Post on 02-May-2020
Química computacional/JHT 1 / 15
Prácticas de química computacional
Jesús Hernández Trujillo, FQ-UNAM
Bibliografía
Química computacional/JHT 2 / 15
Práctica 1. Puente de hidrógeno en los dímeros H2O · · · H2O,
H2O · · · NH3 y H2O · · · H2S.
Etapas:
1. Optimización de geometría y análisis estructural (incluir la
corrección al error de superposición de bases).
2. Análisis de orbitales moleculares y cargas atómicas.
3. Cálculo de la densidad electrónica y potencial electrostático.
4. Corrimiento al rojo de frecuencias vibracionales
5. Análisis de algunos criterios usados para definir un puente
de hidrógeno.
6. ∆H y ∆G de complejación (gas ideal).
Bibliografía
Química computacional/JHT 3 / 15
Práctica 2. Estabilidad de los cúmulos de agua de la serie
(H2O)n, n = 1, . . . , 6. A partir de n = 3, estudia las
estructuras cíclicas.
Realiza las mismas etapas que en la práctica 1.
Discute la transferibilidad del puente de hidrógeno.
Bibliografía
Química computacional/JHT 4 / 15
Práctica 3. Análisis conformacional del ácido fórmico.
Determinar cuál de los conforme-
ros es más estable y estudiar la
formación del dímero.
Etapas:
1. Optimización de geometría.
2. Análisis vibracional y obtención de frecuencias.
3. Comparación de energía entre los dos isómeros con
corrección de energía de punto cero vibracional.
4. Análisis estructural y de la densidad electrónica.
5. Estabilidad relativa de los dímeros respecto a dos
monómeros ∆H , T∆S y ∆G (gas ideal).
6. Efecto del disolvente (modelado como un dieléctrico o
mediante microsolvatación) en el equilibrio conformacional.
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Química computacional/JHT 5 / 15
Práctica 4. Cálculo de energías de ionización de CO, N2, CH4,
NH3, H2O y HF.
Etapas:
1. Para CO y N2 calcula las dos primeras energías de
ionización.
2. Para CH4, NH3, H2O y HF calcula la primera energía de
ionización.
Dos opciones:
- Energía del proceso A → A+ + 1e.
- En el caso de Hartree–Fock: valor de −εHOMO (teore-
ma de Koopmans).
- Utilizar un método que incluya la correlación electrónica.
Análisis de tendencias en las series isoelectrónicas.
Bibliografía
Química computacional/JHT 6 / 15
Práctica 5. Estructura electrónica de pares de Watson–Crick
Theor. Chem. Acc. 2007 118 113
Cálculos de 2 bases y el correspondiente par de Watson Creek.
Las bases A, T, C y G.
Los pares de Watson y Creek.
IRCs para obtener los pares anómalos (equilibrios
tautoméricos.
Bibliografía
Química computacional/JHT 7 / 15
Práctica 6. Energía de formación de naftaleno.
Reacciones isodésmicas:
1. CH3CH2OH + CH4 → CH3CH3 + CH3OH
2.
+ 3∆rH
Bibliografía
Química computacional/JHT 7 / 15
Práctica 6. Energía de formación de naftaleno.
Reacciones isodésmicas:
1. CH3CH2OH + CH4 → CH3CH3 + CH3OH
2.
+ 3∆rH
∆rH(C6H6) = 3∆fH(butadieno)
−3∆fH(etileno) − ∆rH = 19.89 kcal/mol
Valores experimentales
Valor teórico
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Química computacional/JHT 8 / 15
Obtener la entalpía de formación del
naftaleno a partir del esquema:
Etapas:
1. Obtén ∆rHo para la reacción a 298.15 K.
Utiliza las entalpías obtenidas (mediante mecánica estadística
de gas ideal) con el cálculo de frecuencias.
2. Arma el ciclo de Hess correspondiente para obtener ∆fHo de
naftaleno. Utiliza los datos experimentales de la página anterior.
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Química computacional/JHT 9 / 15
Práctica 7. Sitios de protonación de las moléculas mostradas en
la figura.
(a) (b) (c)
Etapas:
Optimización de geometría.
Análisis de Mülliken.
Potencial electrostático.
Utiliza los resultados para obtener una conclusión con sentido
químico.
Bibliografía
Química computacional/JHT 10 / 15
Práctica 8. Estructura electrónica de benceno y bencenos
sustituidos.
Sistemas bajo estudio: C6H6, C6H5F, C6H5CH3 y C6H5CN
Etapas:
1. Optimización de geometría y análisis estructural.
2. Análisis de orbitales moleculares.
3. Cálculo de la densidad electrónica y potencial electrostático.
4. Análisis del caracter activante del anillo aromático.
5. Efectos estructurales del sustituyente.
6. Espectros de RMN.
Bibliografía
Química computacional/JHT 11 / 15
Práctica 10. Control cinético vs. control termodinámico
Reacciones de abstracción de hidrógeno:
HCOOH + ∗OH → HCOO∗ + H2O
HCOOH + ∗OH →∗COOH + H2O
Etapas:
1. Optimización de las estructuras de reactivos, productos y esta-
dos de transición.
2. Cálculo de las energías de reacción y de activación (moleculares
y termodinámicas).
3. Trazo de los perfiles de reacción.
4. Cálculo de constantes de velocidad de reacción; inclusión de
efecto túnel.
Utiliza los resultados para identificar el producto termodinámico y el
cinético. Con ello, analizar el efecto de la temperatura en el producto
mayoritario. J. Phys. Chem. 2002 106 9520
Bibliografía
Química computacional/JHT 12 / 15
Práctica 11. Ferroceno como electrodo secundario de referencia.
Considera la reacción:
[Cp2Fe]+ + e−
⇌ Cp2Fe
Etapas:
1. Optimización de las estructuras de ambas especies
en diferentes multiplicidades de espín; identificar-
las como de alto o bajo espín, respectivamente.
2. Cálculo de ∆rG◦ para el proceso con las especies más estables.
3. Análisis de la transferencia de carga entre el metal y los ligantes.
4. Determinación de la apticidad de cada complejo mediante QTAIM.
5. Cálculo de la diferencia HOMO-LUMO en cada cada complejo.
6. Análisis del efecto de los sustituyentes metilo (electrodonador) y
NO2 (electroatractor) en Cp para la misma multiplicidad de espín
que con Cp sin sustituyentes.
C. E. Hosecroft & A. G. Sharpe, Inorganic Chemistry,
2nd edn, Pearson Prentice Hall
J.Chem. Soc. Faraday Trans 1986 82 1237
Bibliografía
Química computacional/JHT 14 / 15
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Resultados.
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Bibliografía.
Además, es aceptable:
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Bibliografía
Bibliografía
Química computacional/JHT 15 / 15
1. D. A. McQuarrie, J. D. Simon, Physical Chemistry. A Molecular
Approach, University Science Books, 1997.
2. A. Szabo, N. S. Ostlund, Modern Quantum Chemistry, Dover,
1996.
3. F. A. Carey, R. J. Sundberg, Advanced Organic Chemistry. Part
A: Structure and Mechanisms, Springer, 2007.
4. L. J. Reyes et al., Química Orgánica Computacional, Facultad
de Química, UNAM, 2011.
5. J. B. Foresmann, A. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic
Structure Methods, 2nd. edn., Gaussian Inc., 1996.