Logowanie do System sprawozdań KDM

Opis oddziaływań w wybranych układach dwu- i trójpierścieniowych w stanie podstawowym i wzbudzonym

Kierownik projektu: Aneta Jezierska

Uniwersytet Wrocławski

Wydział Chemii

Wrocław

Streszczenie projektu

Celem badawczym projektu jest uzyskanie szczegółowego teoretycznego opisu fizyko-chemicznego wybranych pochodnych jedno-, dwu- i trójpierścieniowych związków aromatycznych. Najważniejszym elementem celu badawczego jest rozwinięcie metodologii umożliwiającej opis wpływu kwantowych efektów jądrowych na właściwości molekularne w stanach wzbudzonych. Wybrane układy do badań zostały podzielone na trzy grupy:

(i) pochodne jedno- i dwupierścieniowe zawierające wewnątrzcząsteczkowe wiązania wodorowe, służące do badań rozwojowych i testowania metody kwantowania ruchów jądrowych,

(ii) pochodne dwupierścieniowe z wiązaniem wodorowym, w tym tzw. "gąbki protonowe",

(iii) pochodne trójpierścieniowe, głównie, ale nie wyłącznie z wiązaniem wodorowym, np. fenantroliny i benzo[h]chinoliny, w tym związki o możliwych zastosowaniach praktycznych (barwniki, luminofory stosowane w diodach OLED).

Planowane jest stworzenie bazy danych użytecznej przy projektowaniu nowych pochodnych o potencjalnym praktycznym zastosowaniu w chemii materiałowej i biomedycznej.

Badania będą prowadzone w elektronowym stanie podstawowym i stanach wzbudzonych, za pomocą schematów statycznych i dynamiki molekularnej. Analizowane będzie zjawisko przeniesienia protonu i związane z nim konsekwencje na poziomie molekularnym, przede wszystkim indukowane przeniesienie protonu (ESIPT). Planowana jest również fotodynamika - ewolucja parametrów metrycznych pod wpływem wzbudzenia elektronowego.

Obliczenia kwantowo-chemiczne podzielone są na kilka etapów. Etap pierwszy to testowanie protokołów obliczeniowych i rozwinięcie metodologii opisu wpływu kwantowych efektów jądrowych na właściwości molekularne w stanach wzbudzonych - rozszerzenie metody snapshot-envelope. Etap drugi to opis parametrów metrycznych, energetycznych i struktury elektronowej w oparciu o metody statyczne. Etap trzeci to zastosowanie metod dynamiki molekularnej (ab initio) w różnych formalizmach.

Statyczny kwantowo-chemiczny opis parametrów metrycznych i struktury elektronowej w stanie podstawowym, oparty zostanie na metodach korelacyjnych post-Hartree-Fock, tj. MP2 i referencyjna metoda CCSD(T), oraz na teorii funkcjonału gęstości (DFT) w wersji tradycyjnej i z poprawkami dyspersyjnymi. Obliczenia stanów wzbudzonych to przede wszystkim metody CC2 i TDDFT. Do analizy danych i tzw. post-processingu zostaną zastosowane teoria AIM i metoda NBO.

Schematy dynamiki molekularnej ab initio (CPMD, BOMD) pozwolą na dokładną analizę zachowania parametrów metrycznych, struktury elektronowej i spektroskopii w stanie podstawowym. Dynamika molekularna z całkowaniem po trajektoriach (PIMD) pozwoli opisać kwantyzację ruchów jądrowych. Schemat snapshot-envelope oparty na trajektorii dynamiki molekularnej ab initio posłuży do opisu efektów kwantowych w wybranym drganiu normalnym i wyliczenia potencjału średniej siły (Pmf) odpowiadającego energii swobodnej, natomiast metoda metadynamiki umożliwi efektywne przeszukanie przestrzeni fazowej układu. Własności dynamiczne w stanie wzbudzonym zostaną przeanalizowane metodą surface hopping, TDDFT-BOMD.

Publikacje

  1. Aneta Jezierska, Jarosław J. Panek, ZASTOSOWANIE METOD DYNAMIKI MOLEKULARNEJ W BADANIACH NAD UKŁADAMI Z WIĄZANIAMI WODOROWYMI, Wiadomości Chemiczne 71 (7-8), (2017) 473-495
  2. J. J. Panek, A. Jezierska, N-oxide Derivatives: Car-Parrinello Molecular Dynamics and Electron Localization Function Study on Intramolecular Hydrogen Bonds, The Journal of Physical Chemistry A 122, (2018) 6605-6614
  3. A. Jezierska, J.J. Panek, Theoretical study of intramolecular hydrogen bond in selected symmetric ?proton sponges? on the basis of DFT and CPMD methods, Journal of Molecular Modeling 26, (2020) 37:1 - 37:10