Thesis (M. Sc.)--Carleton University, 2004. / Includes bibliographical references (p. 127-130). Also available in electronic format on the Internet.

Orientador: Gustavo Troiano Feliciano / Banca: Eduardo Maffud Cilli / Banca: Maurício Domingues Coutinho Neto / Resumo: A pilina é um peptídeo produzido pela bactéria redutora de metais Geobacter sulfurreducens. Este peptídeo compõe um sistema biológico que tem atraído a atenção de pesquisadores, devido às suas propriedades condutoras interessantes. Estudos indicam que a pilina é a subunidade de uma estrutura filamentosa denominada pilus e que o conjunto desses filamentos formam uma proteína monolateral, a pili. Investigações revelaram processos de transferência eletrônica na faixa de micrômetros de comprimento, o que sugere, mais provavelmente, um regime de transporte por hopping. Além disso, correntes associadas à topografia referente ao filamento indicaram um comportamento ohmico, característica associada à metais. A ausência de cofatores e citocromo tornam essas propriedades ainda mais interessantes, indicando um transporte eletrônico ao longo da própria estrutura da proteína. Este trabalho apresenta a investigação de fatores que possam contribuir para um transporte de carga tão eficiente sem a presença de citocromo. Para isso, análises foram realizadas em aglomerados aromáticos dentro da estrutura de modelos que mimetizam a pilina e de modelos propostos para o pilus. O estudo é feito utilizando, primeiramente, métodos teóricos clássicos com os pacotes de simulação AMBER e GROMACS, e em seguida cálculos híbridos QM/MM, com tratamento quântico baseado na Teoria do Funcional da Densidade, implementada no código computacional CPMD, para a obtenção da estrutura eletrônica dos grupos aromáticos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Pilin is a peptide produced by the metal reducing bacteria Geobacter sulfurreducens. This peptide is present in a biosystem that has been attracting attention due to its interesting conductive properties. Studies indicate that pilin is a subunit of a filamentous structure called pilus and the arrangement of these filaments form a unilateral protein called pili. Investigations revealed electronic transfer processes in the length range of micrometers, what suggests a hopping transport mechanism. Besides, currents associated with topography indicated an ohmic behavior along the filament, which is a metallic characteristic. The absence of cofactors and cytochrome is even more interesting because it indicates an electronic transport through the protein structure. This dissertation presents an investigation of factors that may contribute to a highly efficient charge transport without a cytochrome. Therefore, it was made an analysis in aromatic agglomerates within the structure of models that mimic pilin and within proposed models for pilus. Initially, it was used methods based on classical mechanics with the simulation packages AMBER and GROMACS, then hybrid calculations QM/MM were performed with a quantum approach based on the Density Functional Theory implemented in CPMD computer code. The mimetic peptides present a considerably high energetic gap for HOMO-LUMO in water. Nevertheless it was reduced in vacuum, mainly for groups of tyrosine where metal-like characteristics were ind... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Dans cette thèse, nous avons optimisé avec succès tous les paramètres pour calculer l'état fondamental du systéme neutre [N,O, Cu]. L'étude de réactions impliquant NO et des métaux de transition est particulièrement intéressante pour le développement de catalyses efficaces pour la réduction de NO, en vue de sonder la possibilité d'une catalyse homogène impliquant les fragments Cu et NO; une prévision précise de la nature de l'interaction entre ces deux fragments est nécessaire en phase gaz. Il a été montré que les calculs MCSCF incluant 12 racines sont nécessaires pour avoir une convergence propre mais donnent des états inversés, l'asymptote. Pour décrire proprement l'état fondamental, nous utilisons les calculs MRCI sur 