Desvendando Mecanismos Moleculares do Halotano e do Ácido Ascórbico: dinâmica de Surface Hopping na racionalização da Fotodissociação atmosférica, das razões de ramificação e da inversão Quiral do Halotano; e Dinâmica Molecular de Car–Parrinello na Investigação da Solvatação
| dc.contributor.advisor1 | Ribeiro, Luciano | pt-BR |
| dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000-0001-6988-9766 | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/8085209779362242 | |
| dc.contributor.author | Lopes, Yago Francisco | |
| dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/7469478053328125 | |
| dc.contributor.referee1 | Ribeiro, Luciano | pt.BR |
| dc.contributor.referee2 | Camargo, Ademir João | pt-BR |
| dc.contributor.referee3 | Rosseto, Renato | pt-BR |
| dc.contributor.referee4 | Vaz, Wesley Fonseca | pt-BR |
| dc.contributor.referee5 | Sousa, Gustavo Gomes de | pt-BR |
| dc.date.accessioned | 2026-11-04T13:29:18Z | |
| dc.date.issued | 2026-06-19 | |
| dc.description.abstract | The elucidation of photochemical and solvation processes requires approaches capable of integrating electronic structure, molecular dynamics, and solvent effects. In this thesis, halothane was investigated along two main axes: excited- state photodynamics, with emphasis on the selective dissociation of carbon– halogen bonds and chirality inversion, and solvation in aqueous solution. In parallel, ascorbic acid was used as a water-soluble system to investigate hydration networks stabilized by hydrogen bonds. Ab initio molecular dynamics simulations were performed within the Car–Parrinello formalism (CPMD/PBE), complemented by TDDFT calculations and nonadiabatic dynamics using the Surface Hopping approach. Solvation was characterized through pair radial distribution functions (PRDFs) and mean residence times (MRTs), whereas electronic and topological properties were analyzed using NTO, QTAIM, and RDG methods. For halothane photodynamics, 138 trajectories initiated in S1 and S4 were classified according to their structural outcomes. Molecular stabilization was the most frequent result (51.4%), followed by chirality inversion (25.4%) and permanent dissociation (23.2%). The initial electronic state influenced the selectivity, with a greater contribution of dissociative processes in S4 and an overall predominance of C–Cl cleavage, resulting in a C–Cl:C–Br ratio of 2.20:1. In contrast, 71.4% of the configurational inversion events were associated with the C–Br coordinate, revealing distinct tendencies for fragmentation and stereochemical reorganization. Temporal analysis of 119 trajectories yielded a mean first-arrival time at S0, ts0, of 986.66 fs, with later access to the ground state for trajectories initiated in S4 and for those associated with dissociation or inversion. In aqueous solution, halothane preserved its structural integrity and exhibited weakly structured solvation, characterized by weak and transient interactions consistent with its hydrophobic character. For ascorbic acid, CPMD/PBE simulations revealed selective solvation, particularly at the H(1) and H(2) sites, with persistent hydrogen bonds, characteristic distances close to 2.5 Å, residence times between 10 and 15 ps, and free energies around −10 kcal mol−1. Overall, the results demonstrate that the combination of ab initio molecular dynamics, nonadiabatic dynamics, and electronic and topological analyses enables the connection of electronic structure, nuclear motion, photochemical selectivity, and solvent organization. This thesis advances the molecular understanding of photodissociation, stereochemical reorganization, and solvation processes relevant to atmospheric chemistry and the behavior of biomolecules in solution. | en |
