Comparação entre métodos compostos no cálculo de afinidades por próton e elétron em sistemas moleculares

Abstract

. The CBS-4M, CBS-QB3, G2, G2(MP2), G3 and G3(MP2) model chemistry methods have been used to calculate proton and electron affinities for a set of molecular and atomic systems. Agreement with the experimental value for these electronic properties is quite good considering the uncertainty in the experimental data. A comparison among the six theories using statistical analysis (average value, standard deviation and root-mean-square) showed a better performance of CBS-QB3 to obtain these properties.Keywords: composite methods; CBS-QB3 method; proton and electron affinities. INTRODUÇÃOA partir da década de 1980 começaram a surgir métodos para obter a energia eletrônica de sistemas moleculares, utilizando cálculos teóricos em diferentes níveis de teoria e com conjuntos de funções de base específicos para cada um desses níveis. Estes métodos ficaram conhecidos como métodos compostos. A principal idéia por trás destes métodos é obter a energia eletrônica na geometria de equilíbrio de forma aditiva, ou seja, calculada pela soma das contribuições de cada etapa do cálculo.Existem diversos métodos computacionais, sendo os mais utilizados aqueles que derivam da teoria Gaussian desenvolvidos por Pople e colaboradores 1-4 e da teoria do Conjunto de Base Completo desenvolvidos por Petersson e colaboradores. 5,6Usando a energia do sistema é possível obter propriedades termodinâmicas como a entalpia e a energia livre de Gibbs. Assim, através da variação da entalpia de uma reação é possível o cálculo de propriedades como afinidade por próton e por elétron. Além disso, podem ser obtidas propriedades eletrônicas e estruturais de cálculos teóricos como densidade de carga, comprimento e ângulo de ligação.Os métodos compostos podem ser utilizados, por exemplo, na determinação de mecanismos de reações utilizando as propriedades termodinâmicas no cálculo da energia de ativação e de constantes de velocidade, 7-14 úteis em pesquisas que examinam em detalhes o mecanismo através do cálculo de constantes de velocidade para cada etapa da reação. 15,16 Outras propriedades muito estudadas são as afinidades por próton 17-23 e por elétron, 24-27 a acidez, 28 bem como a identificação da estrutura mais estável para um determinado isômero. 29,30 Compostos inorgânicos também podem ser explorados utilizando métodos compostos pelo cálculo do potencial de redução 31 em reações de óxido-redução.No trabalho de um químico, informações a respeito de entalpia de formação e energia de dissociação são muito importantes, existindo diversos estudos neste campo, onde os métodos compostos são amplamente utilizados.32-44 Outra aplicação interessante é no estudo do mecanismo em processos envolvidos em espectroscopia de massas. 45A variedade de aplicações utilizando métodos compostos vem aumentando tanto em trabalhos teóricos como em trabalhos experimentais, devido à sua praticidade, confiabilidade e precisão em prever parâmetros físico-químicos. Este trabalho avaliou alguns métodos compostos considerando-se a capacidade de reprodução de parâmetros experimentais e o ...

Validação computacional de métodos compostos no estudo de propriedades moleculares

“…4 Atualmente, existe uma grande variedade desses métodos sendo mais difundidos os métodos Gaussian-n 11-17 e os métodos do conjunto de base completo. [18][19][20] Desde o seu surgimento, devido aos resultados confiáveis para as quantidades termoquímicas e ao tempo computacional reduzido, o número de aplicações desses métodos cresceu rapidamente.…”

“…3 Juntos, esses avanços, levaram a avaliações mais precisas de diversas propriedades moleculares, em especial relacionadas a grandezas termoquímicas. [4][5][6][7][8][9][10] Mesmo tendo em mãos métodos sofisticados e funções de base extensas para descrever qualquer sistema eletrônico, a realização prática de cálculos que envolvam um grande número de partículas ainda é uma tarefa dispendiosa computacionalmente. Algumas estratégias têm tido sucesso e tornado possível a abordagem precisa de sistemas químicos relativamente grandes.…”

Theoretical study of thermochemical properties using composite methods adapted to ONIOM

“…[1][2][3][4][5][6][7][8][9] However, practical calculations containing many particles become a task that requires a very high computational cost. 10 Some strategies have been successful, making it possible to study large systems, highlighting the composite methods [11][12][13][14][15][16][17][18][19] and the ONIOM (our own n-layered integrated molecular orbital and molecular mechanics) method.…”

“…20 Developed in the 1980s, the composite methods aim to extrapolate the electronic energies from a sequence of calculations, computationally inexpensive, to an electronic energy with a high level of correlation and large basis set. 2 In addition to the energy terms from the energy calculations, some empirical parameters can be added to correct deficiencies of the method, like additional correlation effects, relativistic effect, etc.The Gaussian-n theory, developed by Pople and co-workers, 13-17 exploits this idea to predict thermochemical data of molecules containing elements of the first three periods of the periodic table. The purpose of this theory is to obtain a general procedure that can reproduce experimental data for properties such as proton and electron affinities, ionization energy, enthalpy of formation, etc., being applicable to any molecular system unambiguously.…”

“…20 Developed in the 1980s, the composite methods aim to extrapolate the electronic energies from a sequence of calculations, computationally inexpensive, to an electronic energy with a high level of correlation and large basis set. 2 In addition to the energy terms from the energy calculations, some empirical parameters can be added to correct deficiencies of the method, like additional correlation effects, relativistic effect, etc.…”