6 états par espèce de symétrie simultanément. Aussi nous montrons par calculs MRCI, que l'espace actif peut contenir tous les électrons 3d de Cu pour décrire précisément le système. Ici nous utilisons un CAS (22, 13) qui est proche de l'espace de valence complète du système. Nous avons développé une SEP analytique globale qui peut être utilisée pour modéliser les données ab initio obtenues. L'état lié est un état 1 A’ avec une énergie de rCu = 2.382 pm, rNO = 1.134 pm et tCu = 133.495. Nous avons également effectué des calculs précis sur l'état électronique fondamental et sur les états électroniques excités des diatomiques CuO et CuN et obtenu l'énergie de dissociation qui a ensuite été utilisée comme paramètre d'ajustement dans la représentation analytique. Les fondamentaux vibrationnels calculés se comparent bien avec les données expérimentales disponibles. Le potentiel analytique a été utilisé avec succès avec les meilleurs paramètres ajustés pour effectuer des calculs de dynamique quantique sur le complexe, dont les résultats indiquent une diffusion réactive avec un transfert de l'énergie translatoire vers l'énergie vibrationnelle dans le domaine de temps de la femtoseconde. Des résultats plus avancés non-inclus dans ce résumé impliquent des calculs CCSD(T), incluant des corrections relativistes, et une fusion originale entre les données MRCI et CCSD(T) et modélisées avec la SEP analytique, dont les résultats donnent un puit de potentiel plus profond et réduisent la distance de liaison rCu (distance Cu-NO). Nous avons aussi effectué des études de dynamique quantique avec un facteur d'impact variant (J > 0) et une diffusion des énergies de collision, toutes deux dans une approche soit isotrope, soit directionnelle du paquet d'onde initial. / This thesis aims at validating a theoretical protocol to develop global potential energy surfaces for use in the spectroscopy and dynamics of transition metal nitrosyl complexes. To get an insight into the homogeneous catalysis of NO with Cu and the chemical reaction dynamics, an accurate prediction of the nature of the interaction, as well as of the global potential energy surfaces (PES) is necessary in the gas phase. Experimental data are difficult to obtain, hence the importance of carrying out calculations of the lowest electronic states as accurate as possible to address the structure , spectroscopy and dynamics of this system. All ab initio calulations we report here were performed at the multi-reference configuration interaction (MRCI) and at the coupled cluster level of theory. We aslo investigate the importance of relativistic effects in the systems. For CuNO system, it is shown that a complete active space involving 18 valence electrons, 11 molecular orbitals and the prior determination of 12 roots in the MCSCF calculation is needed for overall qualitatively correct results from the MRCI calculations. The present calculations yield a bound singlet A' ground state for CuNO and comparared with previous results. We have obtained new, complete potential energy functions of the ground electronic states of CuO and CuN systems. Comparison of the term values for the lowest electronic states of CuO and CuN with those previously reported in the literature shows a quite good agreement. We derived a novel analytical representation of the adiabatic potential energy surface in the ground electronic state of the CuNO system as a sum of two-body and three-body terms. This compact and flexible representation enables us to make a physically correct interpolation of the ab initio data points at the MRCI level of theory. We use a modified Levenberg-Marquardt algorithm for fitting the potential, which has 19 adjustable parameters and which now enables us to do scattering dynamics of the CuNO system. We perform full dimensional quantum dynamical studies with this new potential. Convergence of the time dependent wavepacket calculation has been achieved. We find that the scattering in CuNO is highly inelastic. Intermediate, excited meta stable reaction products CuNO∗ live for about 0.5 to 1 ps and maybe more.

