-1, determined at the B3LYP/6-31+G(2d,2p) level. The Gibbs free energy differences for each step, at 298K, calculated at the B3LYP/6-311++G(2d,2p)//B3LYP/6-31+G(2d,2p) level, are used to estimate the composition of a final product mixture under equilibrium conditions as 58% of camphenilone and 42% of 6,6-dimethyl--caprolactone-2,5-methylene. For the reaction kinetics, the bimolecular O3 + camphene step is assumed to be rate determining in the global mechanism. A saddle point for the ozone addition to the double bond is located and rate constants are determined on the basis of the transition state theory. This saddle point is well represented by a loosely bound structure and corrections for the basis set superposition error (BSSE) are calculated, either by considering the effect over the geometry optimization procedure (here referred as CP1 procedure), or the effect of the BSSE over the electronic energy of a previously optimized geometry, included a posteriori (here referred as CP2). Optimized geometries are located for the pre-barrier complex. However, the investigation of the energetic profiles of these structures suggests that they do not play any important role in the kinetics of the ozonolysis of camphene. The rate coefficients, calculated at 298K from the data obtained at the mPW1K/6-31+G(d,p), CP1/B3LYP//6-31+G(2d,2p) and CP2/B3LYP//6-31+G(2d,2p) levels (3.62x10-18, 1.12x10-18 and 1.39x10-18 cm3.molecule-1.s-1), are found in good agreement with the available experimental data at the same temperature, 0.9x10-18 cm3.molecule-1.s-1 (R. Atkinson, S. M. Aschmann, J. Arey. Atmos. Environ. 24, 2647 (1990)). The observed variational effect was found to be very low and the ratios between conventional and variational rate constants are less than 1.06. In the range from 100 to 1000K the Arrhenius behavior is observed. The importance of the BSSE corrections for the final rate constants must be pointed out. Furthermore, this work will contribute to a better understanding of the chemistry of monoterpenes in the atmosphere, as well as the implications for the phenomena of pollution.
Keywords: Terpenos
ozonólise
termoquímica
teoria de estado de transição
Terpenes
ozonolysis
thermochemistry
transition state theory
???metadata.dc.subject.cnpq???: Química
Language: por
???metadata.dc.publisher.country???: Brasil
Publisher: Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
???metadata.dc.publisher.initials???: UFRRJ
???metadata.dc.publisher.department???: Instituto de Ciências Exatas
???metadata.dc.publisher.program???: Programa de Pós-Graduação em Química
Citation: OLIVEIRA, Rodrigo César de Medeiros. Estudo teórico da ozonólise do canfeno em fase gasosa. 2012. 175 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2012.
???metadata.dc.rights???: Acesso Aberto
URI: https://tede.ufrrj.br/jspui/handle/jspui/3792
Issue Date: 29-Jun-2012
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