As interações hiperfinas são uma ótima ferramenta para estudar um sítio específico e obter informações importantes sobre o sistema. No presente trabalho analisamos de forma teórica as propriedades eletrônicas, estruturais e hiper nas do Cádmio (Cd) ligado às bases nitrogenadas do DNA. A motivação surgiu da colaboração com o grupo do prof. Artur W. Carbonari do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) e que tem como objetivo investigar o DNA e anticorpos de linhagens de camundongos infectados pela cepa Y de Trypanosoma cruzi, protozoário causador da doença de Chagas. A técnica Time Differential Perturbed Angular Correlation (TDPAC) foi utilizada para obter as medidas das interações hiperfinas do DNA. O núcleo de prova das medidas foi o 111Cd. Utilizamos uma abordagem quântica ab initio all-electron, dentro da Teoria do Funcional da Densidade (DFT), através do código computacional CP-PAW que combina o método Projector Augmented Wave (PAW) e a dinâmica molecular quântica de Car-Parrinello (CPMD). Ressaltamos que, até o presente momento, nenhum estudo com esta abordagem teórica e com este código computacional foi realizado para investigar as propriedades hiper nas do Cd ligado as bases nitrogenadas do DNA. / The Hyperfine interactions are good tools to study speci c sites and obtain important information about a given system. In this work we study electronic, structural and hyper ne properties of the Cadmium (Cd) coordinated to the DNA nitrogenous bases. The motivation for this study arose from a collaboration with the group of prof. Arthur W. Carbonari at the Institute of Energy and Nuclear Research (IPEN), which aims to investigate DNA and antibodies to strains of mice infected with the Trypanosoma cruzi, the protozoan that causes Chagas disease. The Time Differential Perturbed Angular Correlation (TDPAC) technique was used to obtain hypefine interactions measurements at a Cd probe bonded to DNA. We use ab initio all-electron calculations, within the Density Functional Theory (DFT) and we use the computer code CP-PAW that combines the Projector Augmented Wave (PAW) method and the Car-Parrinello (CP) quantum molecular dynamics approach to. We emphasize that, until now, no study with this theorectical approach and with this computer code was conducted to investigate the hyper ne properties of the Cd binding to the DNA bases.

A química computacional apresenta a grande vantagem de prover informações fundamentais para espécies moleculares propostas, antes mesmo de sua síntese em laboratório. A Teoria do Funcional da Densidade é bastante utilizada nesta área, produzindo resultados satisfatórios para um grande número de propriedades e sistemas, mas com uma menor demanda por recursos computacionais que métodos mais avançados. Entretanto, o desenvolvimento de funcionais que incluem efeitos relativísticos ainda se encontra num estágio inicial. Em geral, tais efeitos são importantes em compostos de átomos pesados, embora devam ser considerados também em sistemas com átomos mais leves se a propriedade em estudo for particularmente sensível, como é o caso do gradiente de campo elétrico na posição de núcleos em moléculas. Assim, na primeira etapa desta dissertação foi avaliado o desempenho de funcionais comuns de troca-correlação não relativísticos, quando utilizados em conjunto com o formalismo de quatro componentes (tratamento relativístico), no estudo dos gradientes de campo elétrico em núcleos de átomos (índio, antimônio, iodo, lutécio e háfnio) constituindo moléculas diatômicas. Foram investigados funcionais baseados nas aproximações da densidade local e do gradiente generalizado, funcionais híbridos e que incluem correções em termos da atenuação com a distância. Nossos resultados, que estão em acordo com observações da literatura, ressaltam o melhor desempenho de funcionais híbridos e com correções de atenuação para esta propriedade e demonstram a importância do uso do método indireto. Posteriormente, foi feita uma nova parametrização de alguns dos melhores funcionais não relativísticos selecionados na etapa anterior (B3LYP, PBE0 e CAM-B3LYP), dentro do formalismo de quatro componentes, para uso no cálculo destes mesmos gradientes num grupo teste de átomos (cobre, iodo, lantânio e ouro) em moléculas lineares. Nestes casos, os funcionais modificados propostos tiveram um bom desempenho geral e foram particularmente bem sucedidos para cobre e ouro. Finalmente, é possível destacar o funcional híbrido PBE0 e sua modificação, proposta neste estudo, por conta de seu desempenho excelente, tanto para os metais como para os demais elementos que