Simulação do líquido iônico contendo o cátion 1,3 dimetilimidazólio e o ânion ciclopentadienila

Abstract

Este trabalho teve como objetivo a simulação do líquido iônico (LI) composto pelo cátion 1,3-dimetilimidazólio e o ânion ciclopentadienila, com foco na determinação de propriedades termodinâmicas de interesse e na observação do fenômeno de empilhamento π e outras propriedades estruturais. Para tal, esse par iônico foi simulado com o auxílio do software GROMACS, utilizando um campo de força originado de um trabalho previamente desenvolvido pelo grupo de química teórica da UFRGS. Foram realizadas simulações a 330 K e 350 K. Para cada temperatura, realizou-se a simulação até a estabilidade das propriedades termodinâmicas, o que variou de 40 a 60 ns. Foram realizadas também simulações com a adição de um parâmetro de polarizabilidade, alterando-se o valor local da constante de permissividade elétrica. Os resultados obtidos foram usados para a geração de gráficos, que permitiram a determinação de parâmetros termodinâmicos de interesse e também da estruturação do par iônico. Também foram geradas distribuições tridimensionais, com o auxílio do software Travis, que permitiram a visualização do empilhamento π, demonstrando que esse ocorre somente entre cátions. Foi possível verificar que o empilhamento π+-π+ ocorre mesmo na ausência de um ânion capaz de realizar ligação de hidrogênio, influenciando profundamente a estruturação do líquido iônico.

The objetive of this work was the simulation of the ionic liquid comprised by the cation 1,3-dimethylimidazolium and the anion cyclopentadienyl, focused on the determination of thermodynamical properties of interest and the observation of π-stacking and other structural properties. To that end, this ionic pair was simulated with the help of the software GROMACS, using a force field originated from a previously developed work by the UFRGS theoretical chemistry group. Simulations at 330 K and 350 K were performed. For each temperature, the simulation was performed until the stability of the thermodynamical properties, which ranged from 40 to 60 ns. Simulations with the addition of a polarizability parameter were also performed, by altering the local value of the electrical permissibility constant. The obtained results were used to generate graphics, which allowed the determination of thermodynamical parameters of interest and also of the structuring of the ionic pair. Tridimensional distributions were also generated, with the help of the software Travis, which allowed the visualization of π-π stacking, demonstrating that this occurs only between cations. It was possible to ascertain that π+-π+ stacking occurs even on the absence of an anion able to exhibit hydrogen bonding, having a deep effect on the ionic liquid structuring.