A escolha do catalisador no processo de reforma a vapor de etanol é de suma importância na determinação da eficiência de produção de hidrogênio, utilizado em células combustíveis. Superfícies de metais de transição (MT) são normalmente utilizadas como catalisadores, porém resultados experimentais têm apresentado que clusters MT suportados em óxidos são mais eficientes e mais seletivos que seus análogos macroscópicos. Assim, para se compreender o mecanismo de interação de etanol e água, e também do radical hidroxila (simples caracterização da ligação O-H), com clusters mágicos MT13 (MT = Ni, Cu, Pd, Ag, Pt e Au), foram utilizados cálculos ab initio baseados na teoria do funcional da densidade com o funcional proposto por Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) e a aproximação de Tkatchenko-Scheffler para as correções de van der Waals (vdW). Os orbitais de Kohn-Sham foram expandidos através de orbitais numéricos centrados nos átomos (NAOs), que estão implementados no pacote Fritz Haber Institute - ab initio molecular simulations (FHI-aims). Foi encontrado que clusters 3d e 4d apresentam configurações mais compactas, enquanto os sistemas de Pt13 e Au13 adotam geometrias mais abertas. Em particular, Au13 possui uma estrutura planar como configuração mais estável, enquanto o seu primeiro isômero mais energético possui uma estrutura 3D. Para os cálculos de adsorção foram selecionados os clusters de menor energia (LOW), e os clusters icosaédricos (ICO). Observou-se que a hidroxila (OH) não possui sítio preferencial ou dependência geométrica durante adsorção, enquanto água e etanol se ligam preferencialmente através do oxigênio no sítio top. Para o caso do etanol também é possível se encontrar isômeros com energias mais altas, na ordem de kT, que se ligam via hidrogênio do grupo CH e que são prováveis a temperatura ambiente. OH possui um elétron desemparelhado, o que favorece a formação de ligações químicas entre a molécula e MT13, de forma que a energia de adsorção varia entre -4.11 e -2.94 eV, condizente com a transferência de carga do cluster para a molécula. Quando se compara a adsorção de água (etanol) sobre superfícies MT(111) e MT13, nota-se que a energia de adsorção, que segue a ordem 3d > 4d > 5d para MT(111), é maior em relação aos clusters e varia entre -255 meV (-317 meV) < -Ead < -670 meV (-837 meV); porém a magnitude da interação ocorre na ordem 3d > 4d, mas 4d < 5d. A quebra da tendência pode ser explicada através dos efeitos de tamanho, que potencializam a atividade catalítica dos clusters de platina e ouro. É possível se observar ainda que as moléculas interagem mais fortemente com os MT13 dos metais com orbitais d semi-preenchidos, uma vez que esses proporcionam um maior rearranjo da densidade eletrônica. Ocorre uma pequena transferência de carga das moléculas de água e etanol para os clusters, apontando para a fraca interação. Cálculos vibracionais suportam as modificações estruturais e energéticas que ocorrem no sistema, onde νO-H aumenta para a hidroxila e diminui para água e etanol. / The choice of the catalyst in steam reforming of ethanol process has a central hole in determining the hydrogen production efficiency, used in fuel cells. Transition-metal (TM) surfaces are commonly used as catalysts, but experimental results have shown that TM clusters supported on oxides are more efficient and more selective than their macroscopic analogues. Therefore, to understand the mechanism of interaction between ethanol and water, and also the hydroxyl radical (simple characterization for the O-H bonding) with TM13 magic clusters (TM = Ni, Cu, Pd, Ag, Pt and Au), we performed ab initio calculations based on density functional theory within the functional proposed by Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) and Tkatchenko-Scheffler approach for van der Waals corrections (vdW). The Kohn-Sham orbitals were expanded by numerical atom-centered orbitals (NAOs), which are implemented at the Fritz Haber Institute - ab initio molecular simulations package (FHI-AIMS). We found that clusters 3d and 4d prefer more compact configurations, while Pt13 and Au13 systems adopt more open geometries. In particular case of Au13, our lowest energy configuration is a planar structure, while the first high energy isomer is a 3D configuration. For adsorption calculations, we selected the lowest energy configurations (LOW), and the icosahedral clusters (ICO). We observed that the hydroxyl (OH) has no adsorption site preference and also it does not show a geometric trend, while water and ethanol preferentially bind via oxygen at the top site. In the case of ethanol, it is also possible to find isomers with higher energies, which bind via hydrogen from