Tópicos Em Química Computacional

EXPERIMENTO 1: ANÁLISE CONFORMACIONAL DO N-BUTANO

O estudo de mudança de energia que ocorre em uma molécula quando os grupos giram as ligações simples recebe o nome de análise conformação. Considerando a rotação a rotação sobre a ligação C2-C3 do butano, é possível observar uma barreira para a rotação livre dessa molécula devido à tensão torsional de conformações eclipsadas. Estas conformações são mostradas na figura 1 abaixo.

Figura 1. Variação de energia que surge da rotação em torno da ligação C2-C3 butano.

A Conformação Anti (I), não tem tensão torsional, uma vez que os grupos são alternados e os grupos metila estão distantes de um do outro. Portanto, a conformação anti é a mais estável. Os grupos metila nas conformações gauce III e V estão bastante próximos um do outro, de modo que as forças de van der walls são repulsivas entre elas: as nuvens de elétrons dois grupos estão tão próximas que se repelem umas às outras. Essa repulsão faz com que as conformações gauche tenham energia aproximadamente 3,8 kJ mol- maior que a conformação anti. As conformações eclipsadas IIe VI não tem tem apenas a tensão torsional, mas também possuem repulsão adicionais de van der walls provenientes dos grupos metila grupos metilas eclipsados e dos átomos de hidrogênio. A conformação eclipsada IV possui a maior energia de todas, pois além da tensão torsional existe grande quantidade de forças repulsivas de van der walls adicional entre os grupos metilas eclipsadas. Com estas informações em mãos analisamos através do software ArgusLab as diversão conformações do N-butano.

Procedimento

1. Otimização da geometria molecular Parâmetros:

A realização deste procedimento se deu por meio das seguintes especificações:

Método: MM

 Campo de força universal: UFF - Universal Force Field

 Otimização: Steepest Descente

 Maximum steps taken: 10000

 Geometry Search: 3

A otimização da estrutura molecular levou a conformação Anti (180 º) figura 2, que como visto anteriormente possui a mais baixa energia sendo a conformação mais estável.

Figura 2. Conformação obtidas, Anti (180°)

2. Cálculo da energia do n-butano a partir da geometria otimizada da molécula.

Conformação Energia total

Anti 1,73 Kcal/mol

3. Determinação da energia para diferentes conformações.

Especificando o ângulo de 160°:

Sim, encontrou-se a conformação 180, conformação anti. Com energia de 1,73 Kcal/mol.

Especificando o angulo diedro para 0º:

Conformação Energia total

Eclipsada 15,48 Kcal/mol

Após otimização para 0°, ângulo obtido 69.8°.

Conformação Energia total

Gauche 2,89 Kcal/mol

Especificando o angulo diedro para 45°:

Conformação Energia total

Gauche 5,07 Kcal/mol

Após otimização para 45°, ângulo obtido 70°

Conformação Energia total

Gauche 2,88 Kcal/mol

Especificando o angulo diedro para 120°:

Conformação Energia total

Eclipsada 6,21 Kcal/mol

Após otimização para 120°, ângulo obtido 75°.

Conformação Energia total

Gauche 2,88 Kcal/mol

A análise comparativa como a figura 1, mostra a concordância entre os valores nela presente e os obtidos no software, onde os maiores valores de energias se deram em 0°, conformação eclipsada, figura 3, e 120° figura 4.

Figura 3. O ângulo de 0° formados entre os grupos metilas ocasiona uma alta Alta tensão estérica aumentando a energia potencial.

Figura 4. O ângulo entre as metilas de 120°, faz com que estes grupos fiquem eclipsados com Hidrogênio, tendo assim maior energia (tensão estérica) que a conformação anti.

1. Construção da curva de energia rotacional do n-butano

Ângulo Energia

0º 23,92 kcal/mol

30º 14,11 kcal/mol

60º 6.5 kcal/mol

90º 4,15 kcal/mol

120º 6,24 kcal/mol

150º 4.00 kcal/mol

180º 1,73 kcal/mol

210º 4,00 kcal/mol

240º 6,24 kcal/mol

270º 4,15 kcal/mol

300º 6,5 kcal/mol

330º 14,11 kcal/mol

360º 23,92 kcal/mol

EXPERIMENTO 2: CONFORMAÇÕES BARCO E CADEIRA DO CICLO HEXANO.

Parâmetros:

 Método: MM

 Campo de força universal: