Basis set convergence in Hartree-Fock calculations of some diatomic molecules containing first and second-row atoms

Investiga-se a convergência de conjuntos de bases em direção ao limite numérico da energia Hartree-Fock (HF) total para as seqüências hierárquicas dos conjuntos de bases XZP e ccpVXZ. Para as duas hierarquias, melhoramentos significativos são obtidos com cada incremento em X. Para estimar o limite do conjunto de base completo, uma forma exponencial foi usada. Entre as várias aproximações consideradas aqui, uma extrapolação exponencial de três parâmetros aplicada aos resultados TZP, QZP e 5ZP deu os limites do conjunto de bases mais precisos. Em adição, energias HF dos orbitais moleculares ocupados mais altos de algumas moléculas diatômicas foram calculadas com o conjunto 5ZP e comparadas com as correspondentes obtidas com o conjunto cc-pV5Z e com um método numérico HF.

Portugal making a difference with children and families: the GADIF model

Portugal is a culture grounded in strong traditions and family. Yet, social changes like women returning to the workforce and a decreas ed national birth rate are impacting the traditional family structure and care giving environments of children. Female employment has been increasing steadily in P ortugal over the last three decades (Galego & Pereira, 2006) and the total fert ility rate decreasing from 4.1 to 2.8 (INE, 2006). Furthermore, extended family me mbers, like grandparents, no longer reside close by to their children and grandc hildren as in the past, because of a changing labor market. Many of the younger gen eration are leaving their rural communities to flock to urban areas because o f job opportunities, leaving behind older relatives who would have otherwise par ticipated in the daily care of children. Given these social and economic changes, children are spending more time in out-of-home care with non-familial caregive rs. Yet, government regulations and guidelines in early care and educat ion (ECCE) and early intervention (EI) are only just emerging; it contin ues to be a work in progress.

O futurismo russo: Maiakovsky ou a "Nuvem de calças"

Este breve ensaio sobre o poeta e escritor russo Vladimir Mayakovsky é uma modesta tentativa de contribuir para um (re)descobrimento ou para uma simples revisitação da produção literária russa do período soviético, que, por razões muitas vezes apenas de ordem política e não estética, caiu no esquecimento, não sendo traduzida na sua totalidade, como é o caso de Mayakovsky, ou, pura e simplesmente, sendo votada ao “ostracismo”, porque rotulada, a priori ou ab initio, como obras escritas dentro das paredes estreitas do “realismo socialista”, padecendo de falta de criatividade e norteandose, aberta ou dissimuladamente, pelos princípios rígidos e imutáveis de um totalitarismo inflexível. Contudo, nem toda a literatura soviética pode ser enquadrada no realismo socialista, valendo a pena conhecê-la e analisá-la.

Structural investigation of the Bacillus subtilis morphogenic factor RodZ

A thesis to obtain a Master degree in Structural and Functional Biochemistry

Fotoionização de moléculas e átomos

Este trabalho, no âmbito da física atómica e molecular, é essencialmente um estudo experimental, por fotoionização, da estrutura electrónica de moléculas e átomos de elevada instabilidade, relevantes na indústria, atmosfera terrestre e astrofísica. Os estudos de física molecular compreendem a caracterização em fase gasosa, à temperatura ambiente e a decomposição térmica controlada até 1100 K, por fotoionização com radiação de ultravioleta de vácuo usando a fonte de He I (21.22 eV), das seguintes moléculas: azidoformato de metilo, N3COOCH3; azidoformato de etilo, N3COOCH2CH3; azidoacetato de etilo, N3CH2COOCH2CH3; azidoetanol, N3CH2CH2OH;2-azidopropionitrilo, CH3CH(N3)CN; e 3-azidopropionitrilo, N3CH2CH2CN. Os resultados de espectroscopia de fotoelectrões, para cada uma destas moléculas, são comparados com os resultados do estudo de pirólise pela técnica de isolamento em matriz de azoto molecular, à temperatura de 12 K, assistida por espectroscopia de infravermelho. Os compostos intermediários e produtos finais observados permitem propor mecanismos de decomposição térmica para cada um dos sistemas. A interpretação e atribuição das bandas espectrais relativas a cada molécula têm por base os cálculos ab initio (HF e MP2) e de funcional da densidade (BLYP e B3LYP) das propriedades moleculares dos seus confórmeros de equilíbrio. A radiação de sincrotrão de ultravioleta de vácuo é usada nos estudos, por fotoionização, do oxigénio e azoto atómicos e dos radicais OH e OD, os quais são produzidos in situ por descarga de microondas e/ou reacção rápida átomo molécula. Para cada um destes sistemas, apresentam-se medidas da secção eficaz parcial de fotoionização, σ i, e do parâmetro de assimetria, β. Nestes estudos é usada a radiação da estação de trabalho 4.2 do Sincrotrão Elettra, em Itália.

