Gradient-dependent density functionals of the Perdew-Burke-Ernzerhof type for atoms, molecules, and solids

One of the standard generalized-gradient approximations (GGAs) in use in modern electronic-structure theory [Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) GGA] and a recently proposed modification designed specifically for solids (PBEsol) are identified as particular members of a family of functionals taking their parameters from different properties of homogeneous or inhomogeneous electron liquids. Three further members of this family are constructed and tested, together with the original PBE and PBEsol, for atoms, molecules, and solids. We find that PBE, in spite of its popularity in solid-state physics and quantum chemistry, is not always the best performing member of the family and that PBEsol, in spite of having been constructed specifically for solids, is not the best for solids. The performance of GGAs for finite systems is found to sensitively depend on the choice of constraints stemming from infinite systems. Guidelines both for users and for developers of density functionals emerge from this work.

Two-photon absorption spectra of carotenoids compounds

Carotenoids are biosynthetic organic pigments that constitute an important class of one-dimensional pi-conjugated organic molecules with enormous potential for application in biophotonic devices. In this context, we studied the degenerate two-photon absorption (2PA) cross-section spectra of two carotenoid compounds (beta-carotene and beta-apo-8'-carotenal) employing the conventional and white-light-continuum Z-scan techniques and quantum chemistry calculations. Because carotenoids coexist at room temperature as a mixture of isomers, the 2PA spectra reported here are due to samples containing a distribution of isomers, presenting distinct conjugation length and conformation. We show that these compounds present a defined structure on the 2PA spectra, that peaks at 650 nm with an absorption cross-section of approximately 5000 GM, for both compounds. In addition, we observed a 2PA band at 990 nm for beta-apo-8'-carotenal, which was attributed to a overlapping of I(I)B(u) +-like and 2(I)Ag(-)-like states, which are strongly one- and two-photon allowed, respectively. Spectroscopic parameters of the electronic transitions to singlet-excited states, which are directly related to photophysical properties of these compounds, were obtained by fitting the 2PA spectra using the sum-over-states approach. The analysis and interpretations of the 2PA spectra of the investigated carotenoids were supported by theoretical predictions of one- and two-photon transitions carried out using the response functions formalism within the density functional theory framework, using the long-range corrected CAM-B3LYP functional. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3590157]

Nonempirical hyper-generalized-gradient functionals constructed from the Lieb-Oxford bound

A simple and completely general representation of the exact exchange-correlation functional of density-functional theory is derived from the universal Lieb-Oxford bound, which holds for any Coulomb-interacting system. This representation leads to an alternative point of view on popular hybrid functionals, providing a rationale for why they work and how they can be constructed. A similar representation of the exact correlation functional allows to construct fully nonempirical hyper-generalized-gradient approximations (HGGAs), radically departing from established paradigms of functional construction. Numerical tests of these HGGAs for atomic and molecular correlation energies and molecular atomization energies show that even simple HGGAs match or outperform state-of-the-art correlation functionals currently used in solid-state physics and quantum chemistry.

Molecular dynamics simulation of liquid trimethylphosphine

Structural and dynamical properties of liquid trimethylphosphine (TMP), (CH(3))(3)P, as a function of temperature is investigated by molecular dynamics (MD) simulations. The force field used in the MD simulations, which has been proposed from molecular mechanics and quantum chemistry calculations, is able to reproduce the experimental density of liquid TMP at room temperature. Equilibrium structure is investigated by the usual radial distribution function, g(r), and also in the reciprocal space by the static structure factor, S(k). On the basis of center of mass distances, liquid TMP behaves like a simple liquid of almost spherical particles, but orientational correlation due to dipole-dipole interactions is revealed at short-range distances. Single particle and collective dynamics are investigated by several time correlation functions. At high temperatures, diffusion and reorientation occur at the same time range as relaxation of the liquid structure. Decoupling of these dynamic properties starts below ca. 220 K, when rattling dynamics of a given TMP molecules due to the cage effect of neighbouring molecules becomes important. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3624408]

