Caracterização do espectro de ressonâncias do ácido salicílico e seus derivados halogenados

Abstract

Resumo: Nesta dissertação, são apresentadas seções de choque calculadas para o espalhamento elástico de elétrons em baixas energias pelas moléculas de ácido salicílico e seus derivados halogenados: os ácidos 3-clorossalicílico, 4-clorossalicílico e 5-clorossalicílico. O objetivo principal é obter e caracterizar as ressonâncias de forma nesses sistemas, fenômeno que ocorre quando o elétron incidente fica temporariamente aprisionado na região da molécula. Os cálculos foram realizados por meio do método multicanal de Schwinger (SMC), com pseudopotenciais, nas aproximações de estático-troca e de estático-troca mais polarização. O ácido salicílico é um composto orgânico amplamente utilizado na medicina, cosmética e indústria química, em virtude de suas propriedades terapêuticas. Além disso, desempenha funções fisiológicas importantes nas plantas, como a indução da f loração, a produção de calor e o aumento da resistência a doenças. Estruturalmente, pode ser interpretado como uma combinação entre as moléculas de fenol e ácido fórmico, analogia útil para a análise das ressonâncias. Foram identificadas no ácido salicílico quatro ressonâncias do tipo p*, enquanto as moléculas cloradas também apresentam uma ressonância adicional do tipo s* C-Cl. As três primeiras ressonâncias p* do ácido salicílico foram caracterizadas como de forma, e a quarta, como uma ressonância de caráter misto (forma e caroço excitado). Os resultados mostram bom acordo com os dados experimentais de espectroscopia de transmissão de elétrons (ETS) e de captura dissociativa de elétrons (DEA) para a segunda ressonância, enquanto a primeira foi subestimada em energia, a terceira e a quarta ficaram superestimadas em energia. Para os derivados clorados, utilizou-se uma analogia com o clorofenol. No caso do ácido 5-clorossalicílico, nos cálculos estático-troca mais polarização, os resultados mostram que o primeiro estado corresponde a um estado ligado. A segunda ressonância p* apresenta bom acordo com os dados experimentais, enquanto a energia da terceira e a quarta mostraram-se superestimadas. As moléculas de ácidos 3- e 4-clorossalicílicos apresentaram ressonâncias análogas, que foram comparadas com dados de ETS. Ambas apresentam momento de dipolo superior ao valor crítico de 2,5 D. Moléculas com momento de dipolo acima desse limiar podem apresentar estados ligados induzidos pelo próprio dipolo. Por isso, incluímos funções extras na região mais positiva do dipolo para investigar possíveis estados ligados por dipolo. Observou-se esse estado no ácido 3-clorossalicílico, mas não no 4-clorossalicílico. Em geral, os resultados obtidos apresentam boa concordância com os dados experimentais disponíveis, embora a posição das duas últimas ressonâncias p* tenham sido superestimadas

Abstract: In this dissertation, we present calculated cross sections for low-energy electron elastic scattering by salicylic acid molecules and its halogenated derivatives: 3-chlorosalicylic, 4-chlorosalicylic, and 5-chlorosalicylic acids. The main goal is to obtain and characterize shape resonances in these systems, a phenomenon that occurs when the incident electron becomes temporarily trapped in the molecular region. The calculations were performed using the Schwinger Multichannel (SMC) method with pseudopotentials, within the static-exchange and static-exchange plus polarization approximations. Salicylic acid is an organic compound widely used in medicine, cosmetics, and the chemical industry due to its therapeutic properties. Moreover, it plays important physiological roles in plants, such as inducing flowering, promoting heat production, and increasing resistance to diseases. Structurally, it can be interpreted as a combination of phenol and formic acid molecules, a useful analogy for analysing the resonances. Four p*-type resonances were identified in salicylic acid, while the chlorinated molecules also exhibit an additional s* C-Cl resonance. The first three p* resonances of salicylic acid were characterized as shape resonances, and the fourth as a resonance with mixed character (shape and core-excited). The results show good agreement with experimental data from electron transmission spectroscopy (ETS) and dissociative electron attachment (DEA) for the second resonance, while position of the f irst was underestimated and of the third and fourth overestimated. For the chlorinated derivatives, an analogy with chlorophenol was performed. n the case of 5-chlorosalicylic acid, in the static-exchange plus polarization calculations, the results show that the first state corresponds to a bound state. The position of the second p* resonance shows good agreement with experimental data, while the third and fourth were overestimated. The 3 and 4-chlorosalicylic acid molecules exhibited analogous resonances, which were compared with ETS data. Both have dipole moments above the critical value of 2.5 D. Molecules with dipole moments above this threshold may support dipole-bound states. Therefore, additional functions were included in the region of positive polarity to investigate possible dipole-bound states. Such a state was observed in 3-chlorosalicylic acid, but not in 4-chlorosalicylic acid. In general, the obtained results show good agreement with the available experimental data, although the position of the last two p* resonances were overestimated