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Aplicación de métodos topológicos y de inteligencia artificial a la selección de nuevos antibacterianos

Murcia Soler, Miguel 21 January 2003 (has links)
El presente trabajo constituye una aplicación de la topología molecular, que tiene por objetivo la obtención de nuevos compuestos con actividad antibacteriana aplicando un modelo basado en redes neuronales artificiales combinado con análisis lineal discriminante, para realizar la selección molecular, empleando como descriptores un conjunto de Índices Topológico-Estructurales desarrollados en nuestra unidad de investigación, caracterizados por ser números enteros sencillos y cumplir una de las características fundamentales de los índices topológicos que es la de ser invariantes de grafo.En primer lugar se eligió el grupo farmacológico sobre el que trabajaremos que en nuestro caso fueron los antibacterianos. El interés por dicho grupo terapéutico se basa fundamentalmente en su gran importancia clínica, unido a la creciente aparición de resistencias a los antibióticos habitualmente empleados, lo que hace necesaria la búsqueda de nuevas estructuras químicas que posean dicha propiedad farmacológica.Una vez elegido el grupo terapéutico el siguiente paso es seleccionar las moléculas que van a constituir los grupos de discriminación, es decir, activos e inactivos. Las moléculas pertenecientes a ambos grupos fueron obtenidas de la base de datos de la decimosegunda edición en CD-Rom del Merck Index.El grupo de activos está compuesto por 217 antibacterianos pertenecientes a distintos grupos químicos como son aminoglicósidos, anfenicoles, ansamicinas, β-lactámicos, lincosamidas, macrólidos, polipéptidos, tetraciclinas, nitrofuranos, quinolonas, sulfonamidas, sulfonas y otros. El grupo de inactivos está compuesto por 216 moléculas pertenecientes a distintas categorías terapéuticas como son analgésicos narcóticos, analgésicos no-narcóticos, antidepresivos, antihistamínicos, hipolipemiantes, antihipertensivos, hipoglucemiantes y sedantes e hipnóticos. Tanto en el grupo de activos como en el de inactivos se realiza una división estableciendo grupos de aprendizaje o entrenamiento y de test compuestos por el 70 % y el 30 % de moléculas respectivamente. A partir de la descripción en formato SMILES de las moléculas obtenemos una estructura de datos en forma de grafo, que mediante algoritmos de recorrido en profundidad y recorrido en anchura nos permiten calcular sus correspondientes índices topológico-estructurales, que nos proporcionan información sobre el número y tipo de átomos, número y tipo de enlaces, valencia topológica y distancias entre pares de átomos de la molécula. El siguiente paso es el procesado de estos índices mediante la red neuronal artificial, que tras un proceso de entrenamiento determinaremos cuáles serán las características más idóneas de la misma para realizar un adecuado proceso de discriminación. De forma paralela al procesado de índices mediante la red neuronal artificial, se realiza un análisis lineal discriminante, tras el cual obtendremos una función discriminante, que permita realizar la clasificación de los compuestos en activos e inactivos.Posteriormente mediante la función discriminante obtenida realizaremos una búsqueda guiada de estructuras con teórica actividad antibacteriana, que cumplan los requisitos topológicos marcados por dicha función, de entre los compuestos de la base de datos del módulo CS ChemFinder 5.1, perteneciente al paquete CS ChemOffice, una de las herramientas más útiles en el sector de la química computacional. La base de datos contiene catálogos de moléculas de distintos laboratorios como son Sigma-Aldrich, Fluka, Fisher, Avocado, etc.Una vez seleccionados distintos compuestos mediante la búsqueda guiada anteriormente citada, debemos calcular los índices topológico-estructurales de los mismos y posteriormente se procede a procesar estas moléculas, introduciéndolas en la red neuronal artificial entrenada, obteniendo una clasificación de estos compuestos en activos e inactivos.Los compuestos que mostraron teórica actividad antibacteriana fueron sometidos en primer lugar a ensayos de susceptibilidad antimicrobiana frente a cuatro cepas de microorganismos de referencia, dos gram-negativos y dos gram-positivos, para poner de manifiesto su actividad y la capacidad predictiva del método propuesto. Posteriormente los