Transferência de carga induzida por um campo elétrico externo em cadeias poliênicas longas

Abstract

O presente trabalho consiste em um estudo teórico sobre os efeitos de campo elétrico na estrutura eletrônica de sistema do tipo (doador - ponte conjugada aceitador), como parte de uma avaliação mais completa de moléculas que possam funcionar como chaveadores moleculares. O sistema estudado é formado por uma família de betaínas em que longas cadeias poliênicas são substituídas lateralmente por dois pares de grupos doadores e aceitadores de elétrons, (D1, A1) e (D2, A2). Inicialmente, para cada membro dessa família de moléculas, investigamos as possíveis alterações na localização espacial dos orbitais moleculares de fronteira HOMO e LUMO e na carga elétrica das diferentes regiões da molécula como função da separação entre os grupos A2 e D2. Confirmamos por método ab initio a existência de uma inversão na localização espacial do HOMO e do LUMO nos maiores membros dessa família de betaína. A compreensão, ainda que qualitativa, de tais alterações é uma condição necessária para o entendimento do processo de transferência intra-molecular. Em seguida, exploramos teoricamente o efeito que o campo elétrico externo aplicado sobre a molécula provoca sobre as posições dos níveis de energia e sobre a localização espacial dos orbitais moleculares de fronteira. Nossos resultados mostram que tanto a localização dos orbitais moleculares quanto a posição dos níveis de energia sofrem mudanças significativas, com o não-cruzamento de níveis levando a efeitos importantes como a mistura de simetria entre os orbitais moleculares envolvidos e mudanças na carga elétrica das diferentes partes da molécula. Concluímos que a transferência de elétrons entre os grupos doadores e aceitadores substituídos ao longo da cadeia conjugada depende, dentre outros fatores, da distância entre eles. Combinando este fato com a aplicação de campos elétricos ao longo da cadeia é possível controlar o fluxo de carga entre os grupos D e A. Portanto, o transporte global de carga é altamente dependente da interação entre os níveis moleculares induzida pelo campo elétrico, o que permite mudanças súbitas na localização espacial da densidade eletrônica localizada nas diferentes regiões da molécula