Electronic properties of liquid hydrogen fluoride: A sequential quantum mechanical/Born-Oppenheimer molecular dynamics approach

The electronic properties of liquid hydrogen fluoride (HF) were investigated by carrying out sequential quantum mechanics/Born-Oppenheimer molecular dynamics. The structure of the liquid is in good agreement with recent experimental information. Emphasis was placed on the analysis of polarisation effects, dynamic polarisability and electronic excitations in liquid HF. Our results indicate an increase in liquid phase of the dipole moment (similar to 0.5 D) and isotropic polarisability (5%) relative to their gas-phase values. Our best estimate for the first vertical excitation energy in liquid HF indicates a blue-shift of 0.4 +/- 0.2 eV relative to that of the gas-phase monomer (10.4 eV). (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Solvent Effects in Chemical Processes. Water-Assisted Proton Transfer Reaction of Pterin in Aqueous Environment

Pterins are members of a family of heterocyclic compounds present in a wide variety of biological systems and may exist in two forms, corresponding to an acid and a basic tautomer. In this work, the proton transfer reaction between these tautomeric forms was investigated in the gas phase and in aqueous solution. In gas phase, the intramolecular mechanism was carried out for die isolated pterin by quantum mechanical second-order Moller-Plesset Perturbation theory (MP2/aug-cc-pVDZ) calculations and it indicates that the acid form is more stable than the basic form by -1.4 kcal/mol with a barrier of 34.2 kcal/mol with respect to the basic form. In aqueous solution, the role of the water molecules in the proton transfer reaction was analyzed in two separated parts, the direct participation of one water molecule in the reaction path, called water-assisted mechanism, and the complementary participation of the aqueous solvation. The water-assisted mechanism was carried out for one pterin-water cluster by quantum mechanical calculations and it indicates that the acid form is still more stable by -3.3 kcal/mol with a drastic reduction of 70% of the barrier, The bulk solution effect on the intramolecular and water-assisted mechanisms was included by free energy perturbation implemented on Monte Carlo simulations. The bulk water effect is found to be substantial and decisive when the reaction path involves the water-assisted mechanism. In this case, the free energy barrier is only 6.7 kcal/mol and the calculated relative Gibbs free energy for the two tautomers is -11.2 kcal/mol. This value is used to calculate the pK(a) value of 8.2 +/- 0.6 that is in excellent agreement with the experimental result of 7.9.

Polarization and solvatochromic shift of ortho-betaine in water

Betaine dyes are known to show very large transition energy shifts in different solvents. The ortho-betaine molecule - a simple two-ring prototype of the E-T(30) Reichardt dye - has been investigated theoretically from a combined statistical and quantum mechanics approach. Using sequential Monte Carlo (MC) simulations and MP2/cc-pVDZ calculations the in-water dipole moment of ortho-betaine is obtained as 12.30 +/- 0.05 D. This result shows a considerable increase of 75% compared to the in-vacuum dipole moment. For comparison, the use of a polarizable continuum model using the same MP2/cc-pVDZ leads to an in-water dipole moment of 11.6 D, in good agreement. This large polarization is incorporated in the classical potential for another MC simulation to generate solute-solvent configurations and to obtain the contribution of the polarization effect in the solvatochromic shift. Using statistically uncorrelated configurations and supermolecular INDO/CIS calculations, including the solute and, explicitly, 230 solvent water molecules, the statistically converged calculated shift is obtained here as 6360 cm(-1), in good agreement with the experimental result of 7550 cm(-1). (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

X-ray and gamma irradiation effects on dipole defects in CaF2 : La, Yb, Al

Impurity-interstitial dipoles in calcium fluoride solutions with Al3+, Yb3+ and La3+ fluorides were studied using the thermally stimulated depolarization current (TSDC) technique. The dipolar complexes are formed by substitutional trivalent ions in Ca2+ sites and interstitial fluorine in nearest neighbor sites. The relaxations observed at 150 K are assigned to dipoles nnR(S)(3+)- F-i(-) (R-S = La or Yb). The purpose of this work is to study the processes of energy storage in the fluorides following X-ray and gamma irradiation. Computer modelling techniques are used to obtain the formation energy of dipole defects. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Flexibility and inhibitor binding in Cdc25 phosphatases