compuestos que se mostraron activos en estos ensayos fueron sometidos a ensayos de toxicidad aguda en animales de experimentación con objeto de determinar la Dosis Letal 50 de los mismos. De los compuestos seleccionados como teóricos antibacterianos, cuatro de ellos confirmaron dicha actividad, el compuesto N-[4-(2-Benzoxazolil)fenil]maleimida mostró actividad simultáneamente frente a Escherichia coli, Staphylococcus aureus y Enterococcus faecalis, obteniendo valores de CMI que mejoran claramente los que presentan Cefalosporina C y Ácido nalidíxico, empleados como fármacos de referencia; el compuesto 1,1'-(Metilene-di-4,1-fenilen)bismaleimida lo hizo frente a Staphylococcus aureus y Enterococcus faecalis; el producto o-Cresolftaleina complexona se mostró activo frente a Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa; mientras que el compuesto Dianhidrido etilendiaminotetraacético presentó actividad frente a Escherichia coli y Enterococcus faecalis. La determinación de la DL50 intraperitoneal en ratón para los cuatro productos que mostraron actividad antibacteriana, ha puesto de manifiesto la escasa toxicidad de los mismos, obteniéndose márgenes terapéuticos de considerable amplitud para dos de ellos, pues el compuesto N-[4-(2-Benzoxazolil)fenil]maleimida presenta valores de DL50 entre diez y veinte veces superior a los de CMI obtenidos frente a Enterococcus faecalis y Staphylococcus aureus; mientras que el compuesto 1,1'-(Metilene-di-4,1-fenilen)bismaleimida posee valores de DL50 entre tres y seis veces superiores a sus valores de CMI frente a Enterococcus faecalis y Staphylococcus aureus.Los resultados obtenidos confirman plenamente la validez del método topológico empleado, en la búsqueda y selección de nuevas estructuras con actividad antibacteriana, tanto por la idoneidad de los índices topológico-estructurales como por la utilización combinada de análisis lineal discriminante y redes neuronales artificiales. / In this work we use an interesting approach to QSAR analysis, namely the use of a set of Topological Indices as simple integers applied to individual atoms and bonds in molecules. The important common feature of all those descriptors is the independence of their numerical values on renumbering atoms in a chemical structure. These descriptors encode information about atom type, bonds, degree vertex, distances between pairs of atoms, etc. and so constitute an alternative to the use of molecular descriptors in QSAR studies, not only for the calculation process but also for a simpler interpretation in the prediction of the biological properties for a homogeneous collection of chemicals, so that such models are generally applicable.Finding structure-activity relationships is essentially a pattern recognition process, and historically, QSAR models have been developed using linear methods such as Linear Discriminant Analysis, however, several nonlinear QSAR methods have been proposed in recent years. Artificial Neural Networks is one group of methods that are increasingly being used in drug design to QSAR studies. This method is capable of recognize highly nonlinear structure-activity relationships, in contrast, LDA approaches can capture only linear relationships between molecular characteristics and structural or functional features to be predicted.The aim of this work was to discriminate between antibacterial and non-antibacterial compounds by topological methods and demonstrate the discriminative ability of the group of simple topological descriptors above mentioned in order to select new antibacterial agents from among new structures. For this purpose, the methods used for antibacterial activity discrimination were linear discriminant analysis and artificial neural networks. In the current study a total of 217 molecules with well-known antibacterial activity and 216 compounds without this activity were used.Finally, pharmacological and toxicological tests were carried out to determine the antibacterial activity and toxicity respectively of the compounds selected.
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Molecular imprinting for sensor recognition elements

Stanley, Simon Mark January 2002 (has links)
No description available.
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Anàlisi de la densitat electrònica en sistemes amb metalls de transició

Bo Jané, Carles 25 November 1992 (has links)
No description available.
