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http://hdl.handle.net/11422/27855
| Type: | Dissertação |
| Title: | Carbocátions e Geoquímica: em busca de novas correlações geoquímicas envolvendo diamantóides |
| Author(s)/Inventor(s): | Silva, Pedro Henrique Antunes da |
| Advisor: | Esteves, Pierre Mothé |
| Abstract: | Reconhecidos como os mais estáveis isômeros tricíclico C10 por George Olah, os diamantóides são uma classe de hidrocarbonetos rígidos, de alta estabilidade térmica e termodinâmica encontrados apenas no petróleo cujo processo de formação é muito pouco conhecido. O menor representante dessa família de hidrocarbonetos do tipo gaiola, o adamantano, teve a sua formação proposta a partir do rearranjo de carbocátions durante reações de isomerização em 1973 por Engler, Farcasiu e Schleyer. Desde então, não há na literatura trabalhos que busquem elucidar a formação desse composto, mesmo ele se configurando como um importante marcador geoquímico do petróleo. Assim, nessa dissertação, avaliou-se a estabilidade dos vários isômeros C10H16 através de cálculos de mecânica quântica e dos diversos cátions 𝐶10𝐻15+ com o objetivo de determinar se seria o adamantano e o cátion 1-adamantila os chamados “poços termodinâmicos” para a sua classe de isômeros. Com esses resultados, foi possível inferir sobre a formação do adamantano no petróleo como ocorrendo através do rearranjo de carbocátions de produtos naturais, bem como propor novas formas de pensar a formação de outros isômeros C10 do petróleo, em especial, os naftenos. Para isso, cálculos DFT no nível de teoria M06-2X/cc-pVTZ foram empregados para a avaliação da estabilidade dos diferentes isômeros e o software AUTOMATON utilizado na busca por isômeros do cátion 1-adamantila de baixa energia. Os cálculos dos isômeros neutros apontaram o adamantano como o mais estável isômero C10H16 entre os conhecidos e catalogados na plataforma NIST (National Institute of Standards and Technology), como já esperado devido à alta simetria da molécula. No entanto, a busca por diferentes isômeros 𝐶10𝐻15+ de baixa energia com o AUTOMATON apontaram para a existência de um isômero, o 1-metil-2,3,4,5,6,7-hexaidro-1H-indeno, 12,7 kcal mol-1 mais estável que o cátion 1-adamantila, indicando a existência de espécies mais estáveis do que esse carbocátion reconhecido até então como um exemplo de estabilidade. Essa espécie na sua forma neutra e reduzida se configura como um importante membro da família dos naftenos do petróleo, que são hidrocarbonetos bicíclicos C10 cujo processo 8 de formação é repensado neste trabalho onde se propõe uma conexão entre eles, o adamantano e monoterpenos no petróleo. |
| Abstract: | Recognized as the most stable tricyclic C10 isomers by George Olah, diamondoids are a class of rigid hydrocarbons, with high thermal and thermodynamic stability found only in petroleum whose formation process is very little known. The smallest representative of this family of cage-type hydrocarbons, adamantane, had its formation proposed from the rearrangement of carbocations during isomerization reactions in 1973 by Engler, Farcasiu and Schleyer. Since then, there are no works in the literature that seeks to elucidate the formation of this compound, even though it is configured as an important geochemical marker of oil. Thus, in this dissertation, the stability of the various C10H16 isomers was evaluated through quantum mechanics calculations and the various C10 H15+ cations with the aim of determining whether adamantane and the 1-adamantyl cation would be the so-called “thermodynamic wells” for its class of isomers. With these results, it was possible to infer about the formation of adamantane in oil as occurring through the rearrangement of carbocations of natural products, as well as proposing new ways of thinking about the formation of other C10 isomers of oil, especially naphthenes. For this, DFT calculations at the M06-2X/cc-pVTZ theory level were used to evaluate the stability of the different isomers and the AUTOMATON software used in the search for low-energy 1-adamantyl cation isomers. The calculations of the neutral isomers pointed to adamantane as the most stable C10H16 isomer among those known and cataloged on the NIST (National Institute of Standards and Technology) platform, as already expected due to the high symmetry of the molecule. However, the search for different low energy C10H15+ isomers with AUTOMATON pointed to the existence of an isomer, the 1-methyl-2,3,4,5,6,7-1H-indeno-1-ylium 12.7 kcal mol-1 more stable than the 1-adamantyl cation, indicating the existence of species more stable than this carbocation recognized until then as an example of stability. This species in its neutral and reduced form is configured as an important member of the family of petroleum naphthenes, which are bicyclic C10 hydrocarbons, whose formation 10 process is rethought in this work where a connection is proposed between them, adamantane and monoterpenes in petroleum. |
| Keywords: | Diamantóides Adamantano Monoterpenos Teoria do Funcional da Densidade Rearranjo de Carbocátions |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Química |
| Production unit: | Instituto de Química |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 8-Dec-2023 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | SILVA, Pedro Henrique Antunes da. Carbocátions e a Geoquímica: em busca de novas correlações geoquímicas envolvendo diamantóides. 2023. 118 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023 |
| Appears in Collections: | Química |
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