Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2694.pdf: 3100677 bytes, checksum: e539b70bd59d8ae168c5b5d00b544881 (MD5) Previous issue date: 2009-06-05 / Universidade Federal de Sao Carlos / Theoretical methods in computational chemistry were used to study the gGAPDH enzyme from Trypanosoma cruzi. This protozoan is responsible by the Chagas diseases. Molecular dynamics simulations were performed to obtain the time evolution of the gGAPDH enzyme in the holo (with the cofactor NAD+) and apo (without the cofactor) forms in aqueous solution. The calculations were performed in the NpT ensemble with T = 300K e p = 1bar. In these simulations little conformational changes were observed in both holo and apo forms of the enzyme along 20.0 ns simulation time. Docking calculations were carried out to fit some drugs in enzyme active site using the ensemble docking methodology. Therefore, multiple enzyme conformations of both holo and apo forms were obtained at time intervals of 2.0 ns along the molecular dynamics simulation. This procedure was used to take in into account the flexibility of the enzyme. The results from these calculations indicate that the best way to develop a drug molecule is to consider both enzyme forms (holo and apo forms). In this way, one drug will inhibit the apo form and other, the holo form. To characterize the enzymatic mechanism, the glyceraldehyde 3-phosphate (G3P) was placed in the active site (via docking calculations) of the holo form conformation obtained in the end of the 20.0 ns trajectory. A 1.0 ns molecular dynamic simulation was performed in the (gGAPDH-NAD+-G3P) system. Quantum chemical calculations were performed to study reactive process in the enzyme catalytic site. A convenient model was built using about 698 atoms carefully chosen to represent the active site and its surroundings. The calculations were performed using a combination of MOZYME and the usual SCF procedure implemented in the MOPAC2009 program. The calculations were performed at the PM6 level. One of the reaction mechanisms proposed in the literature was characterized xix calculating the energy profile along the reaction path to transfer a proton from Cys166 to His194. Using a second structure obtained from molecular dynamics, a new mechanism for the gGAPDH enzyme was proposed and characterized by a similar MOPAC2009 calculation. In this mechanism, the hydroxyl group of the G3P acts as a bridge to transfer the proton from the Cys166 to His194 residue. / Métodos de química computacional foram utilizados para estudar a enzima gGAPDH do Trypanosoma cruzi, protozoário responsável pela doença de Chagas. Simulações por dinâmica molecular foram realizados para obter a evolução temporal da enzima gGAPDH na forma holo (com o cofator NAD+) e apo (sem o cofator) em solução. Os cálculos foram efetuados no ensemble NpT a T = 300K e p = 1bar. Nessas simulações ficaram evidenciadas pequenas mudanças conformacionais entre as formas holo e apo no tempo de simulação de 20,0 ns. Para posicionar ou encaixar algumas moléculas candidatas a fármacos no sítio ativo da enzima, cálculos de docking foram realizados utilizando a metodologia de ensemble docking, utilizando múltiplas conformações obtidas a cada intervalo de 2,0 ns de simulação da enzima na forma holo e apo. Essa metodologia foi adotada para levar em consideração a flexibilidade da enzima. Os resultados desses cálculos mostraram que a melhor estratégia para elaborar compostos candidatos a fármacos é considerar as duas formas da enzima (holo e apo). Com esta estratégia, um composto inibiria a forma apo e outro, a forma holo. Para caracterizar o mecanismo enzimático, o gliceraldeído 3-fosfato (G3P) foi colocado no sítio ativo (via cálculos de docking) da enzima gGAPDH na forma holo, a qual foi obtida a 20,0 ns de simulação. Nesse sistema (gGAPDHNAD+- G3P), foi realizado 1,0 ns de simulação por dinâmica molecular para a relaxação e equilibração do sistema. Ao longo dessa simulação, duas estruturas foram escolhidas para a realização de cálculos de química quântica relacionados com a atividade enzimática. Em uma dessas estruturas, um dos mecanismos propostos na literatura foi caracterizado a partir da coordenada de reação de transferência do próton da Cys166 para a His194. Estes cálculos foram efetuados utilizando um procedimento que combina a utilização da metodologia xvii MOZYME com o cálculo SCF usual implementado no programa MOPAC2009. Nestes cálculos, a parametrização PM6 foi utilizada. A partir de uma segunda estrutura obtida da dinâmica molecular, um novo mecanismo para a enzima gGAPDH foi proposto e caracterizado via cálculos quânticos. Nesse mecanismo, o grupo hidroxila da G3P age como uma ponte para a transferência do próton da Cys166 para a His194.