CH group, and they are probable at room temperature. OH has an electron unpaired, which favors the formation of chemical bonds between the molecule and TM13, so that the adsorption energy varies from -4.11 to -2.94 eV, consistent with charge transfer from cluster to the molecule. When we compare the water and ethanol adsorption on surfaces TM(111) and on TM13, we note that the adsorption energy, that follows the order 3d > 4d > 5d for MT(111), is higher compared to the clusters energy. For water (ethanol), this property varies between -255 meV (-317 meV) < -Ead < -670 meV (-837 meV); however, the magnitude of the interaction occurs in the order 3d > 4d, but also 4d < 5d. The breaking of the trend can be explained by size effects, that enhances the catalytic activity of platinum and gold clusters. It is also observed that the stronger interaction between molecules and TM13 with d-orbitais partly occupied, since these metals provide a higher rearrangement of the electron density. There is a small charge transference from water and ethanol molecules to the clusters, pointing to the weak interaction. Vibrational calculations support the structural and energetic changes that occur in the system, where νO-H increases for the hydroxyl and decreases to water and ethanol.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2016-09-21T11:11:51Z No. of bitstreams: 1 TeseEM.pdf: 53347773 bytes, checksum: f53113264e0bcc4d094801930562f0f5 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T18:17:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseEM.pdf: 53347773 bytes, checksum: f53113264e0bcc4d094801930562f0f5 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T18:17:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseEM.pdf: 53347773 bytes, checksum: f53113264e0bcc4d094801930562f0f5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T18:17:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseEM.pdf: 53347773 bytes, checksum: f53113264e0bcc4d094801930562f0f5 (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / In this work, calcium molybdate (CaMoO4) crystals, MgTiO3 (MTO) thin films and beta zinc molybdate (b-ZnMoO4) microcrystals were synthesized by the different methods and structurally characterized X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinement, Fourier transform Raman (FT-Raman) and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopies. A combined theoretical and experimental study on the electronic structure and photoluminescence (PL) properties these materials has been employed. Their optical properties were investigated by ultraviolet-visible (UV-vis) absorption spectroscopy and PL measurements. First-principles quantum mechanical calculations based on the density functional theory at the B3LYP calculation level have been carried out. The blue and green PL emissions observed in these crystals of the CaMoO4 were ascribed to the intermediary energy levels arising from the distortions on the [MoO4] clusters due to intrinsic defects in the lattice of anisotropic/isotropic crystals. Band structure and Density of states descried the levels energy and a direct gap (G-G). In principle, the theoretical data suggested a strong hybridization between the O 2p (above the VB) and Mo 4d orbitals (near the CB), respectively. Band structure results indicate an indirect band gap for ordered and disordered models of the MgTiO3 in different regions of the Brilouin zone and density of states (DOS) show creates new levels energy with the dislocated Ti atom. The charge maps were used in this structure to verify densities charge distributed asymmetrically, contributing to the formation densities of electrons and holes in the structure. With relation the b-ZnMoO4, the theoretically calculated results of IR and Raman frequencies are in agreement with experimental results. UV-vis absorption measurements shows an optical band gap value of 3.17 eV, while the calculated band structure has a value of 3.22 eV. The density of states indicate that the main orbitals involved in the electronic structure of b-ZnMoO4 crystals are oxygen 2p in the valence band and Mo 4d in the conduction band. / Neste trabalho, cristais de molibdato de cálcio (CaMoO4), filmes finos de MgTiO3 (MTO) e microcristais de beta molibdato de zinco (b-ZnMoO4) foram sintetizados por diferentes métodos e estruturalmente caracterizados por Difração de Raios-X (DRX), refinamento Rietveld, espectroscopia por transformada de Fourier Raman (FT-Raman) e espectroscopia por transformada de Fourier de infravermelho (FT-IR). Empregou-se o estudo teórico e experimental combinados na compreensão das propriedades de estrutura eletrônica e da fotoluminescência (FL) desses materiais. Suas propriedades