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Tipo do documento: Dissertação
Título: Modelagem computacional da reação do íon amideto com formiato de metila em fase gasosa
Título(s) alternativo(s): Computational modeling of the reaction of amidete ion with methyl formiate in gas phase
Autor: Vieira Neto, José Carlos 
Primeiro orientador: Leitão, Ezequiel Fragoso Vieira
Primeiro membro da banca: Lucena Junior, Juracy Regis de
Segundo membro da banca: Souza, Miguel Angelo Fonseca de
Resumo: Este estudo aborda computacionalmente a modelagem da reação química entre o íon amideto (NH2-) e a molécula de formiato de metila (HCOOCH3) em fase gasosa. Resultados experimentais sugerem que a interação entre o íon amideto e a molécula neutra de formiato de metila pode ocorrer por quatro mecanismo em fase gasosa, quais sejam: (1) mecanismo de abstração de próton da metila (AP-2) sendo o mais favorecido e levando a formação dos produtos HCO2CH2-, e NH3; (2) mecanismo de Riveros (AP-1) o segundo canal mais favorecido e leva à α-eliminação da molécula de CO, formação de NH3 e íon CH3O-; (3) (BAC2) chamado assim por representar um ataque ao carbono acil, o terceiro mecanismo em ordem de favorecimento por onde pode serem formados os produtos HCONH- e CH3OH ou HCONH2 e CH3O-; (4) substituição nucleofílica de segunda ordem (SN2), a partir do ataque do amideto ao carbono metílico do formiato de metila levando a formação dos produtos CH3NH2 e HCO2-. Com o objetivo de caracterizar as estruturas de mínimos e obter suas respectivas energias foi empregado o nível de teoria MP2/6-311++G(d,p), posteriormente visando um refinamento das energias usou-se o nível CCSD(T) com as funções de base aug-cc-pVnZ, com n=(D e Z) usados para extrapolação das energias para um conjunto de bases completo (CBS) com as quais foram construídos os perfis de energia potencial. Como principais resultados da modelagem para a reação NH2- + HCOOCH3, os cálculos RRKM (Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus) sugerem que a distribuição dos produtos dos mecanismos SN2:BAC2:AP corresponde a 7%:49%:44%, indicando que o íon CH3O- também pode ser formado pelo mecanismo BAC2. A adição de uma molécula de água na reação, NH2–(H2O) + HCOOCH3, revelou que uma única molécula de água elevou as energias das barreiras de ativação dos estados de transição, especialmente para o mecanismo SN2, tornando-a superior a energia dos reagentes inviabilizando a observação dos produtos de tal mecanismo. Os mecanismos AP-1, AP-2 e BAC2 mantiveram-se abaixo da energia dos reagentes, porém, à fragmentação total dos produtos para os mecanismos de abstração de próton tornaram-se endotérmicas, mesmo assim, os cálculos cinéticos revelaram que o mecanismo de Riveros é favorecido sobre os demais com cerca 76% enquanto o mecanismo BAC2 segundo mais favorecido apresentou rendimento de 24% e os mecanismo AP-2 e SN2, 0,2% e 0%, respectivamente. O desfavorecimento do mecanismo BAC2 em relação ao mecanismo de Riveros é atribuído ao movimento de abstração de próton da água realizado pelo amideto antes do ataque ao carbono acil, enquanto o mecanismo de Riveros ocorre livremente e por isso apresentou maior rendimento.
Abstract: This study computationally addresses the modeling of the chemical reaction between the amide ion (NH2-) and the methyl formate molecule (HCOOCH3) in the gas phase. Experimental results suggest that the interaction between the amide ion and the neutral methyl formate molecule can occur by four mechanisms in the gas phase, which are: (1) methyl proton abstraction mechanism (AP-2) being or more favored and raising to formation of two products HCO2CH2-, and NH3; (2) Riveros mechanism (AP-1) or second most favored channel and causes α-elimination of the CO molecule, formation of NH3 and CH3O- ion; (3) (BAC2) also called because it represents an attack on the acyl carbon, or a third favoring mechanism by which the products HCONH- and CH3OH or HCONH2 and CH3O- can be formed; (4) second-order nucleophilic substitution (SN2), from the attack of the amidete to the methyl carbon of methyl formate, leading to the formation of two products CH3NH2 and HCO2-. In order to characterize the structures of minimums and obtain their respective energies, the theory level MP2/6-311++G(d,p) was undertaken, subsequently aiming at a refinement of the energies used at the CCSD(T) level as the basis functions aug-cc-pVnZ, with n=(D and Z) used for extrapolating the energies for a complete basis set (CBS) with the quais forams constructed the potential energy profiles. As the main modeling results for the NH2- + HCOOCH3 reaction, the RRKM (Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus) calculations suggest that the distribution of two products two mechanisms SN2:BAC2:AP corresponds to 7%:49%:44%, indicating that the CH3O- ion can also be formed by the BAC2 mechanism. The addition of a water molecule to the reaction, NH2–(H2O) + HCOOCH3, revealed that a single water molecule raised the activation barrier energies of two transition states, especially for the SN2 mechanism, making it higher than two energy reagents making it impossible to observe two products of such a mechanism. The AP-1, AP-2 and BAC2 mechanisms maintain two reagent energy below, therefore, the total fragmentation of two products for the proton abstraction mechanisms will become endothermic, as well as the kinetic calculations will reveal that the mechanism of Riveros is favored over the others with about 76% in terms of the BAC2 mechanism, second most favored, presenting a performance of 24% in the AP-2 and SN2 mechanisms, 0,2% and 0%, respectively. The disfavor of the BAC2 mechanism in relation to the Riveros mechanism is attributed to the movement of water proton abstraction carried out by amide before the attack on the acyl carbon, while the Riveros mechanism occurs freely and therefore shows higher yield.
Palavras-chave: Formiato de metila
Fase gasosa
Íon amideto
Methyl formate
Gas phase
Amide ion
Reação química
Área(s) do CNPq: FISICO-QUIMICA::QUIMICA TEORICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Estadual da Paraíba
Sigla da instituição: UEPB
Departamento: Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa - PRPGP
Programa: Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
Citação: VIEIRA NETO, José Carlos. Modelagem computacional da reação do íon amideto com formiato de metila em fase gasosa. 2022. 94f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ) - Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande-PB, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Embargado
URI: http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/4491
Data de defesa: 29-Set-2022
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