Analytical Chemistry books lack a clear link between thermodynamic and equilibrium approaches involving acids and bases. In this work, theoretical calculations were performed to search for these relations. An excellent relationship was found between difference in Gibbs free energy, ∆G of acid dissociation reaction and ∆G of hydrolysis reaction of the corresponding conjugate base. A relationship between ∆G of hydrolysis reaction of conjugate acids and their corresponding atomic radius was also identified, showing that stability plays an important role in hydrolysis reactions. Finally, the importance of solvation in acid/base behavior was demonstrated when comparing the corresponding theoretical and experimental ∆G´s.

A assistência da deslocalização de elétrons sigma ou assistência anquimérica dos elétrons sigma explica grandes diferenças de velocidade na solvólise de 2-exo- e 2-endo-norbornil-p-bromobenzenosulfonatos. Este estudo foi anteriormente analisado pela teoria dos orbitais moleculares em fase gás. Ao revisitar este antigo problema a partir da teoria quântica de átomos em moléculas (QTAIM), novas informações sobre essas reações foram obtidas. Os resultados de QTAIM mostram que, na primeira etapa da solvólise não assistida nucleofilicamente dos alcoóis protonados 2-exo-norbornanol e 2-endo-norbornanol, ambas as reações são anquimericamente assistidas pela participação de elétrons sigma. Similarmente, na primeira etapa da solvólise não assistida nucleofilicamente dos álcoois protonados 2-endo-oxabicicloheptanol e 2-exo-oxabicicloheptanol, os resultados de QTAIM mostram que ambas as reações são anquimericamente assistidas: a primeira a partir da participação da ligação sigma C-O e de pares de elétrons isolados do oxigênio e a última a partir da participação da ligação sigma C1-C2.

The assistance of s electron delocalization or anchimeric assistance of s electrons accounts for the large rate differences in the solvolysis of 2-exo- and 2-endo-norbornyl-p-bromobenzenesulfonates. This study was formerly analyzed by molecular orbital theory in gas phase. By revisiting this old problem from the quantum theory of atoms in molecules (QTAIM), new information on these reactions was obtained. The QTAIM results show that, in the first step of the nucleophilically unassisted solvolysis of protonated 2-exo-norbornanol and of protonated 2-endo-norbornanol, both reactions are anchimerically assisted by sigma bond participation. Similarly, in the first step of the nucleophilically unassisted solvolysis of protonated 2-endo-oxabicycloheptanol and of protonated 2-exo-oxabicycloheptanol, the QTAIM results show that both reactions are anchimerically assisted: the former from sigma bond participation from O-C bonds and valence shell electron participation from oxygen atom and the latter from sigma bond participation from C1-C2 bond.

A ferramenta de Gassman-Fentiman da demanda crescente de elétrons foi usada para identificar íons carbênios e íons carbônios. Contudo, devido ao seu entendimento ambíguo, ela foi pivô de uma disputa histórica. Nós aplicamos a metodologia da Teoria Quântica de Átomos em Moléculas - QTAIM - para caracterizar íons carbênios e íons carbônios de uma forma mais eficaz e mais fácil. Essa metodologia pode ser usada para avaliar se um carbocátion é clássico ou não. Além disso, é possível classificar um conjunto de íon carbônio na ordem de magnitude da deslocalização σ, ou π. Há poucas diferenças entre os resultados de nosso modelo baseado na QTAIM e da ferramenta de Gassman-Fentiman. Contudo, diferentemente da ferramenta de Gassman-Fentiman, os cátions 7-anisol-7-norbornenila e 2-anisol-2-norbornila são não-clássicos, embora sejam os menos íons não-clássicos em seus conjuntos correspondentes de cátions estudados.

The Gassman-Fentiman tool of increasing electron demand was used to identify carbonium and carbenium ions. Nonetheless, due to its ambiguous understanding, it was pivot of a historical dispute. We applied the Quantum Theory of Atoms in Molecules (QTAIM) metodology to characterize the carbonium and carbenium ions on an easier and more effective way. By comparing selected topological information of reference carbenium ions the QTAIM metodology can be used to evaluate whether a carbocation is classical or not. In addition, it is possible to rank a set of carbonium ions in order of their corresponding σ or π delocalization. There are few differences between our QTAIM-based model and Gassman-Fentiman tool. Unlike Gassman-Fentiman tool results, 7-anisyl-7-norbornenyl and 2-anisyl-2-norbornyl cations are non-classical, although they are the least nonclassical ions in their corresponding set of studied cations.