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Ab-initio insight into the organic photochemical diversity: non-radiative decay in uracil and derivatives and intramolecular charge transfer mechanisms in the benzonitrile family

Yannick, Mercier 20 June 2011 (has links)
En esta tesis, se ha estudiado dos tipos de reacciones fotoquímicas. Por una parte, se han determinado los mecanismos de reacciones de desactivación no radiativa en la molécula de Uracilo, que forma parte del ARN. Mediante el estudio de derivados del uracilo (5-fluorouracilo y 5- y 6-aminouracilo) se ha podido explicar por qué los derivados presentan estados excitados con tiempos de vida màs largos que el sistema original. También se ha estudiado la fotoquímica de la familia de los aminobenzonitrilos (biciclos, 4F-DMABN y los isomeros del DTABN). Se han determinado los mecanismos de la reacción de transferencia intramolecular de carga, con localización de las especies luminiscentes. Los diferentes derivados han permitido estudiar los efectos estericos y electrónicos y explicar los patrones de fluorescencia diferentes encontrados para los distintos derivados. Los estudios fueron realizados mediante el método CASSCF/CASPT2, con una buena adecuación a los resultados experimentales. / In this thesis, we studied two different types of photochemical reactions. On one hand, we determined non-radiative decay mechanisms for uracil molecule, which is part of the RNA. We then studied some derivatives of uracil (5-fluorouracil and 5- and 6-aminouracil) in order to explain their longer excited states lifetime relative to the parent system. It also allowed us to confirm our initial hypothesis. A second part of our work was about the Intramolecular Charge Transfer (ICT) in the benzonitrile family. Three derivatives of the DMABN have been studied: bicycle systems, 4F-DMABN and DTABN isomers. These systems allowed us to check both electronic and steric effects as well as to explain the mechanisms controlling the potential dual fluorescence and the emitting species. Our studies have been done using the CASSCF/CASPT2 method, with a good agreement with experimental results, which confirms the reliability of this method.
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Cyclic derivatives of D-glucose and tartaric acid as building blocks for renewable polyesters

Japu, Cristina 21 November 2014 (has links)
Three series of aromatic copolyesters derived from poly(ethylene terephthalate) (PET), poly(butylene terephthalate) (PBT) and poly(hexamethylene terephthalate) (PHT) have been synthesized by melt polycondensation in which the terephthalate and oxyalkylene units have been partially or totally replaced by monocyclic and bicyclic diacids and diols obtained by derivatization of renewable monomers such as tartaric acid and D-glucose respectively. Another series of aliphatic copolyesters derived from poly(butylene sebacate) has been prepared by both melt polycondensation and enzymatic polymerization in solution where both the sebacate and butylene units have been partially or totally replaced by the bicyclic diacid or diol derived from D-glucose. All series of polyesters and copolyesters were characterized by FTIR and NMR in solution. The chemical composition of the copolyesters was determined by 1H NMR. On the other hand the microstructure, determined by 13C NMR was observed to be at random for all series. The molecular weights determined by intrinsic viscosimetry and gel permeation chromatography (GPC) were high but decreasing when the content of the sugar monomer increased. The thermal properties were evaluated by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis. It was observed that the thermal stability was not affected when the oxyalkylene unit was the replaced unit, but decreased slightly when the terephthalate unit was replaced one. The new copolyesters showed higher glass transition temperatures than the parent poly(alkylen terephthalate)s, being superiors for the copolyesters obtained from the bicyclic derivative of D-glucose than for the monocyclic derivative of tartaric acid. All copolyesters were less crystalline than the parent homopolyesters, with both melting and enthalpies decreasing with the increased content of the sugar units. The crystalline structure determined by X-ray diffraction was similar to the PET, PBT and PHT polyesters. Finally it was studied the hydrolytic and enzymatic degradability by weight loss, molecular weight determinations and scanning electron microscopy (SEM). All new copolyesters showed enhanced degradability in water and biodegradability. / En esta Tesis se han sintetizado mediante reacción