Grafting of adipic anhydride to carbon nanotubes through a Diels-Alder cycloaddition/oxidation cascade reaction

Accepted Manuscript

Structural, optical and magnetic properties of pulsed laser deposited Co-doped ZnO films

Zn1−xCoxO films with different Co concentrations (with x=0.00, 0.10, 0.15, and 0.30) were grown by pulsed laser deposition (PLD) technique. The structural and optical properties of the films were investigated by grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD), Raman spectroscopy and photoluminescence (PL). The magnetic properties were measured by conventional magnetometry using a SQUID and simulated by ab-initio calculations using Korring–Khon–Rostoker (KKR) method combined with coherent potential approximation (CPA). The effect of Co-doping on the GIXRD and Raman peaks positions, shape and intensity is discussed. PL studies demonstrate that Co-doping induces a decrease of the bandgap energy and quenching of the UV emission. They also suggest the presence of Zn interstitials when x≥0.15. The 10% Co-doped ZnO film shows ferromagnetism at 390 K with a spontaneous magnetic moment ≈4×10−5 emu and coercive field ≈0.17 kOe. The origin of ferromagnetism is explained based on the calculations using KKR method.

Estudio Cinético de Reacciones de Transferencia de átomo de cloro de haloalcanos con radicales asimétricos: Análisis comparativo con cálculos semiempíricos

El objetivo es aportar parámetros cinéticos de interés en la Fotoquímica de la Atmósferica, relacionada con la comprensión de los procesos de abstracción de átomo de cloro de halometanos, con radicales asimétricos del tipo C2FxCly (donde x + y = 5). La fuente de radicales (ICF2CFECl Y ICF2CFC12) son ioduros asimétricos sintetizados y purificados con cromatografía gaseosa y caracterizado por espectroscopía IR, UV y espectrometría de masa. Se utiliza un sistema de medición para reacciones competitivas en la determinación de las constantes de velocidad, con análisis de los productos mediante cromatografía gaseosa. Se calcularán además algunas funciones termodinámicas de los radicales involucrados y de los procesos de transferencia de átomo de cloro de las reacciones directas e inversas. Los factores experimentales son reproducidos por el método de Benson. Para explicar la correlación entre las energías de activación, estructura electrónica y geometría del estado de transición se utilizarán métodos ab-initio y semiempíricos que pueden dar una explicación satisfactoria de los valores experimentales.

Parámetros magnéticos y estructura molecular

Los estudios realizados a través de este proyecto pretenden abarcar dos aspectos fundamentales en la Física Experimental y Teórica, los cuales son: a) Realizar estudios en investigación básica, orientados a acrecentar el conocimiento en ramas de la Física Molecular, utilizando la técnica de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). Para ello se obtienen e interpretan los parámetros magnéticos moleculares característicos y se desarrollan e implementan métodos de cálculo de gran potencia y tiempo de cómputo a fin de correlacionar los estudios de tales parámetros con la estructura geométrica y electrónica molecular y/o con las diversas interacciones moleculares que se puedan presentar. b) Presentar y desarrollar tecnología adicional que permita aplicaciones de la RMN a otras líneas de estudio y también la consolidación de la infraestructura experimental existente en la Universidad Nacional de Río Cuarto. Objetivos generales y específicos: Se plantea como objetivo global, el acrecentar el conocimiento de un conjunto de propiedades moleculares, estudiando una familia de compuestos orgánicos mediante la técnica de la RMN de alta resolución y el empleo de métodos de cálculo tipo ab-initio. (...) Se mencionan a continuación los objetivos específicos más importantes a alcanzar: * Proponer modelos y leyes empíricas que describan el comportamiento de los parámetros magnéticos pertenecientes a familias de compuestos orgánicos heterocíclicos en relación a su estructura electrónica y conformacional. * Compatibilizar los estudios empíricos con resultados teóricos. * Desarrollar nuevos métodos de cálculo a fin de obtener una función de onda que mejor aproxime lo anterior. * Orientar parte del trabajo experimental a diversas aplicaciones de la RMN, adaptando el equipamiento existente a otras técnicas y/o adquiriendo equipamiento para tal fin.

