Disjoint nonclassical hydrocarbons have very unstable lowest-lying singlet states: a PM3 study

Earlier workers have suggested that disjoint hydrocarbons have nearly-degenerate lowest-lying singlet and triplet states while non-disjoint (or joint) hydrocarbons should be ground-state triplets. PM3 results for an appropriate selection of alternant hydrocarbons are inconsistent with that generalization: disjoint, nonclassical, alternant hydrocarbons show the strongest predilection for triplet ground states.

Spectroscopic analysis of C80 doping with group III and group V elements using semiempirical PM3 molecular modelling technique

Semiempirical calculations at the level of PM3 of theory were carried out to study the structural and electronic properties of C80 and some of its doped derivatives with the elements of group III and V at the level of PM3 of theory. We have selected these elements to be substituted in the fullerene-C80 cage in order to show the effect of such structural change on the electronic properties of the molecules studied. The theoretical IR spectra, some of physical and chemical properties of the molecules studied are obtained and discussed.

Modeling of Magic Water Clusters(H20)2 and (H20)21H+ with the PM3 Quantum-Mechanical Method

The PM3 quantum-mechanical method is able to model the magic water clusters (H20),, and (H20)&+. Results indicate that the H30+ ion is tightly bound within the (H20),, cluster by multiple hydrogen bonds, causing deformation to the symmetric (HzO),, pentagonal dodecahedron structure. The structures, energetics, and hydrogen bond patterns of six local minima (H20)21H+ clusters are presented.

AM1 and PM3 Calculations of the Potential Energy Surfaces for CH2OH Reactions with NO and NO2

The AM1 and PM3 molecular orbital methods have been utilized to investigate the reactions of CH20H with NO and NO2 PM3 and AM1 calculated heats of formation differ from experimental values by 8.6 and 18.8 kcal mol-', respectively. The dominant reaction of CH20H with NO is predicted to produce the adduct HOCH2N0, supporting the hypothesis of Pagsberg, Munk, Anastasi, and Simpson. Calculated activation energies for the NO2 system predict the formation of the adducts HOCH2N02 and HOCH20N0. In addition, the PM3 calculations predict that the abstraction reaction producing CH20 and HN02 is more likely than one producing CH20 and HONO from reactions of CH20H with NO2.

Hydrogen bonding of nucleotide base pairs: Application of the PM3 method

The ability of the pm3 semiempirical quantum mechanical method to reproduce hydrogen bonding in nucleotide base pairs was assessed. Results of pm3 calculations on the nucleotides 2′-deoxyadenosine 5′-monophosphate (pdA), 2′-deoxyguanosine 5′-monophosphate (pdG), 2′-deoxycytidine 5′-monophosphate (pdC), and 2′-deoxythymidine 5′-monophosphate (pdT) and the base pairs pdA–pdT, pdG–pdC, and pdG(syn)–pdC are presented and discussed. The pm3 method is the first of the parameterized nddo quantum mechanical models with any ability to reproduce hydrogen bonding between nucleotide base pairs. Intermolecular hydrogen bond lengths between nucleotides displaying Watson–Crick base pairing are 0.1–0.2 Å less than experimental results. Nucleotide bond distances, bond angles, and torsion angles about the glycosyl bond (χ), the C4′C5′ bond (γ), and the C5′O5′ bond (β) agree with experimental results. There are many possible conformations of nucleotides. pm3 calculations reveal that many of the most stable conformations are stabilized by intramolecular CHO hydrogen bonds. These interactions disrupt the usual sugar puckering. The stacking interactions of a dT–pdA duplex are examined at different levels of gradient optimization. The intramolecular hydrogen bonds found in the nucleotide base pairs disappear in the duplex, as a result of the additional constraints on the phosphate group when part of a DNA backbone. Sugar puckering is reproduced by the pm3 method for the four bases in the dT–pdA duplex. pm3 underestimates the attractive stacking interactions of base pairs in a B-DNA helical conformation. The performance of the pm3 method implemented in SPARTAN is contrasted with that implemented in MOPAC. At present, accurate ab initio calculations are too timeconsuming to be of practical use, and molecular mechanics methods cannot be used to determine quantum mechanical properties such as reaction-path calculations, transition-state structures, and activation energies. The pm3 method should be used with extreme caution for examination of small DNA systems. Future parameterizations of semiempirical methods should incorporate base stacking interactions into the parameterization data set to enhance the ability of these methods.

