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

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)