TCC2

Balmy.jl

Desenvolvimento de Software para Cálculos de Aromaticidade

Aluna(o): Letícia Madureira Orientador: Prof. Dr. Giovanni Finoto Caramori

Balmy.jl

INTRODUÇÃO

o que é o balmy?

O Balmy.jl é uma aplicação web (popularmente chamado de site), para cálculos envolvendo critérios eletrônicos e geométricos de aromaticidade. Ele está hospedado no GitHub Pages. O código que realiza os cálculos foi escrito na linguagem Julia, e o código responsável pelos elementos de design, foi escrito utilizando três linguagens: CSS, HTML e JavaScript.

Balmy é um nome lúdico, do inglês, que refere-se ao critério mais remoto de avaliação da aromaticidade: o odor

PROCESSO CRIATIVO

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Acesse: https://leticia-maria.github.io/ExtendedHueckel/

O que é aromaticidade ?

Balmy.jl

iNTRODUÇÃO

Unicorns in the World of Chemical Bonding Models

Gernot Frenking, Andreas Krapp

Fachbereich Chemie, Philipps-Universität Marburg, Hans-Meerwein-Strasse, D-35043. Marburg, Germany

Aromaticidade é multidimensional

Apesar dos termos aromaticidade/aromático terem surgido há mais de 200 anos e da imensa utilização dos mesmos na literatura, ainda não existe uma definição geral, precisa e amplamente aceita para o conceito de aromaticidade, uma vez que o mesmo não é uma observável física.

Frenking, G.; Krapp, A.; J. Comp. Chem. 2006, 28, 15. Caramori, G. F.; de Oliveira, K. T. Química Nova 2009, 32, 1871–1884

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Como estudar a aromaticidade ?

INTRODUÇÃO

geométricas

magnéticas

energéticas

estabilização extra observada por meio das energias dos orbitais

susceptibilidade magnética devido à deslocalização eletrônica

equalização dos comprimentos de ligação

Propriedades

A aromaticidade é um fenômeno, não uma grandeza, e pode ser associada a uma série de propriedades exibidas por compostos classificados como aromáticos. Urge então a necessidade de se criar ferramentas para quantificar, escalar e interpretar a aromaticidade objetivamente.

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Pauling, L.; Sherman, J.; J. Chem. Phys. 1933, 1, 606 Kistiakowski, B.; Ruhoffm, J. R.; Smith, H. A.; Vaughan, W. E.; J. Am. Chem. Soc. 1936, 58, 1657.

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objeTIVOS

OBJETIVO

Desenvolver uma interface gráfica para química que capaz de representar estruturas, podendo ser aplicada no contexto de ensino e pesquisa.

Orbitais moleculares

Interface gráfica

Aplicação

Cálculos

Representação 3D

Calcular critérios de aromaticidade usando teoria de grafos

Extensível para o ensino e para a pesquisa

Visualizar estruturas químicas

Calcular a energia de orbitais moleculares

Construir uma interface gráfica

oBJETIVOS ESPECÍFICOS

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Balmy.jl

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ARQUIVO DE ENTRADA

METODOLOGIA

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Resultados

PERFORMANCE

comparando os tempos do YAeHMOP

tempo de execução/(ms)

* DP = degree of polimerization

Monômero do polietileno (PE)

Fórmula molecular: (C2H4)DP

número de bases

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Resultados

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Resultados

energias dos orbitais moleculares

todos os valores são reportados em eV

* valores calculados pelo Balmy.jl ** valores obtidos por R. Hoffmann

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Roald Hoffmann. J. Chem. Phys. 1963. 39, 1397

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CONCLUSÕES

APONTAMENTOS FINAIS

Foi produzida uma interface gráfica para análise eletrônica e geométrica da aromaticidade, disponibilizada como uma aplicação web.

Performance

Houve melhoramento de performance em relação aos softwares existentes.

Resultados de acordo com a literatura.

EHMO

HOMA

Os valores de rHOMA são melhores do que HOMED para heterociclos

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When computers opened up the processing and storage of chemical information, this depended on the description of chemical structure.

WEINIGER, David. 1989

Quando os computadores abriram-se a processar e armazenar as informações químicas, passaram a depender da descrição da estrutura química. *

*tradução livre

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Weininger D. SMILES, a chemical language and information system. 28 (1): 31–6. (1988)

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APÊNDICES

RegraS de clar

compostos policíclicos aromáticos

O enunciado dessa regra diz que, considerando um hidrocarboneto policíclico aromático (PAH), o híbrido de ressonância que mais contribui para a estrutura final é aquele com o maior número de sextetos aromáticos π.

Estrutura do fenantreno.

sextetos aromáticos π

Estrutura do fenantreno.

Estrutura de Clar do antraceno

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RegraS de clar

compostos policíclicos aromáticos

• cada vértice da molécula representando o hidrocarboneto policíclico aromático pertence a uma dupla ligação ou a um círculo;

Evidências experimentais

gap dos orbitais moleculares

• tais ligações duplas e círculos nunca se unem;

• não há anéis com três ligações duplas, já que eles são sempre representados por círculos; além disso, o número de círculos no gráfico é maximizado;

cor dos compostos

• quando um anel com um círculo é adjacente a um anel com duas ligações duplas, uma seta é puxada do primeiro para o segundo anel.

deslocamentos químicos

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datos

APÊNDICES

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datos

APÊNDICES

entalpia

A entalpia é a energia térmica envolvida em uma reação ou processo químico.

É particularmente útil na compreensão e descrição de processos isobáricos

Alcanos são mais estáveis do que alcenos, devido à reatividade das ligações duplas. Por isso, as reações de hidrogenação são exotérmicas.

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datos

APÊNDICES

Aj = negativo → estruturas antiaromáticas

ÍNDICE DE JULG (1967)

Aj = 0 → estruturas não aromáticas

Aj = 1 → estruturas perfeitamente aromáticas

Sistemas carbocíclicos

Julg, A.; Françoise, P.; Theor. Chim. Acta 1967, 7, 249.

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METODOLOGIA

FLUXO DE TRABALHO

COORDENADAS CARTESIANAS

GRAFO MOLECULAR

REPRESENTAÇÃO GRÁFICA

ÍNDICES GEOMÉTRICOS

HUECKEL ESTENDIDO

ORBITAIS MOLECULARES

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Bezanson, J.; Edelman, A.; Karpinski, S.; Shah, V. B. SIAM Review 2017, 59, 65–98

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Illustration Report

TEORIA DE GRAFOS moleculares

datos

METODOLOGIA

milestones

Um grafo é uma que representação abstrata de um conjunto de objetos e das relações existentes entre eles. O sistema de interesse será processado computacionalmente e transformado em um grafo G, que corresponde a uma coleção de vértices (pontos) e arestas (linhas).

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Neto, A. M. Tópicos de Matemática Elementar: Volume 4 Combinatória, 2016

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datos

METODOLOGIA

METODOLOGIA

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datos

APÊNDICES

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NICS (nUCLEUS INDEPENDENT CHEMICAL SHIFT)

datos

APÊNDICES

Os efeitos diamagnéticos e paramagnéticos das correntes de anel, que são relacionados diretamente com compostos aromáticos e antiaromáticos, podem ser facilmente medidos através do critério NICS, que propõe o uso de blindagens magnéticas absolutas, computadas no centro dos anéis, NICS (0), 1 Å acima NICS (1) e 1 Å abaixo NICS(- 1). Os valores de NICS são computados utilizando-se os chamados ghost atoms (átomos que apresentam funções de base e grids para integração, mas sem cargas nucleares ou elétrons, simbolizados por Bq) nas posições de interesse.