Curso-Taller
de Química Computacional - Modulo 1
El
Curso-Taller de Química Computacional es un curso de PEDECIBA
Química que se dicta
con frecuencia anual y que consta de dos módulos: Mod1) Caracterización
de especies participantes en procesos químicos reactivos y
sus propiedades haciendo uso de paquetes computacionales; Mod2) Modelado
de la cinética de reacciones químicas en fase homogénea
y heterogénea usando la VTST y el paquete POLYRATE.
A continuación se brinda la información relativa al
primer módulo a cargo del personal del Laboratorio de Química
Teórica y Computacional.
Objetivos
de aprendizaje
Programa
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CONTENIDO TEORICO
Bolilla 1.- Búsqueda de especies
estables (reactivos, productos y especies intermediarias): mínimos
sobe la superficie de energía potencial.
1.1. Definición de la estructura inicial. Distintos
sistemas de coordenadas.
1.2. El guess inicial para el cálculo de los orbitales moleculares
1.3. Selección del conjunto de base.
1.4. Sistemas de capa cerrada y capa abierta: RHF, ROHF y UHF
1.5. Métodos con y sin correlación electrónica
1.6. Compromiso entre precisión y requerimientos computacionales
1.7. Caracterización del punto estacionario: cálculo
de derivadas segundas de la energía. Métodos numéricos
vs. Métodos analíticos.
1.8. Análisis de modos normales en sistemas poliatómicos.
Frecuencias vibracionales y energía vibracional de punto cero
(ZPVE).
1.9. Refinando estructuras...
1.10. Mínimos globales y relativos. Análisis químico
de datos estructurales y energéticos. Calor de reacción
en términos de energía interna, entalpía y energía
libre.
1.11. Cálculo de propiedades moleculares.
Bolilla 2.- Localización
de complejos activados: puntos de ensilladura de primer orden.
2.1. Proposición de la estructura
inicial en regiones de la PES de curvatura adecuada. Algoritmos de
búsqueda vs. intuición química.
2.2. Algoritmos para la localización de puntos de ensilladura.
Técnicas mixtas.
2.3. Caracterización del punto de ensilladura de primer orden.
Análisis de las componentes del vector propio asociado a la
frecuencia imaginaria. Frecuencias vibracionales y ZPVE.
2.4. Barreras de reacción.
Bolilla 3.- Localización de puntos no
estacionarios: construcción del camino de reacción y
análisis global de superficies.
3.1. Algoritmos disponibles para el cálculo de caminos de reacción.
Compromiso entre costo del cálculo y precisión del mismo.
3.2. Sistema de coordenadas isoinerciales
3.3. Recomendaciones para la elección del paso de gradiente.
3.4. Análisis de modos normales para puntos no estacionarios:
proyección de la matriz de derivadas segundas. Verificación
de la convergencia en el camino de reacción
3.5. Análisis global de superficies para el estudio de la reactividad
química. Superficies analíticas, y superficies generadas
punto a punto con métodos NDDO-SRP.
3.6. Efectos del solvente sobre la reactividad: el modelo IEF/PCM
Bolilla 4.- Reactividad en sistemas complejos:
efectos del entorno.
4.1. Efectos del solvente sobre la reactividad:
modelos discretos y contínuos (PCM, Onsager). Aproximaciones
mixtas.
4.2. Métodos de frontera: QM/MM, IMOMM, IMOMO, etc.
CONTENIDO PRACTICO
Práctico 0
Familiarización con el programa
Gaussian 98w.
Práctica 1
Sistemas de coordenadas en la definición
de la geometría molecular.
Práctica 2
Efecto del cambio del conjunto
de base sobre la estructura y la energía.
Práctica 3
Optimización de geometrías
en sistemas de capa abierta y de capa cerrada.
Práctica 4
Incorporación de la correlación
electrónica.
Práctica 5
Optimización de geometrias
y caracterización de especies estables I.
Práctica 6
Optimización de geometrias
y caracterización de especies estables II: Estrategias para
el refinamiento.
Práctica 7
Propiedades Moleculares.
Práctica 8
Búsqueda y caracterización
de un estado de transición.
Práctica 9
Determinación del camino
de reacción (IRC) para una reacción de sustitución
Sn2.
Práctica 10
Modelando sistemas en solución: modelos del contínuo.
Práctica
11
Visualización
de propiedades moleculares vinculadas con la estructura electrónica
con el programa Molekel.
Carga
horaria y frecuencia
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8 horas semanales de
teorico-práctico obligatorios;
Curso PEDECIBA Química y optativa para la Lic. en Bioquímica
y Física de la Facultad de Ciencias. (requiere de conocimientos
previos en fisicoquímica teórica y mecánica cuantica).
Se dicta con frecuencia anual desde 1999.
Material
de apoyo|
Ultimos examenes en PDF: |
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Prácticas de Laboratorio en PDF: (requieren de una contraseña
para ser visualizadas que se brinda a cada estudiante inscripto) |
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Bibliografía
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Parte Teórica
1. Exploring Chemistry with Electronic Structure
Methods. 2nd Ed.(1996) James B. Foresman, Æleen Frisch. Gaussian
Inc.
2. Gaussian98 User's Reference, Michael Frisch, Æleen Frisch
and James B. Foresman. Gaussian Inc., 1998.
3. Introduction to Computational Chemistry, F. Jensen, Wiley &
Sons, 1999.
4. Essentials of Computational Chemistry. Theories
and Models, C. J. Cramer, Wiley &Sons, 2002.
5. Computational Chemistry: A Practical Guide
for Applying Techniques to Real-World Problems, D. C. Young, 2001.
6. Modern Quantum Chemistry. Introduction to
Advanced Electronic Structure Theory. Szabo & Ostlund, McGrw-Hill,
1990.
7. Ab Initio Molecular Orbital Theory; Hehre, W. J.; Radom, L.; Schleyer,
P.v.R.; Pople, J.A. Wiley-New York, 1986.
8. Experiments in Computational Organic Chemistry, Hehre, W. J.; Burke,
L. D.; Shusterman, A. J.; Pietro, W. J.; Wavefunction, Inc, 1993.
9. Dynamical Formulation of Transition State Theory: Variational Transition
States and Semiclassical Tunneling. S. Tucker and D.G. Truhlar, en
New Theoretical Concepts for Understanding Organic Reactions, Kluwer,
1989.
10. Current Status of Transition-State Theory, Truhlar, D. G.; Garret,
B. C.; Klippenstein, S. J., J. Phys.Chem., 100 (1996) 12771.
11. A Chemist’s Guide to Density Functional
Theory, W. Koch, M. C. Holthausen, Wiley-VCH, 2001.
Parte Computacional Software utilizado
Gaussian98w (versión para
Windows disponible en los equipos del Laboratorio de Química
Teórica y Computacional), Hyperchem 5.1 para Windows y software
para visualización gráfica disponible en los equipos
del Laboratorio de Química Teórica y Computacional.
Inscripciones |
Las
inscripciones se realizan en la Bedelía de la Facultad de Ciencias
o directamente en el Lab. de Química Teórica y Computacional,
Anexo Norte, piso 2.
Docentes |
Teóricos-prácticos:
Dra. Laura Coitiño (responsable del curso, Gr.4, DT)
Lic. Pablo Dans (Asistente)
Bach. Vanessa Leone (Ayudante)