Study of hydrogen bonds and their influence on the optical and electrical properties of organic molecules in a solvent.

Este trabalho tem como interesse o estudo de ligações de hidrogênio e sua influência em propriedades ópticas e elétricas de moléculas em meio solvente. Sendo a ligação de hidrogênio uma interação especifica entre o soluto e o solvente, modelos contínuos de solvente não se prestam a tais aplicações. Assim, adotamos um modele discreto de solvente, que leva em conta explicitamente cada molécula do solvente. Como soluto estudamos as moléculas da classe das azinas, que devido ao lone pair no átomo de nitrogênio, apresentam a formação de ligações de hidrogênio com moléculas de solventes próticos. Urna simulação Monte Carlo e realizada em um número de moléculas de solventes polares e apolares. A análise da estrutura do solvente em torno de cada soluto é realizada utilizando-se funções de distribuição radial de pares. A análise das ligações de hidrogênio entre soluto e solvente também é feita. Estruturas supermoleculares envolvendo o soluto com moléculas mais próximas e, em separado, com as moléculas ligadas por pontes de hidrogênio, são usadas como entrada para cálculos semi-empíricos de mecânica quântica da primeira transição eletrônica de absorção e da primeira hiperpolarizabilidade. Apenas estruturas geradas pelo Monte Carlo estatisticamente descorrelacionadas foram utilizadas no cálculo quântico. Os resultados são analisados e comparados com dados experimentais e outros cálculos teóricos. Os resultados apontam uma contribuição marcante da ligação de hidrogênio no espectro de absorção UV-visível. Tanto no solvatocromismo como na hiperpolarizabilidade, a contribuição da molécula do solvente mais próxima, formadora de ligação de hidrogênio, e a mais relevante.The interest of this work is the study of hidrogen bonding and it influence on the electrical and optical properties of molecules in solvent media. Once that hydrogen bonding is a specific inte- raction between solute and solvent, continuum solvent models are not a appropiate choice to face this problem. Thus, we adopted a discrete solvent model that take into account each sol- vent molecule. We studied a class of organic molecules called azines that due the lone pair present in the ni- trogen atom, this molecules show hydrogen bonding with molecules of a protic solvent. A Monte Carlo simulation is performed in a number of polar and non-polar solvente molecules. Analisys of the solvent structure around each solute molecule is performed using the radial distribution function. Hydrogen bonding analysis between solute and solvent is also carried out. Supermolecular structures involving the solute and the nearest solvent molecules and, separa- tely, the hydrogen bonded molecules, are used as input to quantum mechanical semiempirical calculations of the first electronic absorption transition and the first hyperpolarisabilty. Only statistically non-correlated superstructures were used in the calculation. The results are analy- sed and compared to experimental and other theoretical results. The results show a remarkable contribution of the hydrogen bonding on the UVvisible spec- trum. As well as the solvatochromic shift, the change in the first hyperpolarizability is mainly due to the contribution of the nearest solvent molecule, which is involved on the hydrongen boding formation