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

Processo: 16/22723-2
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Pesquisador Visitante - Brasil
Vigência: 17 de abril de 2017 - 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
Inst. 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 

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)