ópticas foram investigadas por (UV-vis) espectroscopia de absorção ultravioleta-visível e medidas de PL. Foram realizados cálculos de primeiros princípios da mecânica quântica com base na teoria do funcional da densidade (DFT) com o funcional B3LYP. As emissões FL nas regiões do azul e verde observadas nos cristais de CaMoO4 foram atribuídas aos níveis de energia intermediários decorrentes das distorções no cluster de [MoO4] devido a defeitos intrínsecos na estrutura de anisotrópicos/cristais isotrópicos. Estrutura de banda e densidade de estados descreveram os níveis energia e um gap direto (GG). Em princípio, os dados teóricos sugeriram uma forte hibridização entre os orbitais 2p dos átomos O (acima da banda de valência) e dos orbitais 4d dos átomos de Mo (perto da banda de condução), respectivamente. Resultados da estrutura de bandas indicam um gap indireto para os modelos ordenados e desordenado para o MgTiO3 em diferentes regiões da zona Brilouin e a densidade de estados (DOS) mostram novos níveis de energia com o atomo de Ti deslocado. Os mapas de carga foram utilizados nesta estrutura para verificar densidades de cargas distribuidas de forma assim´etrica, contribuindo para a formação de densidades de el´etrons e buracos na estrutura. Com relação ao b-ZnMoO4, os resultados calculados teoricamente das freqüências Raman e IR estão de acordo com os resultados experimentais. Medições de absorção UV-vis mostram um valor gap de 3,17 eV, enquanto a estrutura de banda calculada tem um valor de 3,22 eV. A densidade de estados indica que os principais orbitais envolvidos na estrutura eletrônica dos cristais de b-ZnMoO4 são orbitais 2p do oxigênio na banda de valência e orbitais 4d do Mo na banda de condução.

abstract: The goal of this theoretical study of infrared spectra was to ascertain to what degree molecules may be identified from their IR spectra and which spectral regions are best suited for this purpose. The frequencies considered range from the lowest frequency molecular vibrations in the far-IR, terahertz region (below ~3 THz or 100 cm-1) up to the highest frequency vibrations (~120 THz or 4000 cm-1). An emphasis was placed on the IR spectra of chemical and biological threat molecules in the interest of detection and prevention. To calculate IR spectra, the technique of normal mode analysis was applied to organic molecules ranging in size from 8 to 11,352 atoms. The IR intensities of the vibrational modes were calculated in terms of the derivative of the molecular dipole moment with respect to each normal coordinate. Three sets of molecules were studied: the organophosphorus G- and V-type nerve agents and chemically related simulants (15 molecules ranging in size from 11 to 40 atoms); 21 other small molecules ranging in size from 8 to 24 atoms; and 13 proteins ranging in size from 304 to 11,352 atoms. Spectra for the first two sets of molecules were calculated using quantum chemistry software, the last two sets using force fields. The "middle" set used both methods, allowing for comparison between them and with experimental spectra from the NIST/EPA Gas-Phase Infrared Library. The calculated spectra of proteins, for which only force field calculations are practical, reproduced the experimentally observed amide I and II bands, but they were shifted by approximately +40 cm-1 relative to experiment. Considering the entire spectrum of protein vibrations, the most promising frequency range for differentiating between proteins was approximately 600-1300 cm-1 where water has low absorption and the proteins show some differences. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Physics 2012

Clusters sub-nanométricos de metais de transição (TM) têm atraído grande atenção devido às suas propriedades físicas e químicas singulares, muito diferentes dos homólogos na fase bulk. Estas propriedades incomuns podem variar de acordo com o tamanho, a composição e o estado de carga para clusters em fase gasosa. Uma compreensão aprofundada da evolução das propriedades em função de tais parâmetros é um pré-requisito necessário para potencializar diversas aplicações, desde catálise até armazenamento magnético, bem como para responder questões fundamentais relacionadas com a estabilidade intrínseca desses sistemas. Porém, esse entendimento ainda não é satisfatório. Neste projeto, usando cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade dentro da aproximação de gradiente generalizado na formulação proposta por Perdew-Burke-Ernzerhoff, investigamos as estruturas atômicas, as propriedades eletrônicas e a estabilidade de todos os TM (30 elementos) clusters unários em função do tamanho (2 – 15 átomos). Para estudar a influência da carga, consideramos clusters de Cun e Ptn (n = 2 – 14) nos estados catiônico, neutro e aniônico, enquanto os efeitos de composição foram considerados para clusters bimetálicos de PtnCum com m = 2,3, · · · ,14 e n = 0,1, · · &middot ;,m. Nossos resultados sugerem que: (i) Os mecanismos de estabilização para os TM clusters unários baseiam-se na natureza das ligações químicas, em que a ocupação dos orbitais d ligantes ou antiligantes e a hibridização s – d afetam fortemente as propriedades. Por exemplo, a maioria dos TM clusters mágicos são acompanhados por picos de hibridização s – d e momentos de dipolo elétrico nulos.