herramietascomputacionales en tiempos de pandemiax

herramientas computacionales

1. 1   Herramientas Químicas Computacionales (softwares) para el Modelaje Molecular. “Un vistazo a la Química Computacional y una oportunidad en medio de la Pandemia COVID-19” Presentado por: Lic. Jesús Raimond Morón M. Centro de Equilibrios en Solución Caracas, septiembre de 2020

2. A finales de los años setenta apareció un nuevo campo del conocimiento orientado al diseño de moléculas asistido por computadora: la química computacional. Aun cuando el término de “química computacional” es muy empleado, el interés por definir ha sido escaso; es más, con mucha frecuencia suele utilizarse de química teórica como su sinónimo en forma errónea. Si bien la definición de química computacional puede parecer arbitraria y subjetiva, al gusto de cada persona, es necesario proponer una muy general : la disciplina que comprende todos aquellos aspectos de la investigación en química que se benefician con la aplicación de las computadoras . Esta definición incluye desde la utilización del cómputo para controlar un espectrómetro de resonancia magnética nuclear o un espectrómetro de infrarrojo hasta el manejo de los bancos de información, pasando desde luego por las aplicaciones que impactan la descripción de la estructura de moléculas. Química computacional

3. Química computacional En un sentido más restrictivo, el núcleo de la química computacional implica el uso de modelos matemáticos para la predicción de propiedades químicas y físicas de compuestos empleando computadoras. En 1985 aparece la que podría ser la primera definición formal de esta disciplina: modelado cuantitativo del comportamiento químico utilizando una computadora y usando los formalismos de la química teórica ( Hopfinger , 1985 ). La Encyclopedia of Computational Chemistry ( Scheleger , 1998) no define explícitamente el término pero permite establecer que consiste en la aplicación amplia del cómputo en cualquier aspecto de la química.

4. Los métodos semiempíricos están basados en la aproximación de Dewar y, por lo mismo, son llamados métodos tipo Dewar . Al igual que los otros métodos, lo tipos Dewar sólo tratan los electrones de valencia y utilizan en conjunto de base de mínima energía de Slater para los orbitales atómicos con el fin de expandir los orbitales moleculares. El método de tipo Dewar AM1 (Modelo Austin, nombrado así en honor a la Universidad de Texas en Austin) está parametrizado para H, B, Al, C, Si, Ge, Sn, N, P, O, S, F, Cl, Br, I, Zn, y Hg . Mientras que el método PM3 (método paramétrico numero 3) toma algunas integrales como parámetros a optimizar y utiliza funciones gaussianas como orbitales atómicos. Este método está optimizado para los átomos H, C, Si, Ge, Sn, Pb; N, As, Sb, Bi, O, S, Se, Te, F, Cl, Br, I, Al, Ga, In, Tl, Be, Mg, Zn, Cd, Y Hg ( Steward , 1989). Química computacional

5. Mulliken,1966 Fukui, 1981 Hoffmann, 1981 Pople , 1998 Kohn, 1998 Premios Nobel en la Química Computacional

6. Premios Nobel en la Química Computacional Año 2013

7. Compañías Softwares Gaussian Inc. Gaussian 94, Gaussian 98 Schrödinger Inc. Jaguar Wavefunction Spartan Q- Chem Q- Chem MSI InsightII , Discovery HyperCube HyperChem Informatix Celera Genomics Aplicaciones: Investigaciones, diseños de drogas y nuevos materiales entre otros… Industrias de la Química Computacional

8. Cálculo computacional Química Cuántica : Ecuación de Schr Ö dinger . Mecánica Molecular : F = M . A Bioinformáticas : Crea y analiza bio -información.

9. Métodos químicos cuánticos Métodos de orbital molecular Ab initio. Métodos de orbital molecular semiempíricos. Métodos de Densidad Funcional (DFT).

10. H y = E y Ecuación de Schr Ö dinger Hamiltoniano H =   ( - h 2 /2m a )   2 - ( h 2 /2m e )  i  i 2 +     Z a Z b e 2 / r ab -  i   Z a e 2 /r i a +  i  j e 2 / r ij Función de onda Energía Métodos químicos cuánticos

11. Ecuación de Schrödinger . . . Átomo de Hidrogeno Los movimientos e interacciones de núcleos y electrones se describen mediante la ecuación de Schrödinger , que se puede resolver exactamente para el átomo de hidrógeno . La cantidad entre paréntesis da la energía (E) de un electrón a una distancia r de un núcleo de carga Z . La función de onda ( y ) depende de las coordenadas del electrón y son los conocidos orbitales atómicos s, p, d. y 2 veces un volumen pequeño es la densidad de electrones (probabilidad de encontrar el electrón dentro de este volumen). Esta es la cantidad medida en un experimento de difracción de rayos X .