tiveram seus EFGs investigados aqui. / The computational chemistry has the great advantage of providing fundamental information for proposed molecular species even before their synthesis in laboratory. The Density Functional Theory is widely used in this area, producing satisfactory results for a large number of properties and systems, but with a lower demand for computational resources than that of more advanced methods. However, the development of functionals that include relativistic effects is still at an early stage. In general, these effects are important in compounds containing heavy elements, but they must also be considered in systems of lighter atoms if the studied property was particularly sensitive, as occurs for the electric field gradient at the position of nuclei in molecules. Thus, the first step of this dissertation was to evaluate the performance of common non-relativistic exchange-correlation functionals when used in conjunction with the four component formalism (relativistic treatment) in the study of electric field gradients at the nuclei of atoms (indium, antimony, iodine, lutetium and hafnium) forming diatomic molecules. Functionals based on the local density approximation and generalized gradient approximation, hybrid functionals and the ones that include attenuation corrections were investigated. Our results, which are in agreement with observations in the literature, highlight the best performance of hybrid functionals and attenuation corrections for this property and demonstrate the importance of using the indirect approach. Subsequently, there was a new parameterization of some of the best non-relativistic functionals selected in the previous step (B3LYP, PBE0 and CAM - B3LYP) within the four component formalism for calculations of these same gradients in a trial group of atoms (copper, iodine, lanthanum and gold) into linear molecules. In these cases, the modified functionals proposed had a satisfactory overall performance and were particularly successful for copper and gold. Finally, it is possible to mention the excellent performance of the hybrid functional PBE0 and its modification proposed in this study for both metals and the other elements that had their EFGs investigated here.

As interações hiperfinas são uma ótima ferramenta para estudar um sítio específico e obter informações importantes sobre o sistema. No presente trabalho analisamos de forma teórica as propriedades eletrônicas, estruturais e hiper nas do Cádmio (Cd) ligado às bases nitrogenadas do DNA. A motivação surgiu da colaboração com o grupo do prof. Artur W. Carbonari do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) e que tem como objetivo investigar o DNA e anticorpos de linhagens de camundongos infectados pela cepa Y de Trypanosoma cruzi, protozoário causador da doença de Chagas. A técnica Time Differential Perturbed Angular Correlation (TDPAC) foi utilizada para obter as medidas das interações hiperfinas do DNA. O núcleo de prova das medidas foi o 111Cd. Utilizamos uma abordagem quântica ab initio all-electron, dentro da Teoria do Funcional da Densidade (DFT), através do código computacional CP-PAW que combina o método Projector Augmented Wave (PAW) e a dinâmica molecular quântica de Car-Parrinello (CPMD). Ressaltamos que, até o presente momento, nenhum estudo com esta abordagem teórica e com este código computacional foi realizado para investigar as propriedades hiper nas do Cd ligado as bases nitrogenadas do DNA. / The Hyperfine interactions are good tools to study speci c sites and obtain important information about a given system. In this work we study electronic, structural and hyper ne properties of the Cadmium (Cd) coordinated to the DNA nitrogenous bases. The motivation for this study arose from a collaboration with the group of prof. Arthur W. Carbonari at the Institute of Energy and Nuclear Research (IPEN), which aims to investigate DNA and antibodies to strains of mice infected with the Trypanosoma cruzi, the protozoan that causes Chagas disease. The Time Differential Perturbed Angular Correlation (TDPAC) technique was used to obtain hypefine interactions measurements at a Cd probe bonded to DNA. We use ab initio all-electron calculations, within the Density Functional Theory (DFT) and we use the computer code CP-PAW that combines the Projector Augmented Wave (PAW) method and the Car-Parrinello (CP) quantum molecular dynamics approach to. We emphasize that, until now, no study with this theorectical approach and with this computer code was conducted to investigate the hyper ne properties of the Cd binding to the DNA bases.

