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Title in Portuguese: Estudo das propriedades vibracionais do aminoácido DL-metionina por espectroscopia Raman
Author: Gusmão, Gustavo Oliveira de Meira
Advisor(s): Melo, Francisco Erivan de Abreu
Co-advisor(s): Freire, Paulo de Tarso Cavalcante
Keywords: Espectroscopia de Raman
Aminoácidos
Raman spectroscopy
Issue Date: 2014
Citation: GUSMÃO, G. O. M. Estudo das propriedades vibracionais do aminoácido DL-metionina por espectroscopia Raman. 2014. 87 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
Abstract in Portuguese: Neste trabalho, cristais de DL-metionina (C5H11NO2S) são investigados através de espectroscopia vibracional variando-se os parâmetros termodinâmicos temperatura e pressão. Medidas de espalhamento Raman foram realizadas no aminoácido DL-metionina (C5H11NO2S) na forma à temperatura ambiente na região espectral entre 40 e 3200 cm-1. Posteriormente foram computados os modos vibracionais e os números de onda da molécula isolada da DL-metionina na forma (C5H11NO2S) através de cálculos de teoria do funcional de densidade (DFT), implementando o funcional de troca e correlação B3LYP e a função de base 6-31 G(d,p) com o auxílio do programa Gaussian 03. Os cálculos computacionais reproduziram as características do material em boa concordância com o espectro experimental. Com base neste acordo, foi possível associar os números de onda observados aos deslocamentos atômicos nas moléculas. Ainda para a molécula de DL-metionina foram realizados cálculos de distribuição de energia potencial PED, o que possibilitou classificar os modos normais de vibração com maior precisão e confrontar com as que foram reportadas na literatura. Foram realizadas medidas de espalhamento Raman no cristal de DL-metionina na região espectral entre 50 cm-1 e 3200 cm-1 desde a temperatura ambiente até a temperatura de 10 K. Nos espectros não foram observadas mudanças significativas, apenas redução dos efeitos de anarmonicidade que se refletiu na mudança de intensidades e larguras de linha. Nos experimentos de espectroscopia Raman variando a temperatura entre 298 K e 443 K, verificou-se que o cristal de DL-metionina sofreu uma transição de fase estrutural em torno de 338 K, as quais foram detectadas no espectro Raman através das mudanças nos picos associados principalmente às vibrações atribuídas ao grupo carboxila (CO2-), e ao grupo anino NH3+, e à ligações CS e CSC e grupos CH2 e CH3. A análise dos espectros Raman obtidos após o retorno a temperatura ambiente revelaram que o cristal de DL-metionina recupera a fase inicial. O experimento de análise térmica confirmou a transição de fase estrutural sugerida pelos experimentos de espectroscopia Raman a altas temperaturas. Medidas de espalhamento Raman em função da pressão hidrostática foram realizadas no cristal de DL-metionina. Os experimentos foram feitos no intervalo espectral entre 50 cm-1 e 1200 cm-1 comprimindo a amostra desde a pressão atmosférica até a pressão de 5,1 GPa e em seguida descomprimindo-a até a pressão atmosférica através do uso de uma célula de pressão a extremos de diamante. Mudanças observadas nos modos externos e em modos relacionados às vibrações das unidades CO2 e NH3+ evidenciaram que o cristal sofre uma transição de fase estrutural em 1,5 GPa, envolvendo ligações de hidrogênio. Os resultados obtidos na descompressão da amostra mostraram que a transição de fase é reversível.
Abstract: In this work, DL-methionine crystals (C5H11NO2S) are investigated by Raman spectroscopy varying the thermodynamic parameters temperature and pressure. Raman scattering measurements were performed on DL-methionine amino acid (C5H11NO2S) in the form at room temperature in the spectral region between 40 and 3200 cm-1. Subsequently the vibrational modes and wave numbers of the isolated methionine molecule through density functional theory (DFT) calculations were computed by implementing the exchange-correlation functional B3LYP and the basis set of 6-31 G (d, p) with the aid the Gaussian 03. The computational calculations reproduced the characteristics of the material in good agreement with the experimental spectrum. Based on this agreement, it was possible to associate the observed wave numbers with atomic displacements in the molecules. Also for the molecule of DL-methionine calculations distribution of potential energy PED were performed, allowing classifying eigenmodes with greater precision and confront those that have been reported in the literature. Measurements of Raman scattering in the crystal of DL-methionine in the spectral region between 50 cm-1 and 3200 cm-1 were performed from room temperature to the temperature of 10 K. In the spectra, no significant changes were observed, only temperature effects associated with decreasing anharmonicity. In the Raman spectroscopy experiments varying the temperature between 298 K and 443 K, it was found that the crystal of DL-methionine has undergone a structural phase transition at around 338 K, which were detected in the Raman spectra through the changes exhibited by the peaks associated with vibrations mainly attributed to carboxyl (CO2-), NH3+ group, CS and CC bonds and CH2 and CH3 groups. The analysis of the Raman spectra obtained after returning to room temperature revealed the crystal DL-methionine retrieves the beta phase. The experiment of thermal analysis confirms the structural phase transition suggested by Raman spectroscopy experiments at high temperatures. Raman scattering as a function of hydrostatic pressure measurements were done in the DL-methionine crystal. The experiments were performed in the spectral range between 50 cm-1 and 1200 cm-1 compressing the sample from atmospheric pressure up to the pressure of 5.1 GPa and then decompressing it to atmospheric pressure. Changes related to the vibrations of the CO2- and NH3+ units and external modes changes show that the crystal undergoes a structural phase transition at 1.5 GPa involving some of the hydrogen bonds. The results of the decompression show that the phase transition is reversible.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/13624
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