12. La ecuación de Schrödinger generalizada: La ecuación de Schrödinger puede generalizarse . H es el hamiltoniano y describe las energías cinética y potencial de núcleos y electrones. En unidades atómicas, está dado por: Z es la carga nuclear , M A es la relación de masas atómicas y electrónicas y R AB ,R iA y R ij son distancias que involucran núcleos A, B y electrones i, j. ˆ

13. Unidades Atómicas La unidad atómica para la longitud es el bohr y la unidad atómica para la energía es el hartree . 1 bohr = 0.52917 Ǻ = 5.2917 pm 1 hartree = 2625 kJ/ mol = 627.5 kcal/ mol La energía del proton es hartrees (no hay electrones ). La energía del átomo de hidrógeno es -0.5 hartrees .

14. Aproximación de Born-Oppenheimer La aproximación de Born-Oppenheimer supone que, debido a que los núcleos son mucho más masivos que los electrones, no se mueven. Esto conduce a la ecuación electrónica de Schrödinger . La energía cinética nuclear es cero y la energía de repulsión de Coulomb entre núcleos es una constante (sumada a la energía electrónica). La masa nuclear no aparece en la ecuación electrónica de Schrödinger y los efectos isotópicos tienen un origen diferente .

15. Aproximación Hartree-Fock La aproximación Hartree-Fock insiste en que los electrones se mueven independientemente unos de otros . En la práctica, cada electrón está confinado a un orbital de espín ,  compuesto por una función espacial u orbital molecular ,  , y una función de espín ,  o  . Este último se puede considerar como un dispositivo de "contabilidad", que asegura que no más de dos electrones ocupan cada orbital molecular . La función de onda de muchos electrones debe escribirse como una suma de productos de orbitales de espín en forma de determinante.

16. Resolviendo las ecuaciones de Hartree-Fock Las ecuaciones de Hartree-Fock deben resolverse mediante un procedimiento iterativo. Se selecciona un electrón y se resuelve una " ecuación de Schrödinger " unidimensional en presencia de un campo que está formado por todos los electrones restantes. Luego, la solución se vuelve a plegar en el campo, se selecciona otro electrón y se repite el proceso. Una vez que se han considerado todos los electrones, el campo resultante se compara con el inicial. Si son iguales dentro de alguna tolerancia preestablecida, entonces se considera que el proceso ha convergido y se termina. Si son diferentes, se repite todo el proceso. Este procedimiento se denomina comúnmente procedimiento de campo autoconsistente (SCF).

17. Aproximación LCAO Los orbitales moleculares se escriben como combinaciones lineales de un conjunto finito (un conjunto de bases) de funciones prescritas conocidas como funciones de base ,  . c son los coeficientes orbitales moleculares (desconocidos) . Porque la función  están centrados en los átomos , se les conoce comúnmente como orbitales atómicos . Esto se conoce como combinaciones lineales de orbitales atómicos o aproximación LCAO .

18. Ecuaciones de Roothaan -Hall En conjunto, las aproximaciones de Hartree-Fock y LCAO conducen a las ecuaciones de Roothaan -Hall , cuya forma es casi la misma que la ecuación de Schrödinger . son energías orbitales, S es la matriz de superposición (una medida del grado en que las funciones de base "se ven entre sí"), y F es la matriz de Fock ( análogo a Ĥ en la ecuación de Schrödinger ). La solución conduce al conjunto de coeficientes orbitales moleculares, c , y sus energías asociadas ,  

19. 19 Cálculo computacional Avogadro Gabedit Spartan Plus 14

20. 20 Cálculo computacional Gaussian y Gausview Mopac

21. Vitamina C C60 Citocromo c Hemo OH + D 2 --> HOD + D energy

22. Visita de HOFFMANN a la Facultad de Ciencias de la ULA en el año Internacional de la Química(Año 2011)