de policondensación en masa tres series de copoliesteres aromáticos derivados del poli(etilen tereftalato) (PET), poli(butilen tereftalato) (PBT) y poli(hexametilen tereftalato) (PHT) en los que se han sustituido parcial o totalmente las unidades tereftalicas o las unidades oxialquilénicas por diácidos y dioles cíclicos y bicíclicos obtenidos por derivatización de monómeros de origen natural como son el ácido tartárico y la D-glucosa. También se han sintetizado mediante policondensación en masa y en disolución por vía enzimática una serie de copoliesteres alifáticos derivados del poli(butilen sebacato) en los que las unidades oxibutilénicas y sebácicas se han reemplazado por dioles y diácidos bicíclicos derivados de la D-glucosa. Todas las series se han caracterizado espectroscópicamente mediante FTIR y RMN en disolución. Mediante RMN de 1H se ha determinado la composición de los copolímeros. Por otro lado mediante RMN de 13C se ha estudiado la microestructura de los mismos. Dicho estudio reveló que todos los copolímeros eran al azar. Los pesos moleculares determinados mediante cromatografía de permeabilidad en gel y viscosimetría capilar resultaron ser aceptables, aunque en todos los casos disminuían a medida que aumentaba el contenido del monómero de origen renovable. Las propiedades térmicas se han evaluado mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC) y análisis termogravimétrico. Se ha observado que la estabilidad térmica no se ve apenas afectada cuando la sustitución se realiza sobre la unidad oxialquilénica y que por otro lado desciende cuando es la unidad tereftálica la sustituida. Los nuevos copolímeros presentaron temperaturas de transición vítrea superiores, observándose que este aumento era superior en los copolímeros que incorporaban el diol o el diácido bicíclico derivado de la D-glucosa que en los que incorporaban el diol o el diácido monociclico derivado del ácido tartárico. Los copolimeros eran por lo general menos cristalinos, menos cristalizables y con temperaturas de fusión inferiores. La estructura cristalina de los mismos determinada mediante difracción de rayos-X era semejante a la de los homopolimeros PET, PBT y PHT. Se ha estudiado la degradabilidad hidrolitica y la biodegradabilidad de todos ellos mediante medidas de pérdida de peso, pesos moleculares, microscopía electrónica de barrido (SEM), observándose un aumento de ambas propiedades para los nuevos copolímeros.
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Modelización de la electrodisolución del cinc en medio ácido.

Giménez Romero, David 23 April 2004 (has links)
En esta Tesis se ha contribuido al desarrollo metodológico y la aplicabilidad tanto de la Microbalanza Electroquímica de Cuarzo (EQCM) como de la Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS).En el análisis de la respuesta de la EQCM, se ha aplicado el uso de la función F(dm/dQ), la cual proporciona una estimación del peso molecular de las especies que intervienen en una transferencia faradaica. De esta manera, se ha profundizado en su aplicación al depósito y disolución del cinc, lo que permite postular la formación de una nueva fase de Zn(I) en la disolución anódica del cinc de distintos tipos de galvanizado. Esta cinética se ha cuantificado mediante la realización de experiencias de EIS y el contraste de dos modelos: a) deducción de la función que explica las impedancias electroquímicas teóricas, elaborada a partir de leyes cinéticas, y b) el uso de circuitos equivalentes. Desde esta perspectiva se han analizado las funciones Z(w), Y(w) y C(w).Además, también se ha profundizado en el sistema electródico ES F PB, por considerarse modelo teórico dentro del estudio de películas electroactivas. / The use of the F(dm/dQ) function has been applied in the analysis of the Electrochemical Quartz Microbalance (EQCM) response, which proportionate a estimation of the atomic weight of the species involved in a faradaic transfer. Thus, it is studied in depth the zinc electrodeposition as well as its anodic dissolution, this one has allowed to postulate the formation of a new phase of Zn(I) in the zinc anodic dissolution process of different galvanized.The dissolution kinetics has been quantified by means of the realization of EIS experiences and the contrast of two models: a) the deduction (from kinetics laws) of the theoretical electrochemical impedances function and b) the use of equivalent circuits. Accordingly, the Z(w), Y(w) and C(w) functions have been analyzed.Furthermore, the electrodic system ES F PB has been studied in depth due to the fact that it is considered a theoretical model in the study of electroactive films.