| dc.description.resumo | A elucidação de processos fotoquímicos e de solvatação requer uma abordagem multiescala capaz de integrar rearranjos eletrônicos, dinâmica molecular e efeitos específicos do solvente na definição da estabilidade e da reatividade molecular. Nesta tese, o halotano foi investigado em dois eixos complementares: a fotodissociação em estados excitados, com foco na liberação seletiva de halogênios e na inversão quiral, e a solvatação em solução aquosa, voltada à quantificação de uma interface hidrofóbica fraca e difusa. Em paralelo, a vitamina C foi empregada como sistema hidrossolúvel para desvendar redes de hidratação estabilizadas por ligações de hidrogênio. Foram realizadas simulações de dinâmica molecular ab initio, no formalismo de Car–Parrinello (CPMD/PBE), com pseudopotenciais de Vanderbilt e base de ondas planas, complementadas por cálculos de TD-DFT e dinâmica de surface hopping para os estados excitados do halotano. A solvatação foi caracterizada por funções de distribuição radial de pares (FDRP) e tempo médio de residência (TMR), enquanto as propriedades eletrônicas e topológicas foram analisadas por NTO, QTAIM e RDG. Os resultados indicaram três caminhos principais de fotodissociação do halotano: no estado S1, a clivagem direta da ligação C–Br; no estado S4, dois mecanismos de dissociação da ligação C– Cl, um direto e outro indireto, acoplado ao alongamento da ligação C–Br. Também foram observados eventos de inversão de quiralidade, regiões de forte acoplamento não adiabático e caráter Rydberg em estados excitados específicos, interpretados com apoio das análises de NTO, QTAIM e RDG. Em solução aquosa, o halotano manteve sua integridade estrutural e apresentou solvatação difusa, com interações fracas e transitórias, em concordância com seu caráter hidrofóbico. Para o ácido ascórbico, as simulações CPMD/PBE revelaram solvatação seletiva em sítios específicos, especialmente H(1) e H(2), com ligações de hidrogênio persistentes, distâncias médias próximas de 2,5 Å, tempos de residência entre 10 e 15 ps e energias livres em torno de –10 kcal mol−1. De forma integrada, esta tese demonstra que simulações ab initio, análises eletrônicas e topológicas permitem conectar estrutura eletrônica, dinâmica molecular, efeitos específicos do solvente e reatividade em sistemas molecularmente distintos. Assim, os resultados contribuem para a química teórica e computacional ao ampliar a compreensão de processos fotoquímicos e de solvatação relevantes para a química ambiental, a farmacologia molecular e o comportamento de biomoléculas em solução. | pt-BR |
| dc.identifier.capesdegreeprogramcode | 51005018172P5 | |
| dc.identifier.citation | LOPES, Y. F. Desvendando Mecanismos Moleculares do Halotano e do Ácido Ascórbico: dinâmica de Surface Hopping na racionalização da Fotodissociação atmosférica, das razões de ramificação e da inversão Quiral do Halotano; e Dinâmica Molecular de Car–Parrinello na Investigação da Solvatação. 2026. 514 p. Tese (Doutorado em Associação UFGD/UFCat/UEG) - Câmpus Central - Sede: Anápolis - CET - Henrique Santillo, Universidade Estadual de Goiás, Anápolis-GO, 2026. | |
| dc.identifier.uri | https://bdtd.ueg.br/handle/123456789/2007 | |
| dc.language.iso | pt-BR | |
| dc.publisher | Universidade Estadual de Goiás | pt-BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt-BR |
| dc.publisher.department | Coordenação de Doutorado em Química | pt-BR |
| dc.publisher.initials | UEG | pt-BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação Química | pt-BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt-BR |
| dc.subject | Ab initio molecular dynamics | en |
| dc.subject | Nonadiabatic photodynamics | en |
| dc.subject | Halothane | en |
| dc.subject | Solvation | en |
| dc.subject | Ascorbic acid | en |
| dc.subject.palavraschave | Reatividade fotoquímica | pt-BR |
| dc.subject.palavraschave | Interseções cônicas | pt-BR |
| dc.subject.palavraschave | Interações intermoleculares | pt-BR |
| dc.title | Desvendando Mecanismos Moleculares do Halotano e do Ácido Ascórbico: dinâmica de Surface Hopping na racionalização da Fotodissociação atmosférica, das razões de ramificação e da inversão Quiral do Halotano; e Dinâmica Molecular de Car–Parrinello na Investigação da Solvatação | |
| dc.title.alternative | Unraveling the Molecular Mechanisms of Halothane and Ascorbic Acid: surface Hopping Dynamics for rationalizing the atmospheric Photodissociation, Branching Ratios, and Chiral Inversion of Halothane, and Car–Parrinello Molecular Dynamics for Investigating Solvation | |
| dc.type | Tese | pt-BR |
| dc.type.category | Bibliográfica | pt-BR |