Synthesis and evaluation of sesquiterpene lactone inhibitors of phospholipase A(2) from Bothrops jararacussu

Several sesquiterpene lactone were synthesized and their inhibitive activities on phospholipase A(2) (PLA(2)) from Bothrops jararacussu venom were evaluated. Compounds Lac01 and Lac02 were efficient against PLA(2) edema-inducing, enzymatic and myotoxic activities and it reduces around 85% of myotoxicity and around 70% of edema-inducing activity. Lac05-Lac08 presented lower efficiency in inhibiting the biological activities studied and reduce the myotoxic and edema-inducing activities around only 15%. The enzymatic activity was significantly reduced. The values of inhibition constants (K(1)) for Lac01 and Lac02 were approximately 740 mu M, and for compounds Lac05-Lac08 the inhibition constants were approximately 7.622-9.240 mu M. The enzymatic kinetic studies show that the sesquiterpene lactones inhibit PLA(2) in a non-competitive manner. Some aspects of the structure-activity relationships (topologic, molecular and electronic parameters) were obtained using ab initio quantum calculations and analyzed by chemometric methods (HCA and PCA). The quantum chemistry calculations show that compounds with a higher capacity of inhibiting PLA(2) (Lac01-Lac04) present lower values of highest occupied molecular orbital (HOMO) energy and molecular volume (VOL) and bigger values of hydrophobicity (LogP). These results indicate some topologic aspects of the binding site of sesquiterpene lactone derivatives and PLA(2). (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Ultradünne molekulare Filme auf Isolatoreinkristalloberflächen : strukturelle und infrarotoptische Eigenschaften

Surfaces, insulators, thin films, low-energy electron diffraction, infrared-spectroscopy, helium atom scattering, quantum chemistry

Theoretical study on receptor-G protein recognition: new insights into the mechanisms of the alpha1b-adrenergic recptor activation

This work compares the structural/dynamics features of the wild-type alb-adrenergic receptor (AR) with those of the D142A active mutant and the agonist-bound state. The two active receptor forms were compared in their isolated states as well as in their ability to form homodimers and to recognize the G alpha q beta 1 gamma 2 heterotrimer. The analysis of the isolated structures revealed that, although the mutation- and agonist-induced active states of the alpha 1b-AR are different, they, however, share several structural peculiarities including (a) the release of some constraining interactions found in the wild-type receptor and (b) the opening of a cytosolic crevice formed by the second and third intracellular loops and the cytosolic extensions of helices 5 and 6. Accordingly, also their tendency to form homodimers shows commonalties and differences. In fact, in both the active receptor forms, helix 6 plays a crucial role in mediating homodimerization. However, the homodimeric models result from different interhelical assemblies. On the same line of evidence, in both of the active receptor forms, the cytosolic opened crevice recognizes similar domains on the G protein. However, the docking solutions are differently populated and the receptor-G protein preorientation models suggest that the final complexes should be characterized by different interaction patterns.

First-order molecular descriptors for molecular steric similarity

En aquest treball s'analitza la contribució estèrica de les molècules a les seves propietats químiques i físiques, mitjançant l'avaluació del seu volum i de la seva mesura de semblança, a partir d'ara definits com a descriptors moleculars de primer ordre. La difeèsncia entre aquests dos conceptes ha estat aclarida: mentre que el volum és la magnitud de l'espai que ocupa la molècula com a entitat global, la mesura de semblança ens dóna una idea de com està distribuïda la densitat electrònica al llarg d'aquest volum, i reflecteix més les diferències locals existents. L'ús de diverses aproximacions per a l'obtenció d'ambdós valors ha estat analitzat sobre diferents classes d'isòmers