A estabilidade relativa do dicátion 1,3-desidro-5,7-adamantanediila é atribuída a sua aromaticidade tridimensional. Contudo, sua natureza eletrônica não é bem conhecida. A fim de entendê-la melhor, os di- e monocátions do adamantanodiil e alguns de seus análogos foram estudados utilizando a teoria de átomos e moléculas (AIM). Eles foram comparados com análogos de adamantano não-aromáticos. Os resultados de AIM indicam que a densidade eletrônica no centro da estrutura em gaiola e a média de todos os índices de deslocalização, envolvendo seus átomos cabeças-de-ponte são maiores em compostos aromáticos do que em não-aromáticos. A degenerescência energética dos átomos cabeça-de-ponte, a uniformidade e magnitude da carga compartilhada entre estes, distingue os dicátions 1,3-adamantila e 1,3-desidro-5,7-adamantanediila. Contudo, ambos são aromáticos, assim como o 1,3-desidro-5,7-diboroadamantano. O cátion 1,3-desidro-7-adamantila tem uma homoaromaticidade planar característica.

The relative stability of the 1,3-dehydro-5,7-adamantanediyl dication is ascribed to its tridimensional aromaticity. However, its electronic nature is not well known. In order to improve its understanding, dicationic and monocationic adamantanedyil species and some key analogues were studied by atoms in molecules (AIM) theory. They were compared to non-aromatic adamantane analogues. AIM results indicate that the density in center of the cage structure and the average of all delocalization indexes involving its bridged atoms are higher in aromatic than in non-aromatic compounds. Degeneracy in energy of the bridged atoms, uniformity and magnitude of their shared charge distinguish the dications 1,3-adamantyl and the 1,3-dehydro-5,7-adamantanediyl. However, both are aromatic as well as the 1,3-dehydro-5,7-diboroadamantane. The 1,3-dehydro-7-adamantyl cation has a characteristic planar homoaromaticity.

A aromaticidade tem sido exaustivamente discutida e continua sendo um tema misterioso. Nesse trabalho é proposto um novo índice de aromaticidade chamado índice baseado na densidade-degenerescência-deslocalização ou, simplesmente, D3BIA, numa tentativa de lançar nova introspecção sobre esse tema. Esse índice é baseado na teoria de átomos em moléculas (AIM) e, de certa forma, é suportado pela teoria dos spins acoplandos (SC). A aromaticidade diminui com o número de heteroátomos na molécula aromática, pois a degenerescência diminui, e diminui com o aumento do tamanho do anel do composto aromático porque desfavorece a sobreposição dos estados monoeletrônicos. A relação entre planaridade do anel, sua densidade eletrônica e aromaticidade é também observada. A interação atrativa da ressonância de 6 elétrons pi no diânion ciclobutadieno compensa sua interação repulsiva carbono-carbono enquanto no seu parente dicatiônico a ressonância de 2 elétrons pi é insuficiente para contrabalancear sua interação repulsiva e adota uma estrutura não-plana.

Aromaticity has been exhaustedly discussed for several years and it remains as a misterious issue. In this work it is proposed a new index of aromaticity named density, degeneracy and delocalization-based index of aromaticity or simply D3BIA in an attempt to cast new insight and perspective over this theme. This index is based on AIM (atoms in molecules) theory and it is somewhat supported by SC (spin-coupled) theory. Aromaticity decreases as the number of heteroatoms in the aromatic molecule increases since degeneracy decreases and it decreases as the ring size of an aromatic compound increases because it disfavors overlap of single-electron states. The relation between planar structures, electron density and aromaticity is also observed. The attractive interaction of 6pi-electron resonance in cyclobutadiene dianion compensate its carbon-to-carbon repulsive interaction while in its dicationic parent the 2pi-electron resonance is insufficient to counterbalance its carbon-to-carbon repulsive interaction and it adopts a puckered structure.