Ability of the PM3 Quantum Mechanical Method to Model Intermolecular Hydrogen Bonding between Neutral Molecules

The PM3 semiempirical quantum-mechanical method was found to systematically describe intermolecular hydrogen bonding in small polar molecules. PM3 shows charge transfer from the donor to acceptor molecules on the order of 0.02-0.06 units of charge when strong hydrogen bonds are formed. The PM3 method is predictive; calculated hydrogen bond energies with an absolute magnitude greater than 2 kcal mol-' suggest that the global minimum is a hydrogen bonded complex; absolute energies less than 2 kcal mol-' imply that other van der Waals complexes are more stable. The geometries of the PM3 hydrogen bonded complexes agree with high-resolution spectroscopic observations, gas electron diffraction data, and high-level ab initio calculations. The main limitations in the PM3 method are the underestimation of hydrogen bond lengths by 0.1-0.2 for some systems and the underestimation of reliable experimental hydrogen bond energies by approximately 1-2 kcal mol-l. The PM3 method predicts that ammonia is a good hydrogen bond acceptor and a poor hydrogen donor when interacting with neutral molecules. Electronegativity differences between F, N, and 0 predict that donor strength follows the order F > 0 > N and acceptor strength follows the order N > 0 > F. In the calculations presented in this article, the PM3 method mirrors these electronegativity differences, predicting the F-H- - -N bond to be the strongest and the N-H- - -F bond the weakest. It appears that the PM3 Hamiltonian is able to model hydrogen bonding because of the reduction of two-center repulsive forces brought about by the parameterization of the Gaussian core-core interactions. The ability of the PM3 method to model intermolecular hydrogen bonding means reasonably accurate quantum-mechanical calculations can be applied to small biologic systems.

Estudo teórico da interação existente entre a artemisinina e o heme

The purpose of this work is to study theoretically stereoelectronic aspects of the interaction between heme and artemisinin in the transitional heme-artemisinin complex. Through semi-empirical calculations using the PM3 method, the potential energy barrier of artemisinin rotation relative to heme in the heme-artemisinin complex was studied in vacuum and in the partially solvated state. The minimum heat of formation obtained for the complex with and without water molecules is -702.39 and -100.86 kcal mol-1, respectively, which corresponds to the dihedral angle C-Fe-O1-O2 of 43.93º and 51.90º around the iron-oxygen O1 bond, respectively. The water molecules bind to heme via 13 hydrogen bonds and O-H O and 6 C-H O interactions, which accounts for -67.23 kcal mol-1. It is observed that the inclusion of water molecules does not affect significantly the stability of the heme-artemisinin complex.

Fotoquímica y fotofísica: Procesos de fotooxidación

Este proyecto comprende diferentes áreas o tópicos del saber los cuales se enumerarán divididos en los siguientes subtemas: A) Fotoquímica de compuestos carbonílicos perhalogenaso, fotooxidación en fase gaseosa; B) Fotoquímica y fotofísica láser de compuestos de coordinación; C) Reacciones de moléculas excitadas con especies de interés biológico. Subtema A: En nuestro laboratorio se ha estudiado la fotólisis de compuestos perhalogenados en fase gaseosa tales como CF3COF (fluoruro de perfluoroacetilo), CF3COCl (cloruro de perfluoroacetilo). Particularmente, se han determinado rendimientos cuánticos de descomposición, como así también se han propuesto probables mecanismos de reacción para cada una de ellas. Como próximo objetivo pretendemos continuar tales estudios y para esto se procederá al estudio de la fotooxidación de halogenuros de perfluoroacilo con el fin de aportar datos concretos sobre el mecanismo de tales reacciones. Subtema B: Este proyecto se orienta al estudio de procesos fotoquímicos y fotofísicos en fase condensada de compuestos de coordinación de metales de transición. Estos compuestos presentan un amplio campo de estudio desde dos puntos de vista: 1) desde el práctico, se orienta al desarrollo de posibles esquemas para la conversión y almacenamiento de la energía solar y 2) desde el teórico, nos permite chequear la validez de las teorías de transferencia de electrones de esfera externa sobre un amplio rango de cambios de energías libres como para obtener parámetros cinéticos confiables. En tal sentido se continuará con el estudio del efecto del medio: solvente, temperatura, pH, fuerza iónica, etc., sobre las reacciones de quenching del estado excitado de las especies Cr(phen)33+, Cr (bpy)+ 33+ y sus homólogos sustituidos por distintos fenoles desactivantes. También se estudiará a partir de compuestos minerales de interés regional tales como los derivados del U(VI) (U3O8 2+, (UO2)2 (OH)22+, etc.) cuyo mecanismo de desactivación permanece incierto. Subtema C: Las moléculas electrónicamente excitadas cumplen un importante rol en los sistemas biológicos al estar involucradas en mecanismos de transferencia electrónica y procesos oxidativos. En nuestro laboratorio, se han realizado estudios de procesos de fotooxidación de indoles por oxígeno singlete en medios no acuosos y nuestro objetivo es continuar el estudio de estos procesos en complejos entre ciclodextrinas y derivados indólicos y fenólicos y posteriormente se estudiará el efecto del medio: solvente, temperatura, pH, etc. y las reacciones de fotooxidación de los derivados indólicos y fenólicos en presencia de ciclodextrinas. Paralelamente, se continuará estudiando la interacción del oxígeno singlete con derivados indólicos utilizando los métodos MINDO/3, MNDO, AMI y PM3. Los objetivos del proyecto apuntan a consolidar grupos de investigación en área de la investigación básica con la finalidad de generar recursos humanos, nuevos conocimientos y su posible transferencia a otras áreas del conocimiento.

