Química computacional/JHT 1 / 15

Prácticas de química computacional

Jesús Hernández Trujillo, FQ-UNAM

Bibliografía

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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.

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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.

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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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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.

Bibliografía

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

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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 13 / 15

Adicionalmente, consultar:

Bibliografía

Química computacional/JHT 14 / 15

−→ Informe en formato libre

Algunas opciones:

Introducción.

Metodología.

Resultados.

Conclusiones.

Bibliografía.

Además, es aceptable:

– Texto en inglés.

– Formato de artículo.

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.