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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-5770-4311
Tipo do documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Estudo estrutural de compostos de manganês contendo ligantes bidentados
Título(s) alternativo(s): Structural study of manganese compounds containing bidentate ligands
Autor(es): Souza, Jonathan Augusto Matioli de
Primeiro orientador: Dinelli, Luís Rogério
Primeiro coorientador: Brito, Gilberto Augusto de Oliveira
Primeiro membro da banca: Bogado, André Luiz
Segundo membro da banca: Ueno, Leonardo Tsuyoshi
Resumo: O manganês é atualmente o 4º metal mais utilizado na Terra em termos de tonelagem, além de ser extraído em mais de 30 países, gerando milhões de empregos e bilhões de dólares em impostos. Apresenta uma química extremamente vasta podendo adotar diversos estados de oxidação, possibilitando que seus complexos apresentem uma gama de possíveis aplicações. Além disso, é não só vital para a saúde humana, mas para com a vida em geral, sendo que sua falta pode potencialmente colocar em risco a saúde humana. O estado de oxidação II do manganês é o estado mais completamente estudado, sendo em solução aquosa o estado de longe mais estável. Já para o estado de oxidação III temos que quase todos os complexos são octaédricos e de alto spin, apresentando desta forma uma camada de valência igual a 3d4, apresentando o orbital eg desigualmente ocupado, ocasionando em uma distorção na estrutura pelo efeito Jahn-Teller. Estudos envolvendo o Catecol como ligante veem crescendo com o passar dos anos. Isto é devido ao fato de que o Catecol é classificado como um non-innocent ligand, ou seja, um ligante em um complexo metálico onde o estado de oxidação não é claro, relacionado ao seu papel e à influência na distribuição eletrônica final de determinados complexos. Desta forma, tanto o estado final de oxidação quanto a distribuição eletrônica interna podem ser modulados o tornando um grande objeto de estudo tanto por meios teóricos quanto experimentais. Desta forma o presente trabalho tem por objetivo a síntese, a caracterização e o estudo teórico de complexos de manganês coordenado pelo ligante catecol. Inicialmente foi realizada a síntese do complexo cis-[Mn(bpy)2Cl2], sendo bpy = 2,2’-bipiridina, complexo este já conhecido e descrito na literatura, mas que serviu de ponto de estudo para a otimização e cálculos computacionais utilizando como métodos a Teoria do Funcional de Densidade (DFT) e a Teoria do Funcional de Densidade Dependente do Tempo (TDDFT), os quais foram aplicados ao complexo Na[Mn(cat)Cl2], sendo cat = catecol. Todos os complexos sintetizados foram caracterizados através de técnicas espectroscópicas na região do infravermelho onde pode-se observar estiramentos característicos para os complexos e, posteriormente, através da técnica de espectrometria na região do ultravioleta-visível foi possível observar as bandas características tanto para os ligantes quanto para os complexos. Foram aplicadas também técnicas de condutometria e análise elementar para ambos os complexos e técnicas de voltametria cíclica para o complexo Na[Mn(cat)Cl2]. Por fim, os cálculos de DFT e TD-DFT permitiram elucidar as transições observadas experimentalmente na região do ultravioleta e visível dos complexos sintetizados, sendo possível os cálculos dos NTOs (Natural Transition Orbitals) dos complexos, método este capaz de realizar separadamente a transformação unitária para os orbitais moleculares ocupados e os virtuais, de modo que apenas um ou muitos poucos pares de orbitais tenham contribuições dominantes.
Abstract: Manganese is currently the 4th most used metal on Earth in terms of tonnage, and is mined in over 30 countries, generating millions of jobs and billions of dollars in taxes. It presents an extremely wide chemistry, being able to adopt different oxidation states, allowing its complexes to present a range of possible applications. Furthermore, it is not only vital for human health, but for life in general, and its lack can potentially endanger human health. The oxidation state II of manganese is the most thoroughly studied state, being in aqueous solution the most stable state by far. As for the oxidation state III, almost all complexes are octahedral and of high spin, thus presenting a valence shell equal to 3d4, presenting the eg orbital unevenly occupied, causing a distortion in the structure by the Jahn-Teller effect. Studies involving Catechol as a ligand have been growing over the years. This is due to the fact that Catechol is classified as a non-innocent ligand, that is, a ligand in a metallic complex where the oxidation state is not clear, related to its role and influence on the final electronic distribution of certain complexes. In this way, both the final oxidation state and the internal electronic distribution can be modulated, making it a great object of study both by theoretical and experimental means. Thus, the present work aims at the synthesis, characterization and theoretical study of manganese complexes coordinated by the catechol ligand. Initially, the synthesis of the cis-[Mn(bpy)2Cl2] complex was performed, with bpy = 2,2'-bipyridine, a complex already known and described in the literature, but which served as a point of study for optimization and computational calculations using as methods the Density Functional Theory (DFT) and the Time-Dependent Density Functional Theory (TDDFT), which were applied to the complex Na[Mn(cat)Cl2], where cat = catechol. All the synthesized complexes were characterized through spectroscopic techniques in the infrared region where characteristic stretches for the complexes could be observed and, subsequently, through the spectrometry technique in the ultraviolet-visible region it was possible to observe the characteristic bands for both the ligands and for the complexes. Conductometric and elemental analysis techniques were also applied for both complexes and cyclic voltammetry techniques for the Na[Mn(cat)Cl2] complex. Finally, the calculations of DFT and TD-DFT allowed to elucidate the transitions observed experimentally in the ultraviolet and visible region of the synthesized complexes, making it possible to calculate the NTOs (Natural Transition Orbitals) of the complexes, a method capable of separately performing the unitary transformation for occupied and virtual molecular orbitals, so that only one or very few pairs of orbitals have dominant contributions.
Palavras-chave: Manganês
Manganese
Catecol
Catechol
DFT
DFT
Síntese
Synthesis
Caracterização
Characterization
Área(s) do CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA INORGANICA::CAMPOS DE COORDENACAO
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA TEORICA
Assunto: Química
Ligas de ferro-manganês
Compostos de manganês
Química combinatória
Manganês - Reação de oxidação-redução
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Química
Referência: SOUZA, Jonathan Augusto Matioli de. Estudo estrutural de compostos de manganês contendo ligantes bidentados. 2023. 52 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.115.
Identificador do documento: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.115
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37963
Data de defesa: 24-Fev-2023
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