Role of structural saturation and geometry in the luminescence of silicon-based nanostructured materials

The structural saturation and stability, the energy gap, and the density of states of a series of small, silicon-based clusters have been studied by means of the PM3 and some ab initio (HF/6-31G* and 6-311++G**, CIS/6-31G* and MP2/6-31G*) calculations. It is shown that in order to maintain a stable nanometric and tetrahedral silicon crystallite and remove the gap states, the saturation atom or species such as H, F, Cl, OH, O, or N is necessary, and that both the cluster size and the surface species affect the energetic distribution of the density of states. This research suggests that the visible luminescence in the silicon-based nanostructured material essentially arises from the nanometric and crystalline silicon domains but is affected and protected by the surface species, and we have thus linked most of the proposed mechanisms of luminescence for the porous silicon, e.g., the quantum confinement effect due to the cluster size and the effect of Si-based surface complexes.

Combustibility of Paper Mill Rejects

Tämän työn tarkoituksena oli selvittää mekaanisen massan valmistuksen käsittävän paperitehtaan rejektija jätevirtojen poltettavuutta, jos paperitehtaan vesikiertojen sulkemisastetta lisätään. Jotta prosessin tilannetta sulkemisen jälkeen saatiin arvioitua, Anjalan paperitehtaan nykypäivän PK3:n prosessia tutkittiin kuorimolta jätevesilaitokselle. Kirjallisuusosassa käsiteltiin rejekti- ja jätevirtojen alkuperää mekaanista massaa käyttävässä paperitehtaassa. Myös tämän päivän jätevedenkäsittelyprosessit sekä sulkemisessa mahdolliset prosessiveden puhdistustekniikat esiteltiin lyhyesti. Lisäksikäytiin läpi nykypäivänä metsäteollisuudessa käytössä olevat polttotekniikat sekä polttoaineiden karakterisointi kattilan käytettävyyden ja päästöjen kannalta. Anjalan PK3:lla käytetään sekä peroksidi- että ditioniittivalkaistua tai pelkästään ditioniittivalkaistua hioketta riippuen tuotannossa olevasta lajista. PK3-prosessissa syntyneet jätevesi-, liete- ja muut jätevirrat selvitettiin molemmissa valkaisuolosuhteissa. Prosessin eniten liuennutta orgaanista ainesta sisältävät jätevesijakeet, 3-hiomon kuumankierron ja kirkassuodoksen ulosajot sekä kuoripuristimen suodos, valittiin puhdistettaviksi virroiksi prosessin sulkemista arvioitaessa. Kun peroksidivalkaisua käytettiin 3-hiomolla, TOC-kuorma jokeen oli 30 % suurempi kuin pelkällä ditioniittivalkaisulla. Jos prosessin sulkemisastetta lisättäisiin, TOC-kuorma olisi 30 %pienempi kuin tänäpäivänä peroksidivalkaisua käytettäessä (80 % puhdistustehokkuudella). Prosessin sulkemisastetta lisättäessä biolietettä muodostuisi n. 30 % vähemmän verrattuna nykytilanteeseen, sillä mikrobien ravintona käyttämää orgaanista ainesta päätyisi vähemmän jäteveteen. 3-hiomon peroksidivalkaisun vaikutus kattilan käytettävyyteen ja päästöihin oli pieni, sillä biolietteen osuus polttoaineen syötöstä oli vain 4 %. Vain osa biolietteestä muodostui 3-hiomolta peräisin olevaa orgaanista ainesta poistettaessa. Jos nykyisen pääpolttoaineen, PDF:n,osuuden jättää huomioimatta, SO2- ja NOx-päästöt sekä leijupedin sintrautuvuus ovat hiukan suuremmat käytettäessä peroksidivalkaisua 3-hiomolla kuin pelkästään ditioniittivalkaisulla. Jos kuoripuristimen ja hiomon suodosten puhdistuksen konsentraatit johdetaan poltettaviksi BFB-tyyppiseen kattilaan, leijupedin sintrautuminen tulisi olemaan suurin ongelma. Myös raskasmetalli-, SO2- ja NOx-päästöt lisääntyisivät merkittävästi verrattuna nykyiseen tilanteeseen. Sen sijaan kattilan korroosioriski tuskin lisääntyisi. Lisäksi konsentraattien kosteuspitoisuus olisi korkea, mikä tekisi poltosta kannattamatonta veden haihdutuksen vaatiessa paljon energiaa. Yksityiskohtaisempaa tutkimusta tarvitaan vielä prosessin sulkemisen vaikutuksista päästöihin ja kattilan käytettävyyteen. Myös muita konsentraattien hävittämismahdollisuuksia tulisi tutkia lisää.