(ii) Diferentes parâmetros afetam as estruturas de TM clusters nesse regime de tamanho, tais como, propriedades do átomo livre, interações magnéticas de troca e efeitos relativísticos. (iii) As propriedades são muito susceptíveis ao estado de carga; em particular, as estruturas tendem a diminuir a coordenação atômica quando um elétron é adicionado ao sistema, o que afeta fortemente a transição 2D-3D. (iv) Energia de excesso negativa foi obtida para a maioria dos Pt–Cu clusters, o que fornece uma forte evidência para a formação de clusters bimetálicos. Além disso, nossas análises sugerem que a formação de estruturas tipo caroço(Cu)-casca(Pt) começa neste regime de tamanho, afim de liberar energia de tensão. (v) O centro de gravidade dos estados d ocupados da liga Pt–Cu varia com a composição, e se aproxima do orbital mais alto ocupado para composições em torno de 50%-50%. Em particular, nossos cálculos sugerem um aumento na energia de adsorção de CO e NO sobre Pt7Cu6 em comparação com os clusters unários de Pt13 e Cu13. Consequentemente, estes resultados constituem uma base para compreender a formação de partículas maiores bem como para investigar sistemas mais complexos e realistas, como reações químicas de sistemas moleculares adsorvidos sobre TM clusters estabilizados por ligantes ou suportados. / Sub-nanometre sized transition metal (TM) clusters have attracted great attention due to their unique physical and chemical properties, very different from the bulk counterparts. These unusual properties can vary with size, composition and state of charge for gas-phase clusters. An in-depth understanding of the properties evolution in function of such parameters is a necessary prerequisite to leverage diverse applications, from catalysis to magnetic storage, as well as to answer fundamental questions related with the intrinsic stability of these systems. However, this understanding is not yet satisfactory. In this project, using first-principles calculations based on density functional theory within the generalized gradient approximation in the formulation proposed by Perdew-Burke-Ernzerhoff, we investigate the atomic structures, electronic properties and stability of all TM (30 elements) unary clusters in function of size (2 – 15 atoms). To study the influence of the charge we considered Cun and Ptn (n = 2 – 14) clusters in the cationic, neutral and anionic states, while compositional effects were considered for bimetallic PtnCum–n clusters with m = 2,3, · · · ,14 and n = 0,1, · · · ,m. Our results suggest that: (i) The stabilization mechanisms for unary clusters are based on the nature of chemical bondings, on which the occupation of the bonding or antibonding d orbitals and the s – d hybridization strongly affect the properties. For example, most magic TM clusters are accompanied by peaks in s – d hybridization and null electric dipole moments.(ii) Different parameters affect TM cluster structures in that size regime, such as, free-atom properties, magnetic exchange interactions and relativistic effects. (iii) The properties are very susceptible to the charge state; in particular, the structures tend to decrease the atomic coordination when one electron is added to the system, which strongly affects the 2D-3D transition. (iv) Negative excess energy was obtained for the most PtCu clusters, which provides a strong evidence for the formation of these bimetallic clusters. Moreover, our analyzes suggest that the formation of core(Cu)-shell(Pt) like structures starts at this size regime, in order to release strain energy. (v) The center of gravity of the occupied d states of the Pt–Cu alloy vary with composition and approaches to the highest occupied molecular orbital for compositions around 50%-50%. In particular, our calculations suggest an increase in the adsorption energy of CO and NO on Pt7Cu6 in comparison with Pt13 and Cu13 unary clusters. Thus, these results form a basis to understand the formation of greater particles as well as to investigate more complex and realistic systems, such as chemical reactions of molecular systems adsorbed on ligand stabilized or supported TM clusters.