Dinámica y cinética de los procesos físicos y químicos del radical OH con compuestos orgánicos volátiles (COVs) de relevancia atmosférica. Dynamics and kinetics of the physical and chemical processes of OH radicals with atmospheric relevant volatile organic compounds (VOCs)

El objetivo del presente proyecto es estudiar los procesos físicos y químicos del radical OH con compuestos orgánicos volátiles (COVs), con los cuales sea factible la formación de agregados de van der Waals (vdW) responsables de la curvatura en los gráficos de Arrhenius, empleando técnicas modernas, complementarias entre si y novedosas en el país. El problema será abordado desde tres perspectivas complementarias: 1) estudios cinéticos, 2) estudios mecanísticos y de distribución de productos y 3) estudios de la dinámica de los procesos físicos y químicos. La finalidad es alcanzar una mejor comprensión de los mecanismos que intervienen en el comportamiento químico de especies presentes en la atmósfera y obtener datos cinéticos de alta calidad que puedan alimentar modelos computacionales capaces de describir la composición de la atmósfera, presente y futura. Los objetivos son estudiar: 1) mediante fotólisis láser pulsada con detección por fluorescencia inducida por láser (PLP-LIF), en reactores de flujo, la cinética de reacción del radical OH(v”=0) con COVs que presentan gráficos de Arrhenius curvos con energías de activación negativas, tales como alcoholes insaturados, alquenos halogenados, éteres halogenados, ésteres alifáticos; 2) en una cámara de simulación de condiciones atmosféricas de gran volumen (4500 L), la identidad y el rendimiento de productos de las reacciones mencionadas, a fines de evaluar su impacto atmosférico y dilucidar los mecanismos de reacción; 3) mediante haces moleculares y espectroscopía láser, la estructura y reactividad de complejos de vdW entre alcoholes insaturados o aromáticos (cresoles) y el radical OH, como modelo de los aductos propuestos como responsables de la desviación al comportamiento de Arrhenius de las reacciones mencionadas; 4) mediante PLP-LIF y expansiones supersónicas, las constantes específicas estado a estado (ksts) de relajación/reacción del radical OH(v”=1-4) vibracionalmente excitado con los COVs mencionados. Los resultados experimentales obtenidos serán contrastados con cálculos ab-initio de estructura electrónica, los cuales apoyarán las interpretaciones, permitirán proponer estructuras de estados de transición y aductos colisionales, como así también calcular las frecuencias de vibración de los complejos de vdW para su posterior asignación en los espectros LIF y REMPI. Asimismo, los mecanismos de reacción propuestos y los parámetros cinéticos medidos experimentalmente serán comparados con aquellos obtenidos por cálculos teóricos. The aim of this project is to study the physical and chemical processes of OH radicals with volatile organic compounds (VOCs) with which the formation of van der Waals (vdW) clusters, responsible for the observed curvature in the Arrhenius plots, might be feasible. The problem will be addressed as follow : 1) kinetic studies; 2) products distribution and mechanistic studies and 3) dynamical studies of the physical and chemical processes. The purpose is to obtain a better understanding of the mechanisms that govern the chemical behavior of species present in the atmosphere and to obtain high quality kinetic data to be used as input to computational models. We will study: 1) the reaction kinetics of OH (v”=0) radicals with VOCs such as unsaturated alcohols, halogenated alkenes, halogenated ethers, aliphatic esters, which show curved Arrhenius plots and negative activation energies, by PLP-LIF, in flow systems; 2) in a large volume (4500 L) atmospheric simulation chamber, reaction products yields in order to evaluate their atmospheric impact and reaction mechanisms; 3) using molecular beams and laser spectroscopy, the structure and reactivity of the vdW complexes formed between the unsaturated or aromatic alcohols and the OH radicals as a model of the adducts proposed as responsible for the non-Arrhenius behavior; 4) the specific state-to-state relaxation/reaction rate constants (ksts) of the vibrationally excited OH (v”=1-4) radical with the VOCs by PLP-LIF and supersonic expansions. Ab-initio calculations will be carried out to support the interpretation of the experimental results, to obtain the transition state and collisional adducts structures, as well as to calculate the vibrational frequencies of the vdW complexes to assign to the LIF and REMPI spectra. Also, the proposed reaction mechanisms and the experimentally measured kinetic parameters will be compared with those obtained from theoretical calculations.

