Caracterização de haloetenos: isômeros de C2F2Cl2

• Main Author: Pradie, Noriberto Araujo
• Other Authors: Linnert, Harrald Victor
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2006
• Subjects: chemical kinetics; cinética química; quantum chemistry; química quântica; termoquímica; thermochemistry
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46132/tde-15092006-161530/

O objetivo deste trabalho é estudar as reações de isomerização e cisão dos isômeros C2F2Cl2, e determinar entalpias de formação e potenciais de ionização para derivados halogenados do eteno, através de cálculos ab initio, e ainda, para algumas reações determinar a constante de velocidade microcanônica k(E*), segundo o formalismo da teoria RRKM. Foram obtidas a barreira energética e a estrutura do estado de transição para a reação de isomerização do (Z)-CFCl=CFCl ao isômero (E)-CFCl=CFCl, que ocorre através de um estado de transição com uma barreira de energia calculada de 54,223 kcal/mol com o método CASSCF. Foi analisada a possibilidade de a isomerização ocorrer via intermediários etilidenos halosubstituídos, porém as barreiras de energia para estas reações e resultados obtidos para a constante de velocidade k(E*) indicam que a reação direta predomina sobre as vias de formação de etilideno halosubstituído em baixas energias, até cerca de 154 kcal/mol pelo menos. A não observação, experimentalmente, de formação do isômero CF2=CCl2 a partir desses intermediários também corrobora com os resultados obtidos através dos cálculos. Para as reações de cisão de ligação C=C dos compostos CF2=CCl2, (Z) e (E)-CFCl=CFCl e CF2=CCl, as curvas de energia em função do comprimento desta ligação mostram que a cisão do CF2=CCl ocorre a uma energia menor do que para as demais substâncias. Porém, a cisão da ligação C-Cl na substância CF2=CCl2 é a que possui a menor barreira energética. Utilizando a teoria variacional do estado de transição, determinamos a estrutura do estado de transição para esta reação e a constante de velocidade microcanônica, k(E*), sendo esta maior que as determinadas para a formação dos etilidenos halosubstituídos. Potenciais de ionização adiabáticos (PIA) e verticais (PIV) de haloetenos foram obtidos utilizando as teorias G2 e G3. Os resultados obtidos com a teoria G3 são mais próximos dos valores experimentais, ou tão exatos quanto, comparados aos valores calculados encontrados na literatura. As mudanças na energia de correlação eletrônica e energia de relaxação dos orbitais são importantes para a obtenção de resultados de PIV quantitativamente melhores em comparação com os resultados obtidos a partir da energia do HOMO. Também foram feitos cálculos de entalpias de formação para etilenos halogenados utilizando as teorias G2 e G3 utilizando reações isodésmicas. A comparação entre os valores calculados por nós e outros valores calculados encontrados na literatura mostram que apesar das reações isodésmicas serem um método capaz de gerar bons resultados, devido ao cancelamento dos erros nos valores calculados, o resultado final é dependente dos valores experimentais escolhidos. === We report ab initio calculations on the isomerization and fission reactions of C2F2Cl2 isomers and also the enthalpies of formation and the ionization potentials of halogenated ethylenes. We have also evaluated the microcanonical rate constant k(E*) using the RRKM formalism to gain more insight into mechanistics details of some reactions. The energy barrier and the structure of the transition state for the isomerization reaction of (Z)-CFCl=CFCl to (E)-CFCl=CFCl, occurs by a transition state with a calculated barrier of 54,223 kcal/mol using the CASSCF method. The isomerization reactions through ethilidene halosubstituted intermediates was also tested, however the energy barriers to these reactions showed be greater and the results obtained for the rate constant k(E*) stated that the direct reaction predominates over the formation of the halosubstituted ethilidene at low energies, until 154 kcal/mol at least. The experimentaly unobserved formation of CF2=CCl2 from intermiaries confirms the calculated results. For the fission reaction of the C=C bond on CF2=CCl2, (Z) and (E)-CFCl=CFCl and CF2=CCl , the plots of energy as a function of the bond length show that the fission of CF2=CCl occurs with the lowest energy of all these reactions. However, the fission of C-Cl on the CF2=CCl2 shows to have the lowest energy barrier. By the variational transition state theory, we have determined the structure of the transition state for that reaction and the rate constant k(E*), beeing this higher than that determined to the halosubstituted ethylenes. Adiabatic ionization potentials (AIPs) and vertical ionization potentials (VIPs) for haloethylenes were obtained applying G2 and G3 theories. The results obtained with G3 theory are the nearest within the experimental values or, at least, with the same exactness, compared with other earlier calculated methods. The changes in eletronic correlation energy and orbital relax energy are important to achieve quantitatively better results comparativily with results obtained from HOMO energy. Moreover, we have done calculations of enthalpies of formation of haloethylenes using G2 and G3 theories using isodesmic reactions. The comparison among the values calculated by us and other values found in the literature shows that, however the use of isodesmic reactions may be a method able to achieve good results, because the calculated errors in the energy values are being cancelled , the final result is very dependent on the choosen experimental values.