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Selección de nuevos antibacterianos por tipología molecular

Simón García, Victoria Eugenia 04 December 2003 (has links)
Se ha utilizado la topología molecular para obtener la caracterización numérica de una serie de moléculas con actividad antibacteriana del grupo de las fluorquinolonas, utilizando un conjunto de índices topológicos que son descriptores de la estructura molecular. Tras la obtención de las relaciones Q.S.A.R. y de las funciones de conectividad, se realiza el análisis lineal discriminante, que permite obtener una función capaz de discernir, de entre un conjunto de compuestos químicos, aquellos que posean la actividad deseada, en nuestro caso la antibacteriana.Aquellos compuestos que muestran teórica actividad son sometidos a ensayos farmacológicos. En una primera fase, se les realizan pruebas de susceptibilidad antimicrobiana, para poner de manifiesto su actividad y la capacidad predictiva del método propuesto, tras lo cual, aquellas estructuras que muestran actividad, son sometidas a ensayos de toxicidad aguda en animales de experimentación.Como resultado se encontró que la función discriminante obtenida, mediante el paquete informático BMDP, es capaz de discernir, con un elevado grado de acierto, las estructuras que poseen actividad antibacteriana de aquellas que no la presentan, alcanzándose porcentajes de acierto del 99.11 % y 97.16 % para las poblaciones activa e inactiva respectivamente del grupo de entrenamiento y del 100 % y 97 % para las mismas poblaciones de moléculas del grupo test.Mediante la función discriminante obtenida, se realiza una selección molecular, obteniéndose un total de quince compuestos con teórica actividad antibacteriana al presentar valores de P>5, los cuales son posteriormente sometidos a ensayos microbiológicos mostrando actividad siete de ellos.La determinación de la DL50 intraperitoneal en ratón para los siete productos que presentaron actividad antimicrobiana nos permite demostrar y comprobar la escasa toxicidad de dos de ellos, los productos N-[4-(2-Benzoxazolil)fenil]maleimida y 1,1'-(Metilene-di-4,1-fenilen) bismaleimida, los cuales presentan márgenes terapéuticos de considerable amplitud, pues el primero presenta valores de DL50 entre diez y veinte veces superior a los de CMI obtenidos frente a Enterococcus faecalis y Staphylococcus aureus respectivamente; mientras que el segundo posee valores de DL50 entre tres y seis veces superiores a sus valores de CMI frente a Enterococcus faecalis y Staphylococcus aureus respectivamente.Los resultados obtenidos confirman plenamente la validez del método topológico utilizado, en la predicción y discriminación de la actividad antimicrobiana, así como en la búsqueda y selección de nuevas estructuras con teórica actividad antimicrobiana. / The molecular topology has been used to obtain the numeric characterization of series of molecules with antibacterial activity of the fluorquinolones group, using a set of topologic index describers of the molecular structure. After the obtaining of the relationships Q.S.A.R. and the connectivity functions, the discriminante lineal analysis is carried out that allows to obtain a function able to discern, of among to group of chemical compounds, those that possess the wanted activity. Those compounds that show theoretical activity are subjected to pharmacological rehearsals. In a first phase, tests of antimicrobial susceptibility are carried out, to show their activity and the predictive capacity of the proposed method, after that which, those structures that show activity, are subjected to rehearsals of sharp toxicity in experimentation animals. As a result, it was found that the discriminant function obtained, by means of the computer package BMDP, is able to discern, with a high success degree, the structures that possess antibacterial activity of those that don't present it, being reached percentages of success of 99.11% and 97.16% for the active and inactive set respectively of the group of training and of 100% and 97% for the same set of molecules of the group test. By means the discriminant function obtained a molecular selection is carried out, being obtained a total of fifteen products with theoretical antibacteriana activity displaying values of ΔP>5, which are later on subjected to microbiológicos rehearsals showing activity seven of them. The determination of the intraperitoneal DL50 in mouse for the seven products that presented antimicrobial activity allows us to demonstrate and to check the scarce toxicity of two of them, the products N-[4-(2-Benzoxazolil)fenil]maleimide and 1,1'-(Metilene-di-4,1-fenilen) bismaleimide, which have therapeutic margins of considerable width, because the first one presents values of DL50 between ten and twenty times superior to those of IMC obtained respectively in front of Enterococcus faecalis and Staphylococcus aureus; while the second it have values of DL50 between three and six times superiors to its values of IMC in front of Enterococcus faecalis and Staphylococcus aureus respectively. The obtained results confirm completely the validity of the topologic method used, in the prediction and discrimination of the antimicrobial activity, as well as in the search and selection of new structures with theoretical antimicrobiana activity.