Química de l'espín prohibit: la importància dels intermedis a capa oberta en l'activació d'enllaços C-H

Estudi realitzat a partir d’una estada a la School of Chemistry de la University of Bristol, Gran Bretanya, entre 2006 i 2008. La reacció d’activació del pre-catalitzador CH3-Fe(P(iPr)2CH2)3B-Ph, que es dóna en presència de H2 i P(CH3)3, és una reacció spin-prohibida ja que els reactius i els productes tenen diferents estat d’espín en el seu estat fonamental: el pre-catalitzador és quintet, mentre que el producte format després de l’eliminació de metà, PMe3(H3)-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph, és singlet. Un dels intermedis d’aquesta reacció és d’especial interès ja que catalitza la hidrogenació d’olefines. Intermedi que experimentalment s’ha proposat com a H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph] o el Hx-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph]. Aquestes espècies han estat estudiades computacionalment, mitjançant la combinació de mètodes del funcional de la densitat calibrats mitjançant càlculs ab initio. Els resultats obtinguts mostren que les superfícies d’energia potencial singlet, triplet i quintet es creuen al llarg de les reaccions descrites. La reacció d’activació del pre-catalitzador és una reacció multi spin-prohibida (més d’un canvi d’espín), en la que el mecanisme preferit addiciona primer hidrogen i després la fosfina, el pas determinant de la velocitat és el creuament de la superfície d’energia potencial quintet a la triplet a la geometria del reactiu, que es produeix amb una barrera d’aproximadament 18 kcal/mol. La reacció d’hidrogenació d’olefines en canvi pot ser o no una reacció espín prohibida depenent de les condicions en que es dugui a terme. En cas de que la reacció es dugui a terme en un excés d’hidrogen, en el mecanisme principal l’espècie activa seria el (H2)H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph] singlet en el seu estat fonamental que hidrogenaria l’olefina sense cap pas espín prohibit. Aquest mecanisme és el de barrera més baixa però s’espera que estigui més desafavorit entropicament. Si les condicions no són d’un important excés d’hidrogen, llavors l’espècie activa s’espera que sigui H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph], la reacció llavors seria multi espín prohibida amb una barrera de unes 13 kcal/mol corresponents al creuament entre la superfície quintet i triplet a la geometria del H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph].

Structural prediction of peptides bound to MHC class I.

An ab initio structure prediction approach adapted to the peptide-major histocompatibility complex (MHC) class I system is presented. Based on structure comparisons of a large set of peptide-MHC class I complexes, a molecular dynamics protocol is proposed using simulated annealing (SA) cycles to sample the conformational space of the peptide in its fixed MHC environment. A set of 14 peptide-human leukocyte antigen (HLA) A0201 and 27 peptide-non-HLA A0201 complexes for which X-ray structures are available is used to test the accuracy of the prediction method. For each complex, 1000 peptide conformers are obtained from the SA sampling. A graph theory clustering algorithm based on heavy atom root-mean-square deviation (RMSD) values is applied to the sampled conformers. The clusters are ranked using cluster size, mean effective or conformational free energies, with solvation free energies computed using Generalized Born MV 2 (GB-MV2) and Poisson-Boltzmann (PB) continuum models. The final conformation is chosen as the center of the best-ranked cluster. With conformational free energies, the overall prediction success is 83% using a 1.00 Angstroms crystal RMSD criterion for main-chain atoms, and 76% using a 1.50 Angstroms RMSD criterion for heavy atoms. The prediction success is even higher for the set of 14 peptide-HLA A0201 complexes: 100% of the peptides have main-chain RMSD values < or =1.00 Angstroms and 93% of the peptides have heavy atom RMSD values < or =1.50 Angstroms. This structure prediction method can be applied to complexes of natural or modified antigenic peptides in their MHC environment with the aim to perform rational structure-based optimizations of tumor vaccines.