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.

Modelos de atividade baseados em COSMO se apresentam como uma interessante alternativa para a predição do comportamento de substâncias em mistura. Estes modelos dependem apenas de informações das substâncias puras, como volume e área superficial e outra informação conhecida como perfil sigma, que podem ser determinados através de cálculos de química quântica computacional. O presente trabalho tem por objetivo criar e disponibilizar gratuitamente um banco de dados de perfis sigma para um vasto conjunto de moléculas utilizando o software GAMESS. Para a criação desse banco de dados com informações confiáveis de perfis sigma, foram testados diferentes níveis de teoria para o cálculo da estrutura eletrônica das moléculas, bem como conjuntos de bases distintos, considerando funções de polarização e efeitos difusos. Para realizar a validação dos perfis sigma obtidos, foram estimados valores de coeficientes de atividade em diluição infinita, obtidos através do modelo COSMO-SAC para um conjunto de 689 misturas, as quais não apresentam ligação de hidrogênio. A correlação com os valores de coeficiente de atividade em diluição infinita (IDAC) experimentais, foram construídos gráficos do logaritmo natural de IDAC experimentais e aqueles calculados pelo modelo. O tempo computacional total para obter os perfis sigma também foi avaliado com o intuito de escolher a melhor combinação de teoria e função de base. Dentre os métodos analisados, a teoria de Hartree-Fock (HF) com a função de base 6-311G(d,p) apresentou um bom custo benefício no que se refere ao tempo computacional e a precisão dos resultados frente a dados experimentais, apresentando um coeficiente de determinação superior a 0,94. A partir desses resultados, foi possível criar outros perfis sigma para um número maior de moléculas e disponibilizar essas informações em um banco de dados criado na plataforma do GitHub. / COSMO-based activity coefficient models are widely used to predict non-ideality in mixtures. They require only pure substance properties, such as the -profile, a representation of the screening charge density along the molecular surface. The present work aims to create and freely distribute a -profile database which can be easily extended by the community using the free GAMESS quantum chemistry (QC) package. Different combinations of QC methods and basis sets were tested in the calculation of the -profiles, aiming to define an efficient approach to create the database. The accuracy of COSMO-SAC predictions using these -profiles was evaluated by comparison with experimental infinite dilution activity coefficients and phase equilibrium diagrams. Among the studied alternatives, the Hartree-Fock method with the 6-311G(d,p) basis set led to results with a good balance between accuracy and computational cost. Our database was created using this approach, and it is already available to be used and extended by the community without requiring any commercial software.

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

Orientador: Rogerio Custodio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-06T04:11:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fonseca_AndreLuizda_M.pdf: 3001049 bytes, checksum: c802c39c9c0b1345c777716076837f2d (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Monte Carlo Quântico (MCQ) é um método estocástico que possibilita a resolução da equação de Schrödinger. As duas abordagens mais utilizadas são: o Monte Carlo Variacional (MCV) e o Monte Carlo de Difusão (MCD). A implementação do MCQ apresenta resultados próximos aos valores experimentais para um grande número de sistemas. Porém, não representa corretamente estados excitados e possui uma deficiência no tratamento matemático do determinante de Slater. Uma alternativa matemática formalmente correta para tratar o determinante de Slater é possível através do conceito de matriz densidade. Neste trabalho, apresentaremos aplicações do método MCQ tradicional e com matriz densidade no nível mais elementar de modelo de ionização, que corresponde ao teorema de Koopmans. O novo tratamento teórico foi implementado e superfícies de densidade de probabilidade foram geradas para a verificação de possíveis diferenças com o método tradicional, as quais foram constatadas para sistemas atômicos e moleculares. Através das técnicas MCV e MCD utilizando as duas abordagens matemáticas foram estimadas energias de sistemas neutros e catiônicos com estados eletrõnicos de valência e de caroço, e os respectivos potenciais de ionização foram calculados para átomos e moléculas simples. As energias Hartree-Fock foram reproduzidas pelo MCV e os cálculos com MCD produziram bons