Estruturas de transição de reações químicas em solução através do método de gradiente de energia livre

• Processo: 16/22723-2
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisador Visitante - Brasil
• Data de Início da vigência: 17 de abril de 2017
• Data de Término da vigência: 16 de agosto de 2017
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Atômica e Molecular
• Pesquisador responsável: Sylvio Roberto Accioly Canuto
• Beneficiário: Sylvio Roberto Accioly Canuto
• Pesquisador visitante: Herbert de Castro Georg
• Instituição do Pesquisador Visitante: Universidade Federal de Goiás (UFG). Instituto de Física, Brasil
• Instituição Sede: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Simulação por computador Estado de transição Reações químicas Energia livre termodinâmica Intercâmbio de pesquisadores Cooperação técnica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Efeitos do meio na estrutura eletrônica de moléculas | Métodos de Otimização | Reação química em solução | Simulação Computacional de Líquidos | Teoria do Estado de Transição | Simulação computacional de sistemas moleculares

Resumo

O projeto de pesquisa propõe a implementação computacional de um método para otimização de estruturas de transição para o estudo de reações químicas em solução utilizando uma descrição atomística do ambiente molecular da reação através de métodos de simulação computacional.Esse método leva em conta explicitamente a estrutura eletrônica do sistema de interesse (onde ocorre a reação) através de métodos de mecânica quântica de primeiros princípios, enquanto o ambiente molecular é tratado através de campos de força empíricos, ou seja, dentro de uma metodologia híbrida chamada QM/MM. Essa metodologia é uma alternativa eficiente e computacionalmente muito menos cara do que as simulações computacionais de primeiros princípios.Essa metodologia híbrida já é utilizada atualmente, nos grupos do pesquisador visitante e do pesquisador responsável, para se otimizar mínimos na hipersuperfície de energia livre do sistema (ou seja, localizar os reagentes e os produtos). Com a implementação da otimização de estruturas de transição em solução será possível uma maior compreensão dos mecanismos de reação, propiciando um avanço significativo no estudo de reações químicas.Apesar de muito importante, o estudo teórico de reações químicas é difícil, mesmo em vácuo, devido à dificuldade em se localizar os estados de transição, os quais permitem uma visão mais completa do mecanismo de reação. Em solução, esse estudo se torna ainda mais complicado devido à necessidade de se levar em conta o ambiente molecular, o que também não é trivial.Existem abordagens simples que podem ser empregadas para a modelagem do ambiente molecular, tratando-o como um dielétrico contínuo, onde o detalhe atomístico é negligenciado. Essas abordagens oferecem uma alternativa interessante para soluções simples onde as moléculas de solvente não interagem especificamente com as moléculas do sistema de interesse. Entretanto, elas falham para soluções mais complexas ou onde há interações soluto-solvente específicas.A nossa proposta é de implementar um método mais geral que pode ser utilizado para atacar de maneira muito mais abrangente o estudo de reações químicas em meio solvente, ou mesmo em ambientes moleculares e biomoleculares mais complexos. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

VALVERDE, DANILLO; GEORG, HERBERT C.; CANUTO, SYLVIO. Free-Energy Landscape of the S(N)2 Reaction CH3Br + Cl- ? CH3Cl + Br- in Different Liquid Environments. Journal of Physical Chemistry B, v. 126, n. 20, p. 8-pg., 2022-05-26. (14/50983-3, 17/02612-4, 16/22723-2)