Desenvolvimento e teste de um modelo QM/MD/PCM para descrever solvatação e reações em solução usando resposta linear.

• Autor(a) principal: Guilherme Ferreira de Lima
• Data de Publicação: 2010
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BIRC-86ANS3
• topic: Resposta; linear; Solvatação; Modelo contínuo polarizável; Química inorgânica; Solventes; Termodinâmica; Quimica quântica; Química; Quimica inorganica; Dinamica molecular

O desenvolvimento de metodologias para a descrição do efeito do solvente continua sendo uma área bastante importante na pesquisa em química teórica. Métodos que descrevem o solvente de forma explícita fornecem, em geral, bons resultados, no entanto, têm um custo computacional alto. Métodos contínuos, por outro lado, são computacionalmente mais rápidos, mas são altamente parametrizados e não descrevem as interações específicas entre o soluto e o solvente. Apesar dos bons resultados que os métodos contínuos fornecempara espécies neutras, a sua capacidade de tratar íons é limitada.Nessa dissertação, um novo modelo para o cálculo da energia livre de solvatação é aplicado. Nesse modelo, o solvente é particionado em duas regiões. A região mais próxima ao soluto é descrita por moléculas do solvente tratadas explicitamente e a interação solutosolventeé obtida através da aproximação da resposta linear. A região mais distante, por sua vez, é tratada por um contínuo dielétrico. A contribuição eletrostática da energia livre de solvatação para os íons amônio, hidróxido, hidrônio e cianeto em água foram estimadas a partir dos resultados de dinâmica molecular/DC-SCC-DFTB. Os valores foram estimados como média dos cálculos realizados ao longo das trajetórias. A energia livre de solvatação foi calculada usando diferentes números de moléculas de água tratadas explicitamente com o obtjetivo de analisar a convergência do método. A interação do soluto com o solvente tratado explicitamente foi estimada através de cálculos PBE/6-31+G**, enquanto que os efeitos de longa distância foram estimados usando o método PCM (Polarizable Continuum Model). Os resultados mostram que o método converge com aproximadamente 32 moléculas de águatratadas explicitamente. Para os íons amônio e hidrônio, a energia livre de solvatação converge para -73 e -90 kcal mol-1, respectivamente. Esse resultado está em bom acordo com os valores experimentais.Para os íons hidróxido e cianeto a energia livre de solvatação converge para -95 e -69 kcal mol-1, respectivamente. Os resultados dos ânions correspondem a cerca de 80% do resultado experimental, desempenho esse que pode ser atribuído a uma primeira aproximação realizadadentro do formalismo da resposta linear. O modelo mostrou-se convergente e tem como principal vantagem levar em conta a dinâmica do solvente bem como não depender dos parâmetros dos íons nos cálculos usando modelos contínuos. Aplicou-se também o modelo no estudo da hidroxilamina em solução aquosa e os resultados indicam que a espécie neutra é mais estável em solução por aproximadamente 5 kcal mol-1 do que a espécie zwitteriônica.