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Análogos tiofénicos del TCNQ: Estudio teórico de las propiedades estructurales y electrónicas.

Milián Medina, Begoña 16 July 2004 (has links)
La Tesis Doctoral presenta une studio detallado de las propiedades estructurales y electrónicas de varias familias de análogos tiofénicos del TCNQ mediante la utilización de cálculos químico-cuánticos. Los sistemas estudiados son las moléculas de TCNE, TCNQ, tiofeno-TCNQ y distintos derivados de este último obtenidos por modificación de la estructura del espaciador tiofénico. Las estrategias utilizadas para modificar dicha estructura han sido: (i) extensión del sistema  del anillo de tiofeno por fusión de anillos aromáticos, dando lugar a las moléculas de isotianafteno-TCNQ y su análogo de pirazina, o por introducción de grupos vinílicos; (ii) extensión lineal del esqueleto conjugado del espaciador por repetición de la unidad central de tiofeno, obteniéndose dímeros, trímeros y tetrámeros quinoides, o por fusión de anillos conservando la estructura quinoide; (iii) incorporación de grupos dadores y aceptores de electrones en la misma molécula, para dar lugar a los llamados sistemas "push-pull". Los sistemas estudiados han sido elegidos por el interés que suscitan dentro del campo de los materiales moleculares electroactivos.El objetivo del trabajo de Tesis Doctoral ha consistido en analizar la estructura molecular y electrónica de este tipo de sistemas, haciendo hincapié en la influencia de las modificaciones estructurales sobre las propiedades electrónicas de los compuestos. Concretamente, para cada familia a estudio se ha realizado la caracterización de las propiedades en estado neutro a partir de la obtención de geometrías de equilibrio, la evaluación de la transferencia de carga entre las unidades dadoras y aceptoras y la racionalización de las propiedades vibracionales. Por otra parte, se han calculado propiedades electrónicas tales como la afinidad electrónica, los estados electrónicos excitados y la transferencia de carga fotoinducida, también de los sistemas en estado neutro. Los resultados obtenidos han permitido sistematizar la evolución de las propiedades electrónicas en función de la estructura química, y se ha podido establecer una relación precisa entre ambas. Además, se ha estudiado la evolución de las propiedades estructurales y electrónicas con el proceso de dopado (generación de aniones y cationes), a través de la determinación de estructuras y la asignación de espectros vibracionales y electrónicos.La metodología principalmente utilizada ha sido la teoría del funcional de la densidad, en sus versiones independiente y dependiente del tiempo (DFT y TDDFT, respectivamente). La calidad y validez de los resultados DFT han sido calibradas mediante la utilización de otras aproximaciones metodológicas más precisas (CCSD, CCSD(T) y CASSCF/CASPT2). En general, la aplicación de los métodos de cálculo químico-cuánticos ha permitido racionalizar las propiedades estructurales y electrónicas de las distintas familias de análogos tiofénicos del TCNQ, tanto en estado neutro como reducido, incidiendo especialmente en la influencia que las modificaciones estructurales ejercen sobre las propiedades aceptoras de elctrones (afinidad electrónica, propiedades redox) de dichos compuestos. / The present Doctoral Thesis deals with the theoretical study of the structural and electronic properties of TCNE, TCNQ, thiophene-TCNQ, and its derivatives. Such derivatives result from the modification of the thiophenic spacer in thiophene-TCNQ through different strategies like the extension of the p-system of the thiophene ring by fusion of aromatic rings, leading to the isotianaphthene-TCNQ and its pyrazine analogue molecules, or by introduction of vinylic groups; the linear extension of the quinonoid structure through repetition of the central thiophene moiety, leading to quinonoid dimers, trimers and tetramers, or through annelation of thiophene and benzene rings; and finally, The introduction of electron donor and electron acceptor groups in the same molecule, giving rise to the "push-pull" systems. The molecules studied have been chosen because of their interest in the field of electroactive molecular materials. Density functional theory, in its time-independent and time-dependent versions (DFT and TDDFT, respectively), has been extensively used. The quality and suitability of the DFT procedures have been calibrated by using more accurate methodological approaches (CCSD, CCSD(T), and CASSCF/CASPT2). The quantum-chemical calculations have made possible to rationalize the structural and electronic properties of the different families of thiophenic analogues of TCNQ, in their neutral and reduced states, paying special attention to the influence that the structural modifications have on the electron acceptor properties (electron affinity and redox properties) of these compounds.