resultados indicando uma alternativa extremamente simples para cálculos energéticos. Os valores encontrados para os dois tratamentos matemáticos estão próximos, com exceção de alguns estados eletrônicos de caroço, em que o cálculo tradicional não converge, enquanto o novo tratamento proposto converge normalmente. O MCV reproduziu o teorema de Koopmans para os casos estudados e o MCD corrigiu significativamente este teorema. De forma geral, o novo modelo matemático proposto, baseado na teoria de matriz densidade, apresenta resultados mais estáveis para sistemas com estados eletrônicos de camada aberta na região de caroço, confirmando que sua implementação ocorre com sucesso / Abstract: Quantum Monte Carlo (MCQ) is an stochastic method that makes possible to solve the Schrödinger equation. The two most common approachs are: the variational Monte Carlo (MCV) and diffusion Monte Carlo (MCD). The implementation of MCQ presented close results to the experimental values for a great number of systems. However, it does not represent excited states correctly and presents a deficiency in the mathematical treatment of the Slater determinant. A formally correct mathematical alternative to treat the Slater determinant is possible from the concept of density matrix. In this work, applications of traditional MCQ method and density matrix are presented in the most elementary level of ionization model corresponding to the Koopmans theorem. The new theoretical treatment is implemented and surfaces of probability density are generated for the verification of possible differences with the traditional method, which are evidenced for atomic and molecular systems. Using the MCV and MCD techniques using both mathematical approachs energies of neutral and cationic systems with valence and core eletronic states are evaluated and the respective ionization potentials are calculated for atoms and simple molecules. The Hartree-Fock energies are reproduced by MCV and the calculations with MCD produced better results indicating a extremely simple alternative for ionization calculations. The values found for both mathematical treatments are similar, except for some core eletronic states, where the traditional calculation does not converge, while the new treatment converges normally. MCV reproduces the Koopmans theorem for the cases studied and MCD improved significantly this theorem. In general, the new mathematical model based on density matrix theory, presents more reliable results for core eletronic states, suggesting a promising computational procedure / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Ciências

Orientadores: Martin Aznar, Geormenny Rocha dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T06:34:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aguiar_RilviaSaraivadeSantiago_D.pdf: 3146883 bytes, checksum: 1da2e2d6b5effa4e9f48d1fcec7a13eb (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Líquidos iônicos são sais orgânicos de alto peso molecular que são líquidos a temperatura ambiente. Estas substâncias têm recebido considerável atenção como solventes ecologicamente corretos, já que não possuem pressão de vapor mensurável e, portanto, não apresentam emissões tóxicas ou poluentes como os solventes orgânicos tradicionais. Neste trabalho, é estudado o equilíbrio líquidolíquido de sistemas ternários envolvendo 28 líquidos iônicos, em um total de 95 sistemas ternários, com 852 linhas de amarração, retirados da literatura, usando a modelagem termodinâmica via composição local e contribuição de grupo, através dos modelos UNIQUAC e UNIFAC-LLE. Esta abordagem requer a proposta de novos grupos funcionais que possam representar os líquidos iônicos. Estes novos grupos, junto com os seus respectivos parâmetros estruturais de área e volume, foram estimados por métodos de química quântica, utilizando o software Gaussian 03 para a otimização da geometria das moléculas. Os parâmetros de volume e área de grupos utilizados nos modelos foram calculados com base nos volumes e áreas obtidos segundo o método PCM implementado no software GAMESS 7.1. Os parâmetros de interação entre as moléculas e entre os grupos funcionais foram determinados por cálculos de flash líquido-líquido, utilizando o método Simplex para minimizar uma função objetivo baseada nas composições das duas fases líquidas em equilíbrio. Os resultados obtidos são extremamente satisfatórios. / Abstract: Ionic Liquids are organics salts high molecular weight that are liquid the ambient temperature. These ecologically correct substances have received considerable attention as solvent, since they do not possess measurable vapor pressure e, therefore, they do not present toxic or pollutant emissions as solvent organic