Análisis geométrico, energético y topológico de una heterononámeros de (etanol)8-agua. Una paroximación computacional

El presente trabajo se enfocó en el estudio de la mezcla azeotrópica etanol-agua, con el fin de proveer información que pueda ser empleada en nuevas técnicas de separación de bajo costo. El estudio se realizó mediante el análisis computacional de las interacciones intermoleculares responsables de la...

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Autores:

Tipo de recurso:

Fecha de publicación:: 2019

Institución:: Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano

Repositorio:: Expeditio: repositorio UTadeo

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description	El presente trabajo se enfocó en el estudio de la mezcla azeotrópica etanol-agua, con el fin de proveer información que pueda ser empleada en nuevas técnicas de separación de bajo costo. El estudio se realizó mediante el análisis computacional de las interacciones intermoleculares responsables de las preferencias geométricas y estabilidad de los heterononámeros (etanol)8-agua. Para esto se empleó el programa Gaussian 09. Se partió de 14 heterononámeros estables optimizados con la aproximación B3LYP/6-31+G(d) con los que cuenta la línea de investigación; después de reoptimizar esas estructuras, incluyendo la corrección de Grimme D3 y una base más robusta, (B3LYP/6-311++G(d,p)), el número de estructuras estables se redujo a 7. Los principales cambios estructurales fueron diferentes orientaciones de las cadenas alquílicas. El heterononámero más estable (Hnon-I) presenta una población isomérica del 98%, por lo tanto, a partir de esta estructura se diseñaron y optimizaron estructuras homólogas de (etanol)9, (metanol)9 y del heterononámero (metanol)8-agua. Las mediciones realizadas incluyen datos geométricos, energéticos y topológicos. La energía de unión (nonamerización) es la diferencia entre la energía del heterononámero y la suma de la energía de cada monómero aislado. De la misma manera se calcularon otras funciones de estado (ΔH, ΔS y ΔG). Como ejemplo, los siguientes son los datos energéticos de Hnon-I: ΔE = -72,58 kcal/mol; ΔH = -81,09 kcal/mol; ΔS = 0,275 kcal/K*mol, y ΔG = 0,99 kcal/mol. Estos resultados implican que la formación de Hnon-I es un proceso altamente exotérmico y no espontáneo. Se encontró que los ciclos formados por las interacciones O-H---O son fundamentales para la estabilidad del heterononámero independientemente de su naturaleza. Las interacciones más débiles (C-H---O y H---H) se revelaron por medio de los grafos moleculares calculados a través del análisis topológico de la densidad electrónica según la Teoría Cuántica de Átomos en Moléculas.
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Como ejemplo, los siguientes son los datos energéticos de Hnon-I: ΔE = -72,58 kcal/mol; ΔH = -81,09 kcal/mol; ΔS = 0,275 kcal/Kmol, y ΔG = 0,99 kcal/mol. Estos resultados implican que la formación de Hnon-I es un proceso altamente exotérmico y no espontáneo. Se encontró que los ciclos formados por las interacciones O-H---O son fundamentales para la estabilidad del heterononámero independientemente de su naturaleza. Las interacciones más débiles (C-H---O y H---H) se revelaron por medio de los grafos moleculares calculados a través del análisis topológico de la densidad electrónica según la Teoría Cuántica de Átomos en Moléculas.