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Estudio teórico de reacciones del ozono con diferentes radicales de interés en química atmosférica.

Peiró García, Julio José 19 November 2004 (has links)
Esta tesis doctoral puede considerarse como una aplicación de los fundamentos de la química cuántica en el campo de la química atmosférica. Concretamente, se han empleado algunos de los métodos más comunes de la química cuántica para el estudio de los mecanismos de reacción y algunos parámetros cinéticos y termodinámicos de las reacciones que tienen lugar entre el ozono y diferentes radicales de interés en la química de la troposfera y la estratosfera. Éstos son: el radical amino (NH2), el nitróxido (H2NO), el hidroxilo (OH), el flúor (F), y los óxidos de nitrógeno NO y NO2. De todas estas reacciones, algunas han sido seleccionadas por su implicación en fenómenos atmosféricos de gran importancia como son el smog fotoquímico, en el que la reacción entre el NO y el ozono desempeña un papel primordial y la lluvia ácida, fenómeno en el que la reacción NO2 + O3 da lugar al radical nitrato (NO3) que es el principal precursor del ácido nítrico (HNO3) responsable junto al ácido sulfúrico (H2SO4) de este fenómeno de funestas implicaciones para la biosfera. Otras reacciones, como la reacción NH2 + O3, han sido estudiadas, no ya sólo por su implicación en la química atmosférica, que la tienen, sino porque debido a su naturaleza electrónica permiten la utilización simultánea de métodos basados en una única referencia, como los Coupled Cluster (CC) y otros de tipo multiconfiguracional como el CASSCF y el CASPT2, más adecuados para el estudio de este tipo de sistemas, pero menos asequibles desde el punto de vista computacional. La comparación entre estos dos tipos de métodos químico-cuánticos es deseable, ya que no todos los sistemas, especialmente los de mayor tamaño molecular, que además son los más importantes en términos atmosféricos, son objeto por el momento de un estudio bien fundamentado por parte de los métodos de tipo multiconfiguracional.La aplicación de los métodos químico-cuánticos utilizados en la presente tesis doctoral ha permitido racionalizar la reactividad comparada de todas las reacciones seleccionadas, llevándonos, entre otras, a las siguientes conclusiones:1. La interacción que se establece entre cualquiera de los radicales estudiados y el ozono viene determinada por los orbitales de tipo  de la molécula de ozono.2. El mecanismo único de todas las reacciones estudiadas en el presente trabajo es una abstracción de oxígeno en una única etapa.3. Por último, observamos que la comparación de los resultados obtenidos por medio de la metodología más rigurosa CASPT2, más en consonancia con el carácter multiconfiguracional de las reacciones aquí estudiadas, y los obtenidos por medio de los métodos CCSD(T) y QCISD(T), más asequibles y adecuados para comparar los diferentes sistemas reactivos entre sí, revela que dichas aproximaciones proporcionan resultados satisfactorios, tanto en el cálculo de geometrías como de energías de activación y entalpías de reacción. / This PhD study can be considered as an application of the main concepts of the quantum chemistry to the field of atmospheric chemistry. Some of the most common methods described in quantum chemistry have been applied to study the reaction mechanism and some other thermodynamic and kinetic parameters of the reactions of ozone with some radicals of interest in the chemistry of the troposphere and stratosphere. These radicals are: the amino radical (NH2), the nitroxide radical (H2NO), the hydroxyl radical (OH), the fluorine radical (F), and the nitrogen oxides NO and NO2.Among all these reactions, most of them have been selected because of its implication on some critical atmospheric phenomena such as the photochemistry smog and acid rain. Reactions NO + O3 and NO2 + O3, for example, play an important role in both phenomena, respectively. Other reactions, like the NH2 + O3 reaction, have been selected not only by its implication on atmospheric chemistry, but because they can be studied simultaneously by theoretical methods based on one o more than one electronic configuration. This is due to its particular electronic structure with no more than 15-19 p electrons. The methods employed have been preferably: the Coupled Cluster (CC) and QCI methodologies, based on a single electronic configuration, and the CASSCF andCASPT2 multiconfigurational methods.The results obtained by these two methods have concluded that all reactions with ozone are very fast and take place in a single step. Also, that the interaction of the radical with the ozone molecule is always determined by the  orbitals of the terminal oxygen atom of ozone.
