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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.59.2006.tde-20042010-171410
Document
Author
Full name
Marcelo Takara
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2006
Supervisor
Committee
Ito, Amando Siuiti (President)
Ruggiero Neto, Joao
Bachmann, Luciano
Costa Filho, Antônio José da
Pascutti, Pedro Geraldo
Title in Portuguese
Propriedades ópticas de absorção e emissão fluorescente do ácido orto-aminobenzóico e seus derivados em meio solvente
Keywords in Portuguese
Ácido Antranílico
Espectroscopia UV/VIS
Simulação computacional
Abstract in Portuguese
Nesta tese, apresentamos estudos experimentais e teóricos realizados com o Ácido orto-Aminobenzóico (o-Abz) e seus derivados 2-amino-benzamida (o-Abz-NH2), 2-amino-metil-benzamida (o-Abz-NH(CH3)) e 2-amino -dimetilbenzamida (o-Abz-N(CH3)2). Foram feitas medidas de absorção óptica, fluorescência estática e resolvida no tempo e anisotropia de fluorescência em solventes com diferentes graus de polaridade e diferentes capacidades de doar e aceitar prótons. Os resultados experimentais foram comparados aos resultados de simulações computacionais que simularam o sistema solventesoluto. Restrições impostas pelas limitações computacionais impedem cálculos totalmente quânticos via métodos ab-initio, porém uma metodologia que tem apresentado resultados satisfatórios é o método híbrido que envolve a mecânica quântica associada à mecânica molecular (QM/MM). No presente trabalho, foram combinados cálculos quânticos ab-initio e semi-empíricos na otimização de geometrias de moléculas isoladas e no cálculo de energias de transições respectivamente. Foram simulados os sistemas soluto+solvente via Método de Monte Carlo. Os espectros de absorção ótica obtidos via simulação demonstraram boa concordância com os resultados experimentais, identificando-se as bandas como oriundas das transições p-p*. Verificamos que a forma ácida aniônica do o-Abz é responsável pelo deslocamento para o azul, observado em solvente aquoso. A forma aniônica incrementa a eletronegatividade dos átomos de Oxigênio, aumentando a energia das ligações de hidrogênio. Essas ligações mais intensas estabilizam o estado excitado do o- Abz, e isso se reflete no deslocamento para azul. Da simulação, verificou-se também que na forma aniônica há uma inibição das ligações de hidrogênio do tipo doadoras por parte do grupo amina. Os derivados do o-Abz apresentam aumento na capacidade do grupo amina atuar como doador em ligações de hidrogênio e diminuição na soma de todas as ligações de hidrogênio entre soluto-solvente. Os derivados amida e monometilamida mantiveram elevado rendimento quântico e sensibilidade à polaridade ambiente. Por outro lado, o derivado o-Abz-N(CH3)2 mostra sensibilidade à presença de metilas que incrementam as vias de desexcitação não radiativa.
Title in English
Optical properties of ortho-aminobenzoic acid and derivatives: absorption and fluorescence emission in solvent medium
Keywords in English
Anthranilic acid
Computer simulation
UV-Vis spectroscopy
Abstract in English
In the present, we report experimental and theoretical studies on orthoaminobenzoic acid (o-Abz) and its derivatives 2 amino-benzamide (o-Abz-NH2), 2 amino-monomethyl-benzamide (o-Abz-NH(CH3)) and 2 amino-dimethyl-benzamide (o-Abz-N(CH3)2. We measured optical absorption, steady state and time-resolved fluorescence and fluorescence anisotropy of the compounds in solvents with different donor/acceptor character. The experimental results were compared with results of computational calculations which simulated solvent-solute systems. Due to the restrictions imposed by the computer limitations, it was not possible to do entire quantum calculations by ab-initio methods. We used then QM/MM methods, which involves quantum calculation with molecular mechanics simulations. In this work, ab-initio and semi-empiric quantum calculations were combined in the single molecule geometry optimization and energy transitions calculus, respectively. The solute-solvent system was simulated by Monte Carlo method. The optical absorption spectra obtained from simulations showed good agreement with experimental results, identifying the bands relative to p-p* transitions. It was observed that the anionic acid form of the o-Abz is responsible for the blue shift when it is in aqueous solution. Anionic form increases the electronegativity of Oxygen atoms, rising the energy of the hidrogen bonds. These strong bonds stabilize the fundamental state of o-Abz, resulting in a blue shift in absorption spetrum. From simulation, it was verified that in the anionic form of o-Abz there is also an inhibition of hidrogen bonds of the donor type by the amine group. Compared to o-Abz alone, the derivatives present an increase in the amine group capacity to act as a hidrogen bond donor. The o-Abz-NH2 and o-Abz- NH(CH3) derivatives preserved the high quantum yield and the sensitivity for the environment polarity, while in the dimethyl amide derivative, the presence of methyl groups increases the deexcitation by non-radiactive pathways.
 
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Marcelo.PDF (2.07 Mbytes)
Publishing Date
2015-04-17
 
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