Curso-Taller
de Química Computacional - Modulo 2
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 segundo módulo a
cargo del personal del Laboratorio de Química Teórica
y Computacional.
Objetivos
de aprendizaje
Programa
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CONTENIDO TEORICO
Bolilla 1.- Estudio de las propiedades dinámicas
de procesos químicos reactivos. Generalidades de la Teoría
Variacional del Estado de Transición (VTST), el programa POLYRATE
y productos derivados. (6 clases = 3 semanas)
1.1 El cálculo de constantes de velocidad usando la
VTST con efecto túnel multidimensional. Tipo de información
que se puede modelar. Terminología empleada para identificar
los distintos niveles de teoría VTST y aproximaciones utilizadas
para reacciones complejas. Alternativas para la obtención de
la información estructural. Estructura básica del programa
y modalidades de uso. Preparación de archivos de entrada y
análisis de ejemplos de cálculos simples: Cálculos
con superficies analíticas.
1.2 La familia de métodos de dinámica directa. Información
requerida para el cálculo directo (estructuras, energías,
y derivadas de la energía). Métodos nativos en POLYRATE.
Utilidad de la interfase GAUSSRATE.
1.3 Métodos para interpolar propiedades en estados de transición
generalizados: cálculos IVTST-n. Opciones disponibles para
este tipo de métodos. Construcción de los archivos de
entrada y cálculos aplicados. Análisis de la información
calculada.
1.4 Mejorando la precisión del estudio: cálculos Dual
Level. Información requerida al nivel superior e inferior.
Cómo elegir la combinación de niveles. Uso de superficies
NDDO-SRP como nivel inferior. Parametrización del método
para la reacción estudiada.
Bolilla 2.- Entrando
en detalles sobre el cálculo de las constantes de velocidad.
Propiedades de reactivos, productos, estado de transición,
y el camino de reacción. (3 clases=1 ½ semana)
2.1 Generación del camino de reacción. Integradores
disponibles. Consideraciones sobre el costo del cálculo del
RP. Generación del primer paso a partir del estado de transición.
Orientación de la estructura molecular y propiedades dinámicas.
Proyección de puntos para mejorar la descripción del
camino.
2.2 Análisis de modos normales transversales. Sistemas de coordenadas
utilizados (rectilíneas y curvilíneas). Introducción
de tratamientos más sofisticados en el cálculo de las
funciones de partición: tratamiento de la anharmonicidad, y
la rotación interna.
2.3 Efecto túnel y cálculo de la curvatura. Consideraciones
especiales. Cálculo de la masa reducida para los estados de
transición generalizados.
Bolilla 3.- Análisis de resultados:
dependencia de la constante de velocidad con la temperatura. Cálculo
de constantes cinéticas isotópicas. (3 clases=1 ½
semana)
3.1 Análisis de la información cinética. Efectos
de tipo variacional. Importancia de las correcciones por efecto túnel.
Error del método.
3.2 La dependencia de las constantes calculadas con la temperatura.
Cálculo de energías de activación. Curvatura
en las curvas de Ahrrenius.
3.3 Efectos cinéticos isotópicos. Cómo se calculan
y que tipos de conclusiones permiten obtener sobre la estructura del
estado de transición y el mecanismo de una reacción.
CONTENIDO PRACTICO
Practico 1 - Introducción al uso del sistema operativo linux.
Practico 2 - Estructura del archivo de entrada general del Polyrate
v8.0 (.fu5).
Practico 3 - Realizando cálculos simples con Polyrate: Análisis
del archivo de salida principal (poly.fu6) y del archivo de salida
resumido (poly.fu15).
Practica 4 - Analizando el archivo de entrada para un calculo de tipo
IVTST.
Practica 5 - Camino de reacción.
Practica 6 - Armando los archivos de entrada para las reacciones que
les fueron asignadas.
Practica 7 - Estudio del efecto túnel sobre la constante de
velocidad de una reacción química.
Practica 8 - Inclusión de efectos cuánticos en los modos
transversales y su influencia sobre la determinación de las
kvel.
Practica 9 - Efecto de la temperatura sobre la constante de velocidad
de una reacción química.
Practica 10 - Efecto isotópicos y su implicancia en la constante
de velocidad de una reacción química.
Practica 11 - Mejorando
el nivel de descripción de la cinética con cálculos
VTST-IC o Dual-Level.
Carga
horaria y frecuencia
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6 horas semanales de
teorico-práctico obligatorios;
3 horas semanales discusión de artículos (seminarios).
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. Fecha de inicio: Cronograma
Académico.
Material
de apoyo|
Prácticas de Laboratorio en PDF: (requieren de una contraseña
para ser visualizadas que se brinda a cada estudiante inscripto) |
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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
Exploring Chemistry with Electronic Structure
Methods. 2nd Ed.(1996) James B. Foresman, Æleen Frisch. Gaussian
Inc.
Gaussian98 User's Reference, Michael Frisch, Æleen Frisch and
James B. Foresman. Gaussian Inc., 1998.
Modern Quantum Chemistry. Introduction to Advanced Electronic Structure
Theory. Szabo & Ostlund, McGrw-Hill, 1990.
Ab Initio Molecular Orbital Theory; Hehre, W. J.; Radom, L.; Schleyer,
P.v.R.; Pople, J.A. Wiley-New York, 1986.
Experiments in Computational Organic Chemistry, Hehre, W. J.; Burke,
L. D.; Shusterman, A. J.; Pietro, W. J.; Wavefunction, Inc, 1993.
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.
Current Status of Transition-State Theory, Truhlar, D. G.; Garret,
B. C.; Klippenstein, S. J., J. Phys.Chem., 100 (1996) 12771.
Introduction to Computational Chemistry, F. Jensen, Wiley & Sons,
1999.
Parte Computacional Software utilizado
POLYRATE v7.3: A new Version of a Computer
Program for the Calculation of Chemical Reaction Rates for Polyatomics.
Steckler, R; Y.Y.Chuang, P. Fast, E.L. Coitiño, J. C. Corchado;
Hu W.P.; Liu, Y.P; Lynch, G.; Nguyen, K.; Jackels, C.; Gu, M. Z.;
Rossi, I.; Clayton, S.; Melissas, V.; Garrett, B. C.; Isaacson, A.
D.; Truhlar, D. G.,
Department of Chemistry and Supercomputer Institute, University of
Minnesota, Minneapolis, MN 55455, 1997.
MORATE 7.3/P7.3-M5.05, Y.-Y. Chuang, P. L. Fast, W.-P. Hu, G. C. Lynch,
Y.-P. Liu, and D.G. Truhlar, Department of Chemistry and Supercomputer
Institute, University of Minnesota, Minneapolis, MN 55455, 1997.
Inscripciones |
Las
inscripciones al curso se realizan en PEDECIBA Química Facultad
de Química o directamente en el Lab. de Química Teórica
y Computacional, Anexo Norte, piso 2.
Docentes |
Teóricos-prácticos:
Dra. Laura Coitiño (responsable del equipo, Gr.4, DT)
Lic. Pablo Dans (Asistente)
Bach. Vanessa Leone (Ayudante)
