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https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/10836
???metadata.dc.type???: | Tese |
Title: | Propriedades eletrônicas e espectroscópicas de compostos bioativos amazonenses em meio atmosférico |
Other Titles: | Electronic and spectroscopic properties of amazonian bioactive compounds in atmospheric medium |
???metadata.dc.creator???: | Oliveira, Thainnar Sales de ![]() |
???metadata.dc.contributor.advisor1???: | Chaudhuri, Puspitapallab |
???metadata.dc.contributor.referee2???: | Zayas, Fidel Guerrero |
???metadata.dc.contributor.referee3???: | Paula, Marcos Marques de Silva |
???metadata.dc.contributor.referee4???: | Gester, Rodrigo |
???metadata.dc.contributor.referee5???: | Georg, Herbert de Castro |
???metadata.dc.description.resumo???: | As interações por ligação de hidrogênio entre moléculas orgânicas são conhecidas por desempenharem um papel crucial em muitos processos químicos e bioquímicos essenciais para a manutenção da vida. No entanto, elas também são importantes em vários processos atmosféricos, como a formação de partículas secundárias de aerossol, que podem ter efeitos adversos na saúde pública e no clima global. A formação de partículas de aerossol atmosférico muitas vezes começa com processos de pré-nucleação, onde as ligações de hidrogênio entre algumas moléculas precursoras atmosféricas desempenham um papel fundamental na estabilização de pequenos aglomerados moleculares. Essas interações facilitam a transição para a nucleação, levando eventualmente ao crescimento de partículas maiores de aerossol. Recentemente, o papel dos ácidos orgânicos no processo de formação de novas partículas por meio de nucleação tem sido amplamente investigado, tanto por procedimentos experimentais quanto teóricos. A bacia amazônica é uma importante fonte de aerossóis e gases, que são transportados para altos níveis na atmosfera e podem ter um impacto potencial nas condições climáticas globais. Medições experimentais recentes detectaram uma quantidade considerável de compostos orgânicos nas amostras de aerossóis naturais da Amazônia. No presente trabalho, utilizamos métodos computacionais quânticos baseados na teoria do funcional da densidade (DFT) para explorar a interação do ácido málico e do ácido vanílico com cinco bases atmosféricas diferentes - amônia, metilamina, dimetilamina, trimetilamina e monoetanolamina - todas reconhecidas como importantes precursores de nucleação atmosférica. Tanto o ácido málico quanto a valina foram detectados em emissões naturais de aerossóis orgânicos na bacia amazônica, e acredita-se que as interações ácido-base desempenhem um papel crucial na estabilização de aglomerados moleculares atmosféricos. A presença de fortes ligações de hidrogênio intermoleculares e grandes energias eletrônicas de ligação indicam que esses ácidos interagem fortemente com as moléculas de base o que é relevante no contexto da formação de aglomerados de pré-nucleação. As intensidades de espalhamento de Rayleigh dos aglomerados aumentam várias vezes após a formação de aglomerados em relação às moléculas de ácido isoladas. As análises das variações da energia livre de ligação dos aglomerados em diferentes temperaturas sugerem que a formação de aglomerados se torna mais favorável a temperaturas abaixo da temperatura ambiente (298 K). Um exame detalhado e sistemático das propriedades estruturais, energéticas, elétricas e espectroscópicas dos complexos binários formados entre ácido málico e ácido vanílico com bases atmosféricas revela que esses complexos poderiam desempenhar um papel nos processos de pré-nucleação e nucleação atmosférica, desde que estejam presentes em concentrações suficientes. |
Abstract: | Hydrogen-bonded interactions of organic molecules are known to play crucial role in many chemical and biochemical processes that are essential to the maintenance of life. But they are important as well in various atmospheric processes like formation of secondary aerosol particles that may have adverse effects on public health and global climate. Atmospheric aerosol particle formation often begins with pre-nucleation processes, where hydrogen bonding between a few atmospheric precursor molecules plays a key role in stabilizing small molecular clusters. These interactions facilitate the transition to nucleation, eventually leading to the growth of larger aerosol particles. Recently, the role of organic acids in the process of new particle via nucleation is being investigated widely, both by experimental and theoretical procedures. The Amazon basin is an important source of aerosols and gases, which are transported to high levels in the atmosphere and may have potential impact on global climate conditions. Recent experimental measurements have found a considerable number of organic compounds in the natural constituents of Amazonian aerosol samples. In the present work, we employ quantum computational methods based on density functional theory (DFT) to explore the interaction of Malic acid and Vanillic acid with five different atmospheric bases - ammonia, methylamine, dimethylamine, trimethylamine and monoethanolamine - all recognized as important atmospheric nucleation precursors. Both Malic acid and Valine have been detected in natural organics aerosol emissions in Amazon basin and the acid-base interactions are believed to be lay a crucial role in stabilizing atmospheric molecular clusters. The presence of strong inter-molecular hydrogen bonds and large binding electronic energies indicate that these acids interact strongly with base molecules which is relevant in the context of pre-nucleation cluster formation. The Rayleigh scattering intensities of the clusters increase many-fold upon clustering with respect to the isolated acid molecules. Analyses of the binding free energy changes of clusters at different temperatures suggest that clustering becomes more favorable at temperatures below ambient air (298 K). A detailed and systematic examination of the structural, energetic, electrical, and spectroscopic properties of the binary complexes formed between malic acid and vanillic acid with atmospheric bases reveals that these complexes could play a role in atmospheric pre-nucleation and nucleation processes, provided they are present in sufficient concentrations. |
???metadata.dc.subject.cnpq???: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: FISICA: FISICA DA MATERIA CONDENSADA |
???metadata.dc.subject.user???: | Aerossol atmosférico Ácido vanílico Ácido málico Ligação de hidrogênio DFT Energia livre de Gibbs |
Language: | por |
???metadata.dc.publisher.country???: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal do Amazonas |
???metadata.dc.publisher.initials???: | UFAM |
???metadata.dc.publisher.department???: | Instituto de Ciências Exatas |
???metadata.dc.publisher.program???: | Programa de Pós-graduação em Física |
Citation: | OLIVEIRA, Thainnar Sales de. Propriedades eletrônicas e espectroscópicas de compostos bioativos amazonenses em meio atmosférico. 2024. 114 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2024. |
???metadata.dc.rights???: | Acesso Aberto |
???metadata.dc.rights.uri???: | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
URI: | https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/10836 |
Issue Date: | 7-Nov-2024 |
Appears in Collections: | Doutorado em Física |
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