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Estudio Teórico de Mecanismos de Oxidación de Interés en Química Atmosférica: Reacciones de Terpenos, Isopreno y Productos Derivados.

Ramírez Ramírez, Víctor Miguel 08 July 2005 (has links)
Durante el periodo de disfrute de la Beca Predoctoral de Formación de Personal Investigador de la Generalitat Valenciana, el becario D. Víctor Miguel Ramírez Ramírez ha trabajado sobre el proyecto de Tesis Doctoral correspondiente al estudio teórico de mecanismos de oxidación de interés en química atmosférica, concretamente las reacciones de oxidación de terpenos, isopreno, y compuestos relacionados.Los terpenos estudiados han sido el -pineno, el -pineno y el d-limoneno. Se ha dilucidado el mecanismo de degradación del -pineno iniciado por el radical OH, analizando las posibles vías de reacción, y poniendo especial énfasis en la reacción inicial de ataque del radical oxidante. Se han empleado los métodos de cálculo AM1 (para realizar la exploración preliminar de la hipersuperficie de energía potencial), y el funcional B3LYP. Además, se han realizado cálculos HF y UMP2 para el estudio de la reacción inicial de adición de OH o abstracción de H sobre este monoterpeno. Para el -pineno y el d-limoneno se ha realizado un estudio detallado de la reacción inicial de adición de OH a todos los átomos de carbono, a través de todas las caras posibles, de los dobles enlaces existentes en estas moléculas.Los metodología empleada ha sido el método UMP2 para realizar la optimización de geometrías, y cálculos puntuales QCISD(T) sobre las estructuras optimizadas UMP2, para el refinamiento de la energía potencial.Además de los terpenos mencionados, se ha realizado un estudio del mecanismo de oxidación del isopreno, iniciado por el radical OH, del mismo modo que para el -pineno. Tras una exploración preliminar de la hipersuperficie de energía potencial mediante el método semiempírico AM1, se han estudiado las reacciones de formación concernientes a algunos de los principales productos de degradación, como son la metilvinilcetona, el formaldehído y algunos de los compuestos hidroxicarbonílicos identificados experimentalmente.Sobre la metilvinilcetona, se ha estudiado la reacción de formación de los dos isómeros de la molécula, por medio de cálculos B3LYP y BHandHLYP, y con el método UMP2. También se muestra la reacción de interconversión de ambos isómeros, localizando el correspondiente estado de transición, no descrito hasta el momento.La formación de formaldehído se ha estudiado a partir de la reacción del radical CH2OH con O2. Nuestros resultados muestran la presencia de un estado de transición para la adición inicial de O2 no considerado hasta la fecha para esta reacción. Se han optimizado los puntos estacionarios de la hipersuperficie de energía potencial con los métodos UMP2 y QCISD. Además, se han realizado cálculos puntuales QCISD(T) sobre las geometrías optimizadas QCISD, para refinar los valores de energía potencial.Para el estado de transición TS1 se han hecho cálculos extra a nivel CCSD para la optimización, y cálculos puntuales CCSD(T) sobre la estructura optimizada QCISD. Asimismo, se han realizado cálculos Restricted Active Space SCF (RASSCF), con ayuda del programa MOLCAS.Finalmente, se ha estudiado la evolución de dos radicales dihidroxialquilo, originados como productos de la degradación intermedia del isopreno por el radical OH, resultando en la formación de dos hidroxicarbonilos identificados experimentalmente. La optimización de geometrías se ha realizado con el método UMP2, mientras que se ha utilizado el método QCISD(T) sobre las geometrías UMP2 para refinar los valores de la energía potencial.Además de estos trabajos, el becario D. Víctor Miguel Ramírez Ramírez ha colaborado activamente con otros miembros del grupo de investigación, en el estudio de la reacción entre el radical HCO y el O2, y la reacción entre el compuesto H2NO y el O3.

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