Ajuste de funções de base atômicas para o cálculo de propriedades moleculares

Autor: Paschoal, Diego Fernando da Silva
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFJFUniversidade Federal de Juiz de ForaUFJF.
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
Um estudo sistemático a respeito da importância do nível de teoria e do conjunto de funções de base no cálculo de propriedades moleculares foi conduzido. Foram realizados estudos a respeito das propriedades ópticas lineares (OL) e não-lineares (ONL) de moléculas diatômicas, pequenas moléculas poliatômicas e moléculas orgânicas conjugadas com grupos doadores e retiradores de elétrons. Além disso, foi avaliada a estrutura e reatividade de complexos de Pt(II) e Pd(II). Por fim, um estudo a respeito do deslocamento químico de 195Pt foi conduzido, onde diversos parâmetros que influenciam em tal propriedade foram extensivamente analisados. Para cada trabalho proposto um novo conjunto de funções de base foi desenvolvido. Foram propostas as bases D10 (BH), P3 (CO), F3 (CS), J5 (N2), NLO (H,C,N,O,F,S), NLO-X (X=I,II,III,V,aV) (H,B-F,Si-Cl), mDZP (Pd,Pt), kPd-ADZP(Pd) e NMR-TZPP-DKH (H-He, Li-Ne, Na-Ar, K-Ca, Ga-Kr, Rb-Sr, In-Xe e Pt). Previsões das propriedades OL e ONL de diversas moléculas foram realizadas. Para um conjunto de moléculas com valores de primeira hiperpolarizabilidade (β) variando de 0 a 190 esu um desvio médio absoluto de 13,2 esu foi encontrado no nível cam-B3LYP/NLO-V em comparação com um desvio de 27,2 esu com a base da literatura 6-31G(2d). Além disso, foram realizados estudos de estrutura e reatividade da cisplatina e do cispaládio. Para a reação de hidrólise da cDDPt foi prevista uma barreira de energia no nível B3LYP/mDZP/6-31+G(d) de 22,8 kcal.mol-1 que está em excelente acordo com o valor experimental de 22,±0,4 kcal.mol-1. Considerando a mesma reação, porém para o análogo de Pd, um valor de 17,11 kcal.mol-1 no nível B3LYP/mDZP/6-31+G(d) e de 16,94 kcal.mol-1 no nível B3LYP/kPd-ADZP/6-31+G(d) foram previstos e estão em bom acordo com o valor esperado de 16,34 kcal.mol-1. Somado a isso, uma análise a respeito do deslocamento químico de 195Pt foi abordada, onde para uma ampla faixa de 73 complexos de Pt(II) um desvio absoluto médio de apenas 156 ppm foi encontrado no nível GIAO-B3LYP(DKHSO)/NMR-TZPP-DKH/IEFPCM-UFF. Todas as bases aqui propostas foram testadas de forma sistemática e, no geral, bons resultados foram encontrados para as propriedades analisadas e com custos computacionais altamente acessíveis.
A systematic study about the importance of the level of theory and the basis sets in the calculation of molecular properties was conducted. It performed studies on the linear and nonlinear optical properties of diatomic molecules, small polyatomic molecules and conjugated donor/acceptor organic molecules. In addition, the structure and reactivity of Pt(II) and Pd(II) complexes were evaluated. Finally, a study about the 195Pt chemical shift was conducted, where various parameters that influence such property have been extensively analyzed. For each work proposed a new basis set was developed. The following basis sets were proposed: D10 (BH), P3 (CO), F3 (CS), J5 (N2), NLO (H,C,N,O,F,S), NLO-X (X=I,II,III,V,aV) (H,B-F,Si-Cl), mDZP (Pd,Pt), kPd-ADZP(Pd) and NMR-TZPP-DKH (H-He, Li-Ne, Na-Ar, K-Ca, Ga-Kr, Rb-Sr, In-Xe e Pt). Estimates of L-NLO properties of several molecules were performed. For a set of molecules with values of first hyperpolarizability (β) ranging from 0 to 190 esu, an average absolute deviation of 13,2 esu was found at cam-B3LYP/NLO-V level compared with 27,2 esu with the standard basis set 6-31G(2d). Furthermore, studies of structure and reactivity of cisplatin and cispalladium were performed. For the aquation reaction of cisplatin an energy barrier of 22.8 kcal.mol-1 was predicted at B3LYP/mDZP/6-31+G(d) level, which it is in excellent agreement with the experimental value of 22.9±0.4 kcal.mol-1. Considering the same reaction, but for Pd analogous, a value of 17.11 kcal.mol-1 at B3LYP/mDZP/6-31+G(d) level and 16.94 kcal.mol-1 at B3LYP/kPd-ADZP/6-31+G(d) level were predicted and these values are in good agreement with the expected value of 16.34 kcal.mol-1. Added to this, an analysis about the 195Pt chemical shift was addressed, where for a wide range of 73 Pt(II) complexes and average absolute deviation of only 156 ppm was found at GIAO-B3LYP(DKHSO)/NMR-TZPP-DKH/IEFPCM-UFF level. All basis sets proposed here were systematically tested and, in general, good results were found for the properties of interest and highly affordable computational costs.
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