Operator expansion: definition and molecular integral applications

Es defineix l'expansió general d'operadors com una combinació lineal de projectors i s'exposa la seva aplicació generalitzada al càlcul d'integrals moleculars. Com a exemple numèric, es fa l'aplicació al càlcul d'integrals de repulsió electrònica entre quatre funcions de tipus s centrades en punts diferents, i es mostren tant resultats del càlcul com la definició d'escalat respecte a un valor de referència, que facilitarà el procés d'optimització de l'expansió per uns paràmetres arbitraris. Es donen resultats ajustats al valor exacte

Formulació matricial de la teoria de pertorbacions de Rayleigh-Schrödringer: monodimensional

Es repassa la formulació de la Teoria de Pertorbacions en notació matricial i s'exposa una aplicació senzilla com és la solució del problema de la partícula sotmesa a un potencial d'atracció dins la caixa quàntica monodimensional

Relacions estructura-propietat per un conjunt d'hidrocarburs a partir de nous descriptors tridimensionals derivats de la semblança molecular quàntica

En aquest article es defineixen uns nous índexs tridimensionals per a la descripció de les molècules a partir de paràmetres derivats de la Teoria de la Semblança Molecular i de les distàncies euclidianes entre els àtoms i les càrregues atòmiques efectives. Aquests indexs,anomenats 3D, s'han aplicat a l'estudi de les relacions estructura-propietat d'una família d'hidrocarburs, i han demostrat una capacitat de descripció de tres propietats de la família (temperatura d'ebullició, temperatura de fusió i densitat) molt més acurada que quan s'utilitzen els indexs 2D clàssics

El mètode APT (Auto Adjusting Perturbation Theory) de diagonalització de matrius

Es presenta un nou algorisme per a la diagonalització de matrius amb diagonal dominant. Es mostra la seva eficàcia en el tractament de matrius no simètriques, amb elements definits sobre el cos complex i, fins i tot, de grans dimensions. Es posa de manifest la senzillesa del mètode així com la facilitat d'implementació en forma de codi de programació. Es comentenels seus avantatges i característiques limitants, així com algunes de les millores que es poden implementar. Finalment, es mostren alguns exemples numèrics

Semblança molecular: representació n-dimensional d'un conjunt de molècules

Es presenta una sèrie de conceptes de semblança molecular quàtica i uns procediments associats de càlcul i representació gràfica dels resultats. Donada una sèrie de molècules es poden obtenir diversos tipus de gràfics que mostren les relacions entre elles. Com a exemple d'aplicació d'aquest procés s'estudia una família de drogues antitumorals

Estudi Qsar d'una família de Quinolones utilitzant índex de semblança i índex topològics de semblança i índexs topològics de semblanç

En aquest treball es presenta un exemple d'aplicació de la semblança molecular quàntica en l'àmbit de la determinació de relacions entre l'estructura i les propietats o activitats biològiques de molècules. La família estudiada està formada per un conjunt de divuit quinolones de les quals es coneixen dues propietats relacionades amb l'activitat biològica: la concentració mínima inhibitòria de la reproducció en E. Coli i I'escissió de l'ADN per la girasa, també en E. Coli. L'estudi s'ha realitzat emprant dues metodologies diferents, fonamentades ambdues en el desenvolupament de la semblança molecular quàntica. Aquestes dues metodologies es basen, respectivament, en el càlcul i l'aplicació dels índexs de semblança i dels índexs topològics de semblança

Sobre els mapes de semblança quàntica molecular

Partint de les definicions usuals de Mesures de Semblança Quàntica (MSQ), es considera la dependència d'aquestes mesures respecte de la superposició molecular. Pel cas particular en qnè els sistemes comparats siguin una molècula i un Àtom i que les mesures es calculin amb l'aproximació EASA, les MSQ esdevenen funcions de les tres coordenades de l'espai. Mantenint fixa una de les tres coordenades, es pot representar fàcilment la variació del valor de semblança en un pla determinat, i obtenir els anomenats mapes de semblança. En aquest article, es comparen els mapes de semblança obtinguts amb diferents MSQ per a sistemes senzills