Paperikoneen laatusäätöjärjestelmän uusinnan vaikutukset laatusäätöjen suorituskykyyn

Tutkimuksen kohteena olleen UPM-Kymmene Oyj Kajaanin tehtaan PK3:n laatusäätöjärjestelmä ja mittapalkki uusittiin, jolloin haluttiin selvittää uusinnan vaikutuksia laatusäätöjen suorituskykyyn ja paperin laatuun. Työn kirjallisessa osassa perehdyttiin paperinvalmistusprosessin osiin kyseisen sanomalehtipaperikoneen tapauksessa sekä keskeisimpiin paperin laatuominaisuuksiin liittyviin mittaus- ja säätölaitteisiin sekä niiden toimintaan. Seurattaviksi paperin laatusuureiksi valittiin neliömassa, kuivamassa, kosteus ja paksuus, jotka ovat sanomalehtipaperin tärkeimpiä online-mitattavia ominaisuuksia. Paperin laatusuureiden seurantaan käytetään erilaisia tunnuslukuja ja työkaluja, joita on esitelty tässä työssä. Laatusuureiden konesuuntaisen ja poikkisuuntaisen seurannan tunnusluvuksi valittiin yleisesti käytössä oleva 2σ-keskiarvohajonta. Säätöjen suorituskykyä seurattiin suorituskykykolmion ohjausmatkaindeksien (CTI) ja erosuureen integraalien (IAE) avulla. Kokeellisessa osassa kerättiin mittaustietoja sekä vanhan että uuden laatusäätöjärjestelmän aikana. Seurattavat ajotilanteet paperikoneella jaettiin stabiiliin ajoon ja muutostilanteisiin, jotka käsittävät katkot ja lajinvaihtotilanteet. Stabiilin ajon aikana selvitettiin laatusuureiden hajontojen ja säätöjen suorituskykyindeksien normaaleissa tasoissa tapahtuneet muutokset. Muutostilanteiden osalta haluttiin selvittää, nopeuttaako järjestelmäuusinta katkoista toipumista ja lajinvaihtoaikaa. Stabiilin ajon seurannasta saatujen tulosten perusteella neliömassan ja kuivamassan konesuuntaiset hajonnat kasvoivat järjestelmäuusinnan myötä, mutta kosteuden konesuuntaiset hajonnat pienenivät. Laatusuureiden poikkisuuntaisista hajonnoista neliömassan sekä kuivamassan hajonnat kasvoivat ja kosteuden sekä paksuuden hajonnat pienenivät joidenkin lajien osalta. Poikkisuuntaisten laatusuureiden, etenkin paksuuden, toipuminen katkon jälkeen nopeutui. Myös lajinvaihtoon kuluva aika lyheni poikkisuuntaisilla laatusuureilla. Muutostilanteiden konesuuntaisten hajontojen asettumisajat eivät juuri parantuneet.

Jälkikäsitellyn jätevesikirkasteen uusiokäyttö Anjalan paperitehtailla

Työssä tarkasteltiin aktiivilietelaitoksen jätevesikirkasteen uusiokäyttöä Anjalan paperitehtailla. Tavoitteena oli löytää keino jätevesimäärän vähentämiseksi, kierrättämällä jatkokäsiteltyä jätevesikirkastetta. Työssä tehtiin prosessisuunnitelma kirkasteen kierrättämiseksi; suunnitelman vaikutuksia arvioitiin kirjallisuuden, simuloinnin ja arkkikokeiden avulla. Lisäksi arvioitiin kierrätyksen taloudellisia näkökohtia. Prosessisuunnittelussa päädyttiin vaihtoehtoon, jossa tehtaan nykyinen tehdasvesijae korvataan jälkikäsitellyllä jätevesikirkasteella. Esitetty prosessimuutos vähentäisi jokeen laskettavan kirkasteen määrää 20 %. Haitta-ainetason muutoksia selvitettiin simuloimalla prosessