Estudio teórico del proceso de protonación de la piridina en clusters de moléculas de agua

Résumé

En este trabajo se presenta un estudio de teórico y mecanístico de la protonación de una base orgánica (la piridina) en clusters de agua. El problema se considera en términos energéticos y termodinámicos. Además, se consideran la variación de la energía de Gibbs, 'delta'G, y el pKa. Se determinan los TS's y los IRC's del proceso de protonación para el caso de la pyr-5(H2O). Para representar explícitamente la transferencia protónica y analizar la estabilización de las especies iónicas formadas, se considera la interacción de la piridina con clusters de agua, que aumentan su tamaño. Se consideran así: pyr-nH2O (n=1-5). Se determinan las características estructurales de la piridina desprotonada y protonada en los diferentes complejos. Además, se analiza la variación de las propiedades enlazantes, al igual que la estabilidad energética de los complejos en función del número de moléculas de agua. También se consideran los modos de vibración en los complejos, a fin de esclarecer el mecanismo que implica la transferencia protónica. El mecanismo de protonación en disolución acuosa puede verse considerando complejos con clusters de agua que aumentan de tamaño. Esta clase de estudio evidenciaría las diferencias que surgen cuando la protonación se hace desde el vacío hasta la disolución. El punto de partida es conocer cuántas moléculas de agua están involucradas en el proceso. La protonación de la piridina en un cluster de n moléculas de agua se describe con el siguiente equilibrio: pyr + nH2O pyr-H+·OH-·(n-1)H2O La ecuación muestra una molécula de piridina hidratada o solvatada, que se protona por abstracción de un hidrógeno de la molécula de agua. El resultado es un catión hidratado (pyr-H+) que se compensa en carga por un grupo hidroxilo (OH-). En los complejos solvatados y protonados, con n=1, 2 y 3, los clusters de agua forman un anillo sencillo con la piridina, donde las moléculas