A química computacional apresenta a grande vantagem de prover informações fundamentais para espécies moleculares propostas, antes mesmo de sua síntese em laboratório. A Teoria do Funcional da Densidade é bastante utilizada nesta área, produzindo resultados satisfatórios para um grande número de propriedades e sistemas, mas com uma menor demanda por recursos computacionais que métodos mais avançados. Entretanto, o desenvolvimento de funcionais que incluem efeitos relativísticos ainda se encontra num estágio inicial. Em geral, tais efeitos são importantes em compostos de átomos pesados, embora devam ser considerados também em sistemas com átomos mais leves se a propriedade em estudo for particularmente sensível, como é o caso do gradiente de campo elétrico na posição de núcleos em moléculas. Assim, na primeira etapa desta dissertação foi avaliado o desempenho de funcionais comuns de troca-correlação não relativísticos, quando utilizados em conjunto com o formalismo de quatro componentes (tratamento relativístico), no estudo dos gradientes de campo elétrico em núcleos de átomos (índio, antimônio, iodo, lutécio e háfnio) constituindo moléculas diatômicas. Foram investigados funcionais baseados nas aproximações da densidade local e do gradiente generalizado, funcionais híbridos e que incluem correções em termos da atenuação com a distância. Nossos resultados, que estão em acordo com observações da literatura, ressaltam o melhor desempenho de funcionais híbridos e com correções de atenuação para esta propriedade e demonstram a importância do uso do método indireto. Posteriormente, foi feita uma nova parametrização de alguns dos melhores funcionais não relativísticos selecionados na etapa anterior (B3LYP, PBE0 e CAM-B3LYP), dentro do formalismo de quatro componentes, para uso no cálculo destes mesmos gradientes num grupo teste de átomos (cobre, iodo, lantânio e ouro) em moléculas lineares. Nestes casos, os funcionais modificados propostos tiveram um bom desempenho geral e foram particularmente bem sucedidos para cobre e ouro. Finalmente, é possível destacar o funcional híbrido PBE0 e sua modificação, proposta neste estudo, por conta de seu desempenho excelente, tanto para os metais como para os demais elementos que tiveram seus EFGs investigados aqui. / The computational chemistry has the great advantage of providing fundamental information for proposed molecular species even before their synthesis in laboratory. The Density Functional Theory is widely used in this area, producing satisfactory results for a large number of properties and systems, but with a lower demand for computational resources than that of more advanced methods. However, the development of functionals that include relativistic effects is still at an early stage. In general, these effects are important in compounds containing heavy elements, but they must also be considered in systems of lighter atoms if the studied property was particularly sensitive, as occurs for the electric field gradient at the position of nuclei in molecules. Thus, the first step of this dissertation was to evaluate the performance of common non-relativistic exchange-correlation functionals when used in conjunction with the four component formalism (relativistic treatment) in the study of electric field gradients at the nuclei of atoms (indium, antimony, iodine, lutetium and hafnium) forming diatomic molecules. Functionals based on the local density approximation and generalized gradient approximation, hybrid functionals and the ones that include attenuation corrections were investigated. Our results, which are in agreement with observations in the literature, highlight the best performance of hybrid functionals and attenuation corrections for this property and demonstrate the importance of using the indirect approach. Subsequently, there was a new parameterization of some of the best non-relativistic functionals selected in the previous step (B3LYP, PBE0 and CAM - B3LYP) within the four component formalism for calculations of these same gradients in a trial group of atoms (copper, iodine, lanthanum and gold) into linear molecules. In these cases, the modified functionals proposed had a satisfactory overall performance and were particularly successful for copper and gold. Finally, it is possible to mention the excellent performance of the hybrid functional PBE0 and its modification proposed in this study for both metals and the other elements that had their EFGs investigated here.