Estudio computacional de la estructura y reactividad de moléculas de interés astroquímico: isómeros de CH5NO2

Abstract

En el presente trabajo se ha realizado el estudio teórico/computacional de posibles moléculas con la fórmula molecular CH5NO2: sistemas de pequeño tamaño con átomos ligeros que son objeto de interés en áreas tan diversas como la Química Interestelar o la Catálisis Enzimática. Se proponen ocho isómeros: CH2(OH)NHOH , CH(OH)2NH2, CH3N(OH)2, CH3N(OOH), CH(OOH)NH2, (CH3O)NHOH, (CH3O)ONH2 y CH2(OH)ONH2. El estudio incluye predicciones de propiedades moleculares que pueden facilitar su detección interestelar: parámetros estructurales, momentos de inercia, constantes de rotación y frecuencias de vibración. Se han empleado diferentes metodologías tanto dentro del contexto de la teoría del funcional de la densidad (DFT) como ab initio: B3LYP, MP2, utilizando los conjuntos de funciones de base 6-311+G(d,p) y aug-cc-pVTZ. A nivel B3LYP/6-311+G(d,p) el mínimo global es el aminometanodiol, CH(OH)2NH2, seguido en energía por el hidroxiaminometanol CH2(OH)NHOH y por el aminoximetanol , CH2(OH)ONH2. Los otros cinco isómeros propuestos se encuentran sustancialmente más altos en energía. Sobre los tres isómeros más estables se realizó un análisis conformacional por métodos de Mecánica Molecular, empleando el campo de fuerzas MMFF, refinándose posteriormente los confórmeros obtenidos optimizando su geometría a nivel B3LYP/6-311+G(d,p). Tomando como base el confórmero más estable de cada isómero a este nivel, se realizaron cálculos a nivel MP2/aug-cc-pVTZ, obteniéndose una mejor aproximación a la geometría, la energía y la predicción del espectro vibracional de cada uno de ellos. En concreto, se tiene que a este último nivel de teoría los isómeros CH2(OH)NHOH y CH3(OH)ONH2 están a 44.75 y 47.76 kcal/mol, respectivamente, del isómero más estable, CH(OH)2NH2. Posteriormente, sobre los confórmeros más bajos en energía de cada uno de los tres isómeros más estables se realizó un estudio del enlace basado en la Teoría de Bader de Átomos en Moléculas para caracterizar el tipo de interacciones presentes. Por último, con el objeto de analizar la estabilidad de los isómeros bajo condiciones interestelares, se ha llevado a cabo un estudio termodinámico y cinético de diversas reacciones sencillas de descomposición o formación de los isómeros más estables.