Estudio DFT de la interacción agua-heliceno

CAROLINA ZUBIETA; FERULLO, RICARDO M.

Bahía Blanca

Congreso; 107 Reunión de la Asociación Física Argentina; 2023

AFA

Los hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH, por su sigla en inglés) son moléculas con múltiples anillos aromáticos condensados. Se cree que los PAHs son componentes importantes del material carbonoso presente en el medio interestelar. Por otro lado, el agua es abundante en nubes interestelares presentándose como moléculas libres, formando partículas de hielo, o como mantos en granos de polvo. Se ha propuesto que los PAHs pueden servir de base para el crecimiento de agregados de agua; asimismo, algunas reacciones como la hidrogenación de PAHs podrían producirse a partir de complejos moleculares mixtos PAH-H2O. La mayoría de los PAHs son planares, pero también se pueden encontrar estructuras no planares como los helicenos. Estas moléculas están compuestas por anillos aromáticos condensados secuencialmente adoptando una conformación helicoidal. Se ha propuesto que los helicenos pueden formar parte de nubes interestelares. En este trabajo estudiamos la interacción entre una molécula de agua y siete tipos de helicenos, entre 4 y 10 anillos. Para ello utilizamos la aproximación DFT (density functional theory) mediante el funcional vdW-DF2, que incluye correcciones para las fuerzas de van der Waals, tal como están implementado en el programa VASP. La molécula de [4]heliceno, aunque pequeña, ya posee una estructura no planar. En [7]heliceno existe una superposición entre el primer anillo y el último. A medida que el heliceno aumenta de tamaño, los anillos superpuestos que pertenecen a capas distintas están cada vez a menor distancia. Las energías de interacción entre la molécula de agua y los helicenos, medidas en relación a las moléculas libres, varían aproximadamente entre -180 y -200 meV. Estas interacciones son más intensas que con los correspondientes acenos (PAHs de cadenas lineales) de igual número de anillos, que poseen energías de interacción de alrededor de -140 eV. Con [4] y [5]helicenos, la interacción es comparativamente débil, de -180 meV, pasando a ser más estable con [6]heliceno (-206 meV); para [7], [8] y [9]helicenos, los valores están entre -190 y -200 meV, estabilizándose algo más en [10]heliceno (-204 meV). En helicenos con tamaño entre 4 y 7 anillos, la molécula de agua se ubica preferentemente unida a la vez con los anillos primero y último, resultado que se relaciona con la mayor aromaticidad observada en los anillos terminales. Sin embargo, a partir del [8]heliceno, el espacio del surco no es lo suficientemente grande como para albergar a la molécula de agua debido a las fuertes interacciones interplanares. En estos casos la molécula de agua se enlaza preferentemente sobre algunos de los primeros cuatro anillos de la estructura. El interés de este trabajo radica en que la unión entre una molécula de agua y una de PAH (heliceno en este caso) constituye el primer paso hacia la posible formación de pequeñas partículas de hielo en el espacio interestelar.