Cdc25 phosphatases involved in cell cycle checkpoints are now active targets for the development of anti-cancer therapies. Rational drug design would certainly benefit from detailed structural information for Cdc25s. However, only apo- or sulfate-bound crystal structures of the Cdc25 catalytic domain have been described so far. Together with previously available crystalographic data, results from molecular dynamics simulations, bioinformatic analysis, and computer-generated conformational ensembles shown here indicate that the last 30-40 residues in the C-terminus of Cdc25B are partially unfolded or disordered in solution. The effect of C-terminal flexibility upon binding of two potent small molecule inhibitors to Cdc25B is then analyzed by using three structural models with variable levels of flexibility, including an equilibrium distributed ensemble of Cdc25B backbone conformations. The three Cdc25B structural models are used in combination with flexible docking, clustering, and calculation of binding free energies by the linear interaction energy approximation to construct and validate Cdc25B-inhibitor complexes. Two binding sites are identified on top and beside the Cdc25B active site. The diversity of interaction modes found increases with receptor flexibility. Backbone flexibility allows the formation of transient cavities or compact hydrophobic units on the surface of the stable, folded protein core that are unexposed or unavailable for ligand binding in rigid and densely packed crystal structures. The present results may help to speculate on the mechanisms of small molecule complexation to partially unfolded or locally disordered proteins.

Effect of SO(2) on the Transport Properties of an Imidazolium Ionic Liquid and Its Lithium Solution

Transport coefficients have been measured as a function of the concentration of sulfur dioxide, SO(2), dissolved in 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)-imide, [BMMI][Tf(2)N], as well as in its lithium salt solution, Li[Tf(2)N]. The SO(2) reduces viscosity and density and increases conductivity and diffusion coefficients in both the neat [BMMI] [Tf(2)N] and the [BMMI][Tf(2)N]-Li[Tf(2)N] solution. The conductivity enhancement is not assigned to a simple viscosity effect; the weakening of ionic interactions upon SO(2) addition also plays a role. Microscopic details of the SO(2) effect were unraveled using Raman spectroscopy and molecular dynamics (MD) simulations. The Raman spectra suggest that the Li(+)-[Tf(2)N] interaction is barely affected by SO(2), and the SO(2)-[Tf(2)N] interaction is weaker than previously observed in an investigation of an ionic liquid containing the bromide anion. Transport coefficients calculated by MD simulations show the same trend as the experimental data with respect to SO(2) content. The MD simulations provide structural information on SO(2) molecules around [Tf(2)N], in particular the interaction of the sulfur atom of SO(2) with oxygen and fluorine atoms of the anion. The SO(2)-[BMMI] interaction is also important because the [BMMI] cations with above-average mobility have a larger number of nearest-neighbor SO(2) molecules.

Alkoxy Chain Effect on the Viscosity of a Quaternary Ammonium Ionic Liquid: Molecular Dynamics Simulations

The viscosity of ionic liquids based on quaternary ammonium cations is reduced when one of the alkyl chains is replaced by an alkoxy chain (Zhou et al. Chem. Eur. J. 2005, 11, 752.). A microscopic picture of the role played by the ether function in decreasing the viscosity of quaternary ammonium ionic liquids is provided here by molecular dynamics (MD) simulations. A model for the ionic liquid N-ethyl-N,N-dimethyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, MOENM(2)E TFSI, is compared to the tetraalky-lammonium counterpart. The alkoxy derivative has lower viscosity, higher ionic diffusion coefficients, and higher conductivity than the tetraalkyl system at the same density and temperature. A clear signature of the ether function on the liquid structure is observed in cation-cation correlations, but not in anion-anion or anion-cation correlations. In both the alkyl and the alkoxy ionic liquids, there is aggregation of long chains of neighboring cations within micelle-like structures. The MD simulations indicate that the less effective assembly between the more flexible alkoxy chains, in comparison to alkyl chains, is the structural reason for higher ionic mobility in MOENM(2)E TFSI.