#AnálisisGeométrico#Etanol#HeterononánemosRequerimientos de sistema: Adobe Acrobat ReaderThe present research focused on the study of the ethanol-water azeotropic mixture, in order to provide information that can be used in new low-cost separation techniques. The study was carried out through the computational analysis of the intermolecular interactions responsible for the geometrical preferences and stability of the (ethanol)8-water heterononamers. For this, the Gaussian 09 program was used. It was based on 14 stable heterononamers optimized with the approximation B3LYP/6-31+G(d) which belong to the research line; after reoptimizing those structures, including the Grimme D3 correction and a more robust basis set, (B3LYP/6-311++G(d,p)), the number of stable structures was reduced to 7. The main structural changes were different orientations of the alkyl chains. The most stable heterononamer (Hnon-I) has an isomeric population of 98%, therefore, from this structure, homologous structures of (ethanol)9, (methanol)9, and the (methanol)8-water heterononamer were designed and optimized. The measurements taken include geometrical, energetic, and topological data. The binding energy (nonamerization) is the difference between the energy of the heterononamer and the sum of the energy of each isolated monomer. In the same way, other state functions (ΔH, ΔS, and ΔG) were calculated. As an example, the following are the energy data of Hnon-I: ΔE = -72.58 kcal/mol; ΔH = -81.09 kcal/mol; ΔS = 0.275 kcal/Kmol, and ΔG = 0.99 kcal/mol. These results imply that the formation of Hnon-I is a highly exothermic and no spontaneous process. It was found that the cycles formed by the O-H---O interactions are fundamental for the stability of the heterononamer regardless of its nature. The weakest interactions (C-H---O and H---H) were revealed by means of the molecular graphs calculated through the topological analysis of the electronic density according to the Quantum Theory of Atoms in Molecules.Ingeniero Químico38 paginasapplication/pdfspaUniversidad de Bogotá Jorge Tadeo LozanoIngeniería QuímicaFacultad de Ciencias Naturales e IngenieríaAnálisis geométricoQuímica, IngenieríaQuímicaSoluciones (Química)QuímicosMoléculasMoléculas -- EstructurasEstructura molecularAnálisis geométrico, energético y topológico de una heterononámeros de (etanol)8-agua. Una paroximación computacionalGeometric, energetic, and topological analysis of (ethanol)8-water heterononamers. A computational approachTrabajo de gradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fAbierto (Texto Completo)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2ASTM, ASTM D-6751-02 Standard Specification for Biodiésel Fuel (B100). Blend Stock for Destillate Fuels. 2002.AIMAII. (2018, mayo 14). AIMAII (AIMAll (Versión 17.11.14), Todd A. Keith, TK Gristmill Software, Overland Park KS, USA, 2017. Retrieved from aim.tkgristmill.comBader, R. (2002). Encyclopedia of Computational Chemistry: Atoms in molecules. John Wiley & Sons.Barr-David, Frank, & Dodge, B. F. (1959). Vapor-liquid equilibrium at high pressures. The systems ethanol-water and 2-propanol-water. Journal of Chemical & Engineering Data, 4(2), 107-121. doi: 10.1021/je60002a003.Bossen, B. S., Jørgensen, S. B., & Gani, R. (2003). Simulation, Design, and Analysis of Azeotropic Distillation Operations. Industrial and Engineering Chemistry Research, 32(4), 620–633. https://doi.org/10.1021/ie00016a008Delgado, J. E., Salgado, J. J., & Perez, R. (2017). Perspectivas de los biocombustibles en Colombia. Revista Ingenierías Universidad de Medellín, 14(27), 13–28.DiLabio, G., Koleini, M., & Torres , E. (2013). Extension of the B3LYP–dispersion-correcting potential approach to the accurate treatment of both inter- and intra-molecular interactions. Theor Chem Acc, 1-44.Fabing, L., Zhiwei, M., Shuo, L., Shenghan, W., & Zhanlong, L. (2017). Study of hydrogen bonding in ethanol-water binary solutions by Raman spectroscopy. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy,189: 621-624.Fraga, Serafín. (1987). El laplaciano de la densidad de carga y su relación con la geometría molecular. In E. C.-C. Press (Ed.), Química teórica: estructura, interacciones y reactividad (pp. 149-150). Madrid.Gonze, X., Adams, D., & Espejo, C. (2016). Recent developments in the Abinit software package. Computer Physics Communications, 205: 106-131.Guevara, M. A., Guevara, F. A., & Belalcazar, L. C. (2018). Experimental data and new binary interaction parameters for ethanol-water VLE at low pressures using NRTL and UNIQUAC. Tecciencia, 13(24), 17–26. https://doi.org/10.18180/tecciencia.2018.24.3Hernandez, A. (2016). Comportamiento interfacial en mezclas polifasicas. Universidad de Concepción. Revista facultad de ingeniería Universidad Concepción, Chile.42-172Javier, F., Oscar, J., & Luz, A. (2018). Dehydration of Bioethanol With Both Pure Ionic Liquids and an Ionic Liquid Anchored To Mesoporous Silica : a Comparative Study, 8(June), 113–119.Kar, T., & Scheiner, S. (2004). Comparison of cooperativity in CH center dot center dot center dot O and OH center dot center dot center dot O hydrogen bonds. Journal of Physical Chemistry A, 108(42), 9161–9168. https://doi.org/Doi 10.1021/Jp048546lMejía, Sol M, Espinal, Juan F, Mills, Matthew JL, & Mondragón, Fanor. (2016). El papel de los enlaces de hidrógeno OH ... O y CH ... O y las interacciones H ... H en heterohexámeros de etanol / metanol-agua, 22(8), 181.Mejía, Sol M., Flórez, Elizabeth, & Mondragón, Fanor. (2012). An orbital and electron density analysis of weak interactions in ethanol-water, methanol-water, ethanol and methanol small clusters. The Journal of Chemical Physics, 136(14), 144306. doi: 10.1063/1.3701563.Mejia, S. M., Orrego, J. F., Espinal, J. F., & Mondragon, F. (2010). (Ethanol)(4)-Water Heteropentamers: a Structural and Thermodynamic Study. Quimica Nova, 33(4), 860–866Mejia, S. M., Espinal, J. F., & Mondragon, F. (2006). Caracterizacion Molecular de Heteroagregados (etanol)n-agua, n = 1 a 9. Energia.(36)Nishi, N., Koga , K., Ohshima , C., Yamamoto , K., & Nagashi. (1988). Molecular association in ethanol-water mixtures studied by mass spectrometric analysis of clusters generated through adiabatic expansion of liquid jets. J Am Chem Soc, 110: 5246–5255Nosokov, S., Lamoureux, G., & Roux, B. (2005). Molecular dynamics study of hydration in ethanol-water mixtures using a polarizable force field. J Phys Chem B, 109: 6705-6713.Orsolya, G., & László, P. (2017). 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Fluid Phase Equilibria, 448: 128-134.ORIGINALDocumento reservado temporalmente por solicitud del autor.pdfDocumento reservado temporalmente por solicitud del autor.pdfapplication/pdf91447https://expeditiorepositorio.utadeo.edu.co/bitstream/20.500.12010/6700/1/Documento%20reservado%20temporalmente%20por%20solicitud%20del%20autor.pdfe2ad910b43a3ea8b63bd41e4ff89a557MD51open accessTRABAJO DE GRADO.Marly;Karen.pdfTRABAJO DE GRADO.Marly;Karen.pdfDocumento reservadoapplication/pdf2053181https://expeditiorepositorio.utadeo.edu.co/bitstream/20.500.12010/6700/4/TRABAJO%20DE%20GRADO.Marly%3bKaren.pdf81a249efea2f92c2563ccaa58862b4fcMD54open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82938https://expeditiorepositorio.utadeo.edu.co/bitstream/20.500.12010/6700/2/license.txtabceeb1c943c50d3343516f9dbfc110fMD52open accessCarta autorizacion .pdfCarta autorizacion .pdfapplication/pdf621334https://expeditiorepositorio.utadeo.edu.co/bitstream/20.500.12010/6700/3/Carta%20autorizacion%20.pdf72ef1b56d5c85d08f21b05550486c826MD53open accessTHUMBNAILDocumento reservado temporalmente por solicitud del autor.pdf.jpgDocumento reservado temporalmente por solicitud del autor.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7818https://expeditiorepositorio.utadeo.edu.co/bitstream/20.500.12010/6700/5/Documento%20reservado%20temporalmente%20por%20solicitud%20del%20autor.pdf.jpg9f2373a5bb04a7265543bbb8eda2946eMD55open accessTRABAJO DE GRADO.Marly;Karen.pdf.jpgTRABAJO DE GRADO.Marly;Karen.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6088https://expeditiorepositorio.utadeo.edu.co/bitstream/20.500.12010/6700/6/TRABAJO%20DE%20GRADO.Marly%3bKaren.pdf.jpg084c955024be579416a062cc69cd5e07MD56open access20.500.12010/6700oai:expeditiorepositorio.utadeo.edu.co:20.500.12010/67002019-08-06 12:57:14.819open accessRepositorio Institucional - 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