the traditional ones. In this work, the balance is studied liquid-liquid of 28 ionic liquid ternary systems involving, in a total of 95 ternary systems, with 852 lines of knotting, removed of literature, using the thermodynamic modeling saw composition and contribution of group local, through the models UNIQUAC and UNIFAC-LLE. This boarding requires the proposal of new functional groups that can represent the ionic liquids. These new groups, together with its respective structural parameters of area and volume, had been esteem by methods of quantum chemistry, using software Gaussian 03 for the otimization of the geometry of molecules. The parameters of volume and area of groups used in the models had been calculated on the basis of the gotten volumes and areas according to method PCM implemented in software GAMESS 7.1. The parameters of interaction between molecules and the functional groups had been determined by calculations of flash liquid-liquid, using the Simplex method to minimize an established objective function in the compositions of the two liquid phases in balance. The results are extremely satisfactory. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

O objetivo deste trabalho é descrever a estrutura eletrônica da espécie diatôrnica BeMg, utilizando métodos ab initio multiconfiguracionais. A primeira descrição teórica da espécie BeMg foi feita por Chiles e Dykstra em 1982, empregando os métodos SCF, CCD e CEPA. Naquele trabalho, os autores propuseram que a estrutura eletrônica do BeMg seria intermediária entre a apresentada pelas espécies Be2 e Mg2. Em 1994, Boldyrev et al. empregaram o método QCISD e conjuntos de bases atômicas do tipo 6 - 311 + G* para calcular a distância de equilíbrio do BeMg. Até onde sabemos, não existe nenhum outro estudo téorico, nem experimental, sobre esta espécie. Apesar dos esforços anteriores, devido à natureza dos átomos envolvidos, para descrever com maiores detalhes e precisão não somente o estado fundamental, mas também diferentes estados eletrônicos excitados, é necessário empregar métodos ab initio multiconfiguracionais, fato explicitamente reconhecido por Boldyrev et al. Em 1994. No presente trabalho, as curvas de energia potencial para os estados eletrônicos energeticamente mais baixos, que correlacionam com os primeiros quatro canais de dissociação, da espécie BeMg foram descritas teoricamente empregando conjunto de bases atômicas do tipo cc-pVQZ e funções de onda do tipo CASSCF/MRCI. Todos os orbitais de valência, além de um conjunto adicional de funções de correlação do tipo s e p foram incluídos no espaço ativo. Diversas constantes espectroscópicas também foram calculadas para os estados eletrônicos selecionados. O estado fundamental foi caracterizado como de simetria 1Σ+ e fracamente ligado (De = 0,05 eV), possuindo consequentemente uma distância internuclear de equihbrio relativamente longa (3, 30 Å, ωe = 44, 2 cm-1). É interessante notar que nos trabalhos anteriores a distância internuclear de equilíbrio do estado fundamental foi calculada com sendo 4, 5 Å e 5,1 Å, por Chiles e Dykstra e Boldyrev et al., respectivamente. Os dois primeiros estados excitados são o a3II (Re = 2,416 Å, Te = 11029 cm-1) e o b3 Σ+ (Re = 2,578 Å, Te = 11058 cm-1), ambos com energia de dissociação igual a 1,28 eV. / The first theoretical description of BeMg (using the SCF, CCD, and CEPA methods) was done by Chiles and Dykstra in 1982, when it was proposed that its electronic structure would be intermediate to Be2 and Mg2. In 1994, Boldyrev et al., using the QCISD method and 6 - 311+G* basis sets, presented other results on this diatomic species. To the best of our knowledge, there are no other study about this diatomic species. However, due to the nature of the atoms involved, it is necessary to employ more sophisticated theoretical methods to describe BeMg accurately. In this study, potential energy curves for the lowest-lying electronic states correlating with the first four dissociation channels were determined using the cc-p VQZ basis sets and CASSCF /MRCI wave functions. All valence orbitals plus one set of s and p correlating functions were included in the active space. A whole set of spectroscopic constants completes the characterization of each state. In its ground state (X1Σ+) BeMg is weakly bond (De = 0.05 eV), and consequently has a long internuclear equilibrium distance (Re = 3.30 Å, we = 44.2cm-1). It is interesting to note that in previous theoretical works, the internuclear equilibrium distance was calculated to be around 4.5 Å and 5.1 Å. The first two excited states are an a3II (Re = 2.416 Å, Te= 11029 cm-1) and a b3Σ+ (Re = 2.578 Å, Te= 11058 cm-1), with the same dissociation energy, 1.28 eV.