Orientadores: Douglas Soares Galvão, Scheila Furtado Braga Llanes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T15:39:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marchiori_MarceloAmorim_M.pdf: 2387821 bytes, checksum: 159d3a99481a5ba6c6eb057065531e6e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A Combretastatina é um estilbeno isolado na década de 80, e vem sendo amplamente estudada pela indústria farmacêutica devido à sua promissora ação anticarcinogênica. Como fármaco anticarcinogênico, age interrompendo o ciclo de polimerização e despolimerização dos microtúbulos, componente celular extremamente importante para a motilidade, manutenção estrutural e mitose celular. Sua principal forma de atuação consiste em despolimerizar os microtúbulos estáveis das células endoteliais da vasculatura tumoral, levando ao bloqueio do fluxo sanguineo que alimenta os tumores cancerígenos. Uma das grandes vantagens da Combretastatina, em relação aos demais medicamentos antineoplásicos, é o fato de não levar à resistência medicamentosa no tratamento quimioterápico. Investigamos a estrutura da Combretastatina e 17 derivados por meio de métodos semiempíricos e estudamos a relação entre as propriedades teóricas e a atividade experimental destes compostos, utilizando três metodologias de reconhecimento de padrões: a Metodologia de Índices Eletrônicos (MIE), a Análise de Componentes Principais (PCA) e a Análise Hierárquica de Clusters (HCA). Para cada metodologia construímos regras e padrões, permitindo a classificação dos compostos em ativos e inativos, a partir das propriedades calculadas teoricamente. Os resultados das três metodologias confirmam a aplicabilidade da MIE e reforçam a importância das variáveis eletrônicas para a classificação da atividade biológica das Combretastatinas / Abstract: Combretastatin, a stilbene isolated in 80's, has been widely studied by the pharmaceutical industry due to its promising anticarcinogenic action. As an antineoplastic agent it acts interrupting the polymerization-depolymerization cycle of the microtubules, an important cellular component to motility, strutuctural maintenance and cellular mitosis. Its main feature consists in dissociate the microtubules in endothelial cells of the tumoral vascular system, leading to disruption of the blood ow that feeds the carcinomas. One of the great advantages of Combretastatin, when compared with others compounds, is the fact that it does not lead to drug resistance in chemotherapy treatments. We investigated the structure of Combretastatin and 17 derivatives using semiempirical methods. We performed the study of the relationship between theoretical properties and experimental activity of these molecules using three pattern recognition methodologies: Electronic Index Methodology (EIM), Principal Component Analysis (PCA) and Hierarchical Clusters Analysis (HCA). For each methodology we found rules and patterns capable of classifying our molecules into active or inactive, using the properties theoretically calculated. The results obtained from the three methodologies confirm the applicability of the EIM and reinforce the importance of the electronic variables for the classi cation of the biological activity of Combretastatins / Mestrado / Estrutura Eletrônica de Atomos e Moleculas / Mestre em Física

Orientador: Vitor Baranauskas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T21:57:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batista_JulianaSilva_M.pdf: 1650474 bytes, checksum: 5e384ffa01e0f6cf8cc9677c89725eab (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A estrutura eletrônica dos nanotubos de carbono de parede única depende da direção de enrolamento das estruturas de grafeno, determinada pelo vetor quiral. Os nanotubos podem apresentar carácter metálico ou semicondutor. A partir deste vetor classificam-se os nanotubos em três tipos: zig-zag (n,0), armchair (n,n) e quiral (n,m). A modificação das propriedades eletrônicas dos nanotubos pode ser realizada pelo processo de dopagem, que possibilita introduzir na estrutura dos nanotubos, de forma proposital e controlada, durante o processo de síntese, algum tipo de impureza (átomos de outro elemento químico). Neste trabalho é apresentado um estudo teórico preliminar de fragmentos de nanotubos de carbono dopados com boro ou nitrogênio. Efeitos da substituição de átomos de carbono por átomos de boro ou nitrogênio nas propriedades estruturais e eletrônicas de fragmentos de nanotubos são preliminarmente