Shielding of ionic interactions by sulfur dioxide in an ionic liquid

The effect of adding SO(2) on the structure and dynamics of 1-butyl-3-methylimidazolium bromide (BMIBr) was investigated by low-frequency Raman spectroscopy and molecular dynamics (MD) simulations. The MD simulations indicate that the long-range structure of neat BMIBr is disrupted resulting in a liquid with relatively low viscosity and high conductivity, but strong correlation of ionic motion persists in the BMIBr-SO(2) mixture due to ionic pairing. Raman spectra within the 5 < omega < 200 cm(-1) range at low temperature reveal the short-time dynamics, which is consistent with the vibrational density of states calculated by MD simulations. Several time correlation functions calculated by MD simulations give further insights on the structural relaxation of BMIBr-SO(2).

Sistema de produção sincronizado : uma aplicação em processos produtivos de propriedade contínuos segundo a teoria das restrições

Este trabalho de conclusão investiga o efeito da geração de estoques intermediários nos indicadores principais empregados na Teoria das Restrições (Ganho, Despesa Operacional e Inventário) em uma unidade industrial de processo produtivo de Propriedade contínuo, que emprega embalagens, matérias-primas obtidas em larga escala e cadeias logísticas de longo curso. Este tipo de indústria produz bens de consumo imediato, com pouca variabilidade, de modo “empurrado”. A principal conseqüência é a perda do sincronismo na cadeia logística, resultando em uma grande quantidade de estoques intermediários e custos crescentes, relacionados principalmente ao custo de manutenção destes estoques. Através dos cinco passos de focalização e das ferramentas lógicas da Teoria das Restrições, propõe-se uma alternativa gerencial, que inclui o algoritmo Tambor-Pulmão-Corda e insere a organização em um processo de melhoria contínua, cujos impactos são avaliados por simulação computacional. Através de técnicas estatísticas e software apropriados, constrói-se um modelo de simulação computacional baseado em dados reais de uma planta produtora de cimento. A partir deste modelo, diferentes cenários são testados, descobrindo-se a condição ótima. Chega-se a uma conclusão, considerando a mudança na política de geração de estoques intermediários e seus impactos na redução de custos e riscos.

Desenvolvimento de um programa de simulação computacional de sistemas de aquecimento solar para água

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento solar operando por termossifão. Neste tipo de sistema o fluido no coletor solar é circulado por convecção natural, que acontece devido à diferença de massa específica da água ao longo circuito. Nestes sistemas a vazão mássica varia ao longo do dia e do ano, dependendo, dentre outros fatores, da irradiância solar absorvida, do perfil de temperaturas da água no sistema, da geometria, do volume e do perfil de demanda de água quente. Para uma avaliação detalhada do comportamento térmico de aquecedores solares operando por termossifão foram realizados ensaios experimentais e cálculos teóricos. Os resultados dos experimentos concordaram com aqueles apresentados na literatura e sua análise fundamentou o desenvolvimento do aplicativo TermoSim, um programa de simulação computacional do comportamento térmico de sistemas de aquecimento de água com energia solar. O tratamento matemático adotado no TermoSim compreende a modelagem dos coletores solares de acordo com a teoria de Hottel-Bliss-Whillier. O reservatório térmico é modelado com estratificação térmica, convecção e condução entre as camadas. A vazão mássica é obtida a partir do balanço da quantidade de movimento no circuito. Os modelos matemáticos empregados na construção do aplicativo TermoSim foram validados através do confronto dos resultados simulados com medidas experimentais. Foi demonstrado que a utilização destes modelos é adequada e permite reproduzir com precisão o comportamento térmico dos coletores solares e do reservatório térmico. Além do programa TermoSim, foi também desenvolvido o programa TermoDim, que é uma ferramenta para o dimensionamento de sistemas de aquecimento solar, que requer apenas o conhecimento dos parâmetros geométricos do sistema, dados meteorológicos em média mensal e informação a respeito do volume de demanda. O TermoDim é apropriado para estimar o desempenho de aquecedores solares operando por termossifão com tanques verticais e horizontais. O método de dimensionamento do TermoDim é baseado na correlação para a eficiência média mensal obtida neste trabalho a partir de um grande número de simulações.

