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

Abstract

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.