Modelagem molecular de estruturas orgânicas covalentes bidimensionais para aplicação em sensores químicos
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Data
2024-03-26
Autores
Orientador
Batagin Neto, Augusto 
Coorientador
Pós-graduação
Ciência e Tecnologia de Materiais - FC/FCT/FEB/FEIS/IBB/ICTS/IQAR 33004056083P7
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Estruturas orgânicas covalentes definem atualmente sistemas de grande interesse para diversificadas aplicações. Tais materiais aliam as interessantes propriedades das estruturas bidimensionais como o grafeno com características semicondutoras que viabilizam seu uso em dispositivos eletrônicos. No presente trabalho ferramentas de modelagem computacional baseadas numa abordagem molecular foram empregadas na análise de características básicas destes compostos no sentido de se estabelecer possíveis relações estrutura atividade para a proposição de compostos com propriedades melhoradas, principalmente no que tange a sua aplicação em sensores de gases. Estruturas reduzidas e blocos constituintes de 3 COFs: i) COF quadrada (2,7,13, 18 – tetrabromodibenzo [a,c] dibenzo[5, 6:7,8] quinoxalino – [2, 3-i] fenazina)) (TBQP-COF), ii) COF hexagonal trifenil-azina (HEX-COF) e iii) COF losangular baseada em 1,4 dihidroxibenzidina e 1, 3, 6, 9 – tetra(4-formilfenil) pireno (LOS-COF) foram investigadas numa abordagem baseada na teoria do funcional da densidade no sentido de se avaliar propriedades eletrônicas e de reatividade local destes compostos. O estudo analisou a reatividade local dos componentes da COF, identificando regiões mais reativas e sítios relevantes para interações com espécies externas. Padrões de reatividade foram encontrados, indicando que a reatividade local de estruturas menores é mantida em estruturas mais complexas. A reatividade das COFs resulta da combinação da reatividade dos blocos. O estudo de reatividade local revelou regiões com maior suscetibilidade a receber elétrons (regiões nucleofílicas) e regiões com maior tendência a perder elétrons (regiões eletrofílicas). Os substituintes laterais mostraram efeitos consistentes em todos os sistemas, com variação na intensidade, sendo que o substituinte NH2 apresentou o menor "gap" entre os substituintes avaliados. Todos os sistemas estudados têm potencial para detectar os gases tóxicos considerados, mas a escolha da melhor COF para cada gás depende das propriedades específicas do material orgânico e do gás.
Resumo (inglês)
Covalent organic structures currently define systems of great interest for diverse applications. Such materials combine the interesting properties of two-dimensional structures like graphene with semiconductor characteristics that enable their use in electronic devices. In the present study, computational modeling tools based on a molecular approach were used to analyze the basic characteristics of these compounds to establish possible structure-activity relationships for the proposition of compounds with improved properties, especially regarding their application in gas sensors. Reduced structures and building blocks of 3 COFs: i) square COF (2,7,13, 18 - tetrabromodibenzo[a,c] dibenzo[5, 6: 7,8] quinoxaline-[2, 3-i] phenazine)) (TBQP-COF), ii) hexagonal triphenyl-azine COF (HEX-COF) and iii) rhomboidal COF based on 1,4 dihydroxybenzidine and 1, 3, 6, 9 - tetra(4-formylphenyl) pyrene (LOS-COF) were investigated in a density functional theory based approach aiming to evaluate electronic and local reactivity properties of these compounds. The study analyzed the local reactivity of COF components, identifying more reactive regions and relevant sites for interactions with external species. Patterns of reactivity were found, indicating that the local reactivity of smaller structures is maintained in more complex structures. The reactivity of COFs results from the combination of the reactivity of the blocks. The study of local reacivity revealed regions with a greater susceptibility to receive electrons (nucleophilic regions) and regions with a greater tendency to lose electrons (electrophilic regions). The side substituents showed consistent effects in all the systems, with variations in intensity, with the NH2 substituent showing the smallest gap among the substituents evaluated. All the systems studied have the potential to detect the toxic gases considered, but the choice of the best COF for each gas depends on the specific properties of the organic material and the gas.
Descrição
Idioma
Português
Como citar
GALINDO, Levy Alvarenga. Modelagem molecular de estruturas orgânicas covalentes bidimensionais para aplicação em sensores químicos. Orientador: Augusto Batagin Neto. 2024. 279 f. Tese (Doutorado em Ciência e Tecnologia de Materiais) Faculdade de Ciências, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Bauru, 2024.