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Tipo: TCC
Título: Propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas de cristais farmacêuticos monoclínicos: um estudo DFT do ácido salicílico, ácido acetilsalicílico, acetaminofeno e ibuprofeno
Autor(es): Ferreira, Liciane Lourenço
Orientador: Freire, Valder Nogueira
Palavras-chave em português: DFT;Cristais;Anti-inflamatórios;Propriedades optoeletrônicas
Palavras-chave em inglês: DFT;Crystals;Anti-inflammatory drugs;Optoeletronic properties
Data do documento: 2026
Citação: FERREIRA, Luciane Lourenço. Propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas de cristais farmacêuticos monoclínicos: um estudo DFT do ácido salicílico, ácido acetilsalicílico, acetaminofeno e ibuprofeno. 2026. 58f. Monografia (Bacharelado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: As propriedades do estado sólido dos compostos farmacêuticos desempenham um papel fundamental na sua eficácia terapêutica, influenciando a solubilidade, a biodisponibilidade e a estabilidade. Neste estudo, investigamos as formas cristalinas monoclínicas de quatro medicamentos anti-inflamatórios amplamente utilizados — ácido salicílico, ácido acetilsalicílico (aspirina), acetaminofeno (paracetamol) e ibuprofeno — utilizando a Teoria Funcional da Densidade (DFT). Empregando a funcional PBE com correção de dispersão de Tkatchenko Scheffler, realizamos otimizações geométricas das células unitárias, alcançando parâmetros de rede dentro de 1-2% dos valores experimentais. Cálculos de DFT dependente do tempo (TD-DFT) revelaram espectros de absorção UV-Vis moleculares consistentes com os dados experimentais, elucidando transições eletrônicas importantes. Análises da estrutura de bandas de Kohn-Sham usando a funcional HLE17 identificaram intervalos de banda indiretos variando de 2,99 eV (ácido salicílico) a 4,02 eV (ibuprofeno), com transições quase diretas sugerindo atividade óptica potencial. Para o cristal de ácido acetilsalicílico, o espectro de absorção óptica calculado reproduz as principais características experimentais após uma mudança rígida de energia, destacando a eficácia e as limitações da abordagem DFT-PBE+TS para descrever suas propriedades ópticas. Os cálculos de absorção óptica e função dielétrica para luz polarizada ao longo das direções cristalinas (100), (010) e (001) destacaram respostas anisotrópicas ligadas ao empacotamento cristalino e às redes de ligações de hidrogênio. Essas descobertas fornecem uma compreensão abrangente da interação entre estrutura molecular, rede cristalina e propriedades optoeletrônicas, oferecendo insights e fornecendo uma base teórica para o projeto racional de formulações farmacêuticas com desempenho aprimorado.
Abstract: The solid-state properties of pharmaceutical compounds play a critical role in their therapeutic efficacy, influencing solubility, bioavailability, and stability. In this study, we investigate the monoclinic crystalline forms of four widely used anti inflammatory drugs—salicylic acid, acetylsalicylic acid (aspirin), acetaminophen (paracetamol), and ibuprofen—using Density Functional Theory (DFT). Employing the PBE functional with Tkatchenko-Scheffler dispersion correction, we performed geometry optimizations of the unit cells, achieving lattice parameters within 1-2% of experimental values. Time-Dependent DFT (TD-DFT) calculations revealed molecular UV-Vis absorption spectra consistent with experimental data, elucidating key electronic transitions. Kohn-Sham band structure analyses using the HLE17 functional identified indirect band gaps ranging from 2.99 eV (salicylic acid) to 4.02 eV (ibuprofen), with near-direct transitions suggesting potential optical activity. For the acetylsalicylic acid crystal, the calculated optical absorption spectrum reproduces the main experimental features after a rigid energy shift, highlighting the effectiveness and limitations of the DFT-PBE+TS approach for describing its optical properties. Optical absorption and dielectric function calculations for light polarized along (100), (010), and (001) crystal directions highlighted anisotropic responses tied to crystal packing and hydrogen-bonding networks. These findings provide a comprehensive understanding of the interplay between molecular structure, crystal lattice, and optoelectronic properties, offering insights and providing a theoretical foundation for the rational design of pharmaceutical formulations with enhanced performance.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/84589
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:FÍSICA-BACHARELADO - Monografias

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