discutidos. / Abstract: The electronic structure of single-wall carbon nanotubes depends on the rolling direction of their graphene structures, and is determined by the quiral vector. Nanotubes may have metallic or semiconductor properties. According to the chiral indices, carbon nanotubes are classified as: zig-zag (n,0), armchair (n,n) and chiral (n,m). The modification of the electronic properties of the nanotubes may be carried out by doping processes. It is possible to introduce some type of impurity, i.e. atoms of another chemical element, to modify the structure of the carbon nanotubes during the synthesis processes. In this work a preliminary theoretical study of fragments of carbon nanotubes doped with boron or nitrogen is presented. Structural and electronic effects of carbon substitution by atoms of boron, or nitrogen have been preliminary discussed. / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Martin Aznar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T00:31:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_GeormennyRochados_D.pdf: 6068454 bytes, checksum: cec7ef302a02dcd6e8d3a8fc3f8c23e4 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Modelos termodinâmicos capazes de predizer dados de equilíbrio são indispensáveis na síntese e projeto de plantas e de processos químicos, pois pode ser observado, com muita freqüência, que poucos ou nenhum dado experimental estão disponíveis a custos acessíveis para as misturas a serem consideradas. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo desenvolver uma nova versão do modelo UNIFAC (Universal Quasi Chemical Functional-Group Activity Coefficient) para cálculo do coeficiente de atividade capaz de predizer dados de equilíbrio líquido-líquido e avaliar o desempenho deste método em representar tais dados de equilíbrio em substituição aos modelos de contribuição de grupo tradicionais. As modificações apresentadas para o modelo UNIFAC consistem em: (1) utilizar uma nova forma para o termo combinatorial, eliminando a correção de Staverman-Guggenheim; (2) fazer escolha criteriosa dos grupos funcionais com base em cálculos quânticos ab initio (grupos-abinitio) Os parâmetros de volume e área de grupos utilizados no modelo são calculados com base nos volumes e áreas superficiais de cada componente calculados utilizando modelo de solvatação PCM (Polarizable Continuum modelo) o novo modelo foi avaliado fazendo comparações entre suas predições dos dados de equilíbrio líquido-líquidoe as predições obtidas com os modelos:UNIFAC-original com parâmetros de Magnussen e colaboradores, UNIFAC-Dortmund e UNIFAC-Lyngby, utilizando um banco de dados contendo 334 sistemas, binários e ternários, em equilíbrio líquido-líquido e dados de equilíbrio líquido-líquidoenvolvendo aminoácidos determinados experimentalmente neste trabalho / Abstract: Thermodynamic models that are capable of predicting equilibrium data are indispensable in the synthesis and project design of chemical plants and processes, since it is often the case that few or no experimental data are available within reasonable costs for the mixtures under study. Therefore, the objective of this work is to develop a new version of the Universal Quasi Chemical Functional-Group Activity Coefficient (UNIFAC) model to calculate the activity coefficient capable of predicting liquid-liquid equilibrium data, and to evaluate the model's effectiveness in representing these data as compared to the traditional group contribution methods. The modifications to the UNIF AC model implemented in this work consisted in: (1) utilizing a new form for the combinatorial term, by eliminating the Staverman-Guggenheim correction; (2) choosing the functional groups by a judicious examination of ab initio quantum calculus results (ab initio-groups). The volume and area parameters of the groups utilized in the model are calculated taking into account the volumes and surface areas of each component, by using the solvation Polarizable Continuum Model (PCM). The new model was evaluated by comparing its predicted equilibrium liquid-liquid data values to those predicted by the following models: original-UNIF AC with parameters of Magnussen and collaborators, UNIF AC-Dortmund, and UNIF AC-Lyngby. This evaluation utilized a data base comprised of 400 systems, binary and temary, for liquidliquid equilibrium, and liquid-liquid equilibrium data involving amino acids experimentally determined in this work / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química