Precificação em orquestradores de informação: maximizando redes estáveis

Em redes de inovação baseadas em trocas de informação, o agente orquestrador se apropria das informações dos atores periféricos, gera inovação e distribui em forma de valor agregado. É sua função promover a estabilidade na rede fazendo com que a mesma tenha taxas não negativas de crescimento. Nos mercados de análise de crédito e fraude, por exemplo, ou bureaus funcionam como agentes orquestradores, concentrando as informações históricas da população que são provenientes de seus clientes e fornecendo produtos que auxiliam na tomada de decisão. Assumindo todas as empresas do ecossistema como agentes racionais, a teoria dos jogos se torna uma ferramenta apropriada para o estudo da precificação dos produtos como mecanismo de promoção da estabilidade da rede. Este trabalho busca identificar a relação de diferentes estruturas de precificação promovidas pelo agente orquestrador com a estabilidade e eficiência da rede de inovação. Uma vez que o poder da rede se dá pela força conjunta de seus membros, a inovação por esta gerada varia de acordo com a decisão isolada de cada agente periférico de contratar o agente orquestrador ao preço por ele estipulado. Através da definição de um jogo teórico simplificado onde diferentes agentes decidem conectar-se ou não à rede nas diferentes estruturas de preços estipuladas pelo agente orquestrador, o estudo analisa as condições de equilíbrio conclui que o equilíbrio de Nash implica em um cenário de estabilidade da rede. Uma conclusão é que, para maximizar o poder de inovação da rede, o preço a ser pago por cada agente para fazer uso da rede deve ser diretamente proporcional ao benefício financeiro auferido pela inovação gerada pela mesma. O estudo apresenta ainda uma simulação computacional de um mercado fictício para demonstração numérica dos efeitos observados. Através das conclusões obtidas, o trabalho cobre uma lacuna da literatura de redes de inovação com agentes orquestradores monopolistas em termos de precificação do uso da rede, servindo de subsídio de tomadores de decisão quando da oferta ou demanda dos serviços da rede.

Uma análise dos leilões de partilha de produção do pré-sal através de simulação computacional

O presente trabalho consiste na aplicação da simulação computacional como método de aprofundamento do estudo de mecanismos de leilões aplicados na alocação do direito de exploração das reservas de petróleo da camada do pré-sal. A camada do pré-sal está localizada na costa brasileira e apresenta um grande potencial em termos de reserva de óleo e gás. A função lance aplicada para os participantes criados computacionalmente foi estimada com base em dados experimentais e segue uma função exponencial. A simulação possibilita reproduzir o modelo de leilão considerando todas as características e parâmetros dos experimentos sem incorrer no custo da realização de novas sessões de leilão com participantes reais. Os leilões estudados foram o leilão de valores privados de 1° preço e o leilão de valores privados de 2° preço. Através dos resultados obtidos identificou-se que o leilão de valores privados de 1° preço é menos arriscado que o leilão de valores privados de 2° preço; no leilão com simetria, o Princípio de Equivalência de Receita é válido; a eficiência observada é menor em leilões assimétricos; o leilão de 2° preço comparado com o de 1° preço apresenta um tradeoff entre a eficiência e a receita do governo; e que considerando o aprendizado dos participantes, não se observam alterações significativas nas estatísticas analisadas à medida que os participantes se tornam mais experientes.

Um método de linearização local com passo adaptativo para solução numérica de equações diferenciais estocásticas com ruído aditivo

Neste trabalho apresentamos um novo método numérico com passo adaptativo baseado na abordagem de linearização local, para a integração de equações diferenciais estocásticas com ruído aditivo. Propomos, também, um esquema computacional que permite a implementação eficiente deste método, adaptando adequadamente o algorítimo de Padé com a estratégia “scaling-squaring” para o cálculo das exponenciais de matrizes envolvidas. Antes de introduzirmos a construção deste método, apresentaremos de forma breve o que são equações diferenciais estocásticas, a matemática que as fundamenta, a sua relevância para a modelagem dos mais diversos fenômenos, e a importância da utilização de métodos numéricos para avaliar tais equações. Também é feito um breve estudo sobre estabilidade numérica. Com isto, pretendemos introduzir as bases necessárias para a construção do novo método/esquema. Ao final, vários experimentos numéricos são realizados para mostrar, de forma prática, a eficácia do método proposto, e compará-lo com outros métodos usualmente utilizados.

A Numerical method for the semilinear stochastic transport equation

Trabalho apresentado no XXXV CNMAC, Natal-RN, 2014.