Access of extracellular cations to their binding sites in Na,K-ATPase: role of the second extracellular loop of the alpha subunit.

Na,K-ATPase, the main active transport system for monovalent cations in animal cells, is responsible for maintaining Na(+) and K(+) gradients across the plasma membrane. During its transport cycle it binds three cytoplasmic Na(+) ions and releases them on the extracellular side of the membrane, and then binds two extracellular K(+) ions and releases them into the cytoplasm. The fourth, fifth, and sixth transmembrane helices of the alpha subunit of Na,K-ATPase are known to be involved in Na(+) and K(+) binding sites, but the gating mechanisms that control the access of these ions to their binding sites are not yet fully understood. We have focused on the second extracellular loop linking transmembrane segments 3 and 4 and attempted to determine its role in gating. We replaced 13 residues of this loop in the rat alpha1 subunit, from E314 to G326, by cysteine, and then studied the function of these mutants using electrophysiological techniques. We analyzed the results using a structural model obtained by homology with SERCA, and ab initio calculations for the second extracellular loop. Four mutants were markedly modified by the sulfhydryl reagent MTSET, and we investigated them in detail. The substituted cysteines were more readily accessible to MTSET in the E1 conformation for the Y315C, W317C, and I322C mutants. Mutations or derivatization of the substituted cysteines in the second extracellular loop resulted in major increases in the apparent affinity for extracellular K(+), and this was associated with a reduction in the maximum activity. The changes produced by the E314C mutation were reversed by MTSET treatment. In the W317C and I322C mutants, MTSET also induced a moderate shift of the E1/E2 equilibrium towards the E1(Na) conformation under Na/Na exchange conditions. These findings indicate that the second extracellular loop must be functionally linked to the gating mechanism that controls the access of K(+) to its binding site.

C-H···O H-bonded complexes: how does basis set superposition error change their potential-energy surfaces?

Geometries, vibrational frequencies, and interaction energies of the CNH⋯O3 and HCCH⋯O3 complexes are calculated in a counterpoise-corrected (CP-corrected) potential-energy surface (PES) that corrects for the basis set superposition error (BSSE). Ab initio calculations are performed at the Hartree-Fock (HF) and second-order Møller-Plesset (MP2) levels, using the 6-31G(d,p) and D95++(d,p) basis sets. Interaction energies are presented including corrections for zero-point vibrational energy (ZPVE) and thermal correction to enthalpy at 298 K. The CP-corrected and conventional PES are compared; the unconnected PES obtained using the larger basis set including diffuse functions exhibits a double well shape, whereas use of the 6-31G(d,p) basis set leads to a flat single-well profile. The CP-corrected PES has always a multiple-well shape. In particular, it is shown that the CP-corrected PES using the smaller basis set is qualitatively analogous to that obtained with the larger basis sets, so the CP method becomes useful to correctly describe large systems, where the use of small basis sets may be necessary

Exploring chromium (VI) dioxodihalides chemistry: is density functional theory the most suitable tool?

A comparative systematic study of the CrO2F2 compound has been performed using different conventional ab initio methodologies and density functional procedures. Two points have been analyzed: first, the accuracy of results yielded by each method under study, and second, the computational cost required to reach such results. Weighing up both aspects, density functional theory has been found to be more appropriate than the Hartree-Fock (HF) and the analyzed post-HF methods. Hence, the structural characterization and spectroscopic elucidation of the full CrO2X2 series (X=F,Cl,Br,I) has been done at this level of theory. Emphasis has been given to the unknown CrO2I2 species, and specially to the UV/visible spectra of all four compounds. Furthermore, a topological analysis in terms of charge density distributions has revealed why the valence shell electron pair repulsion model fails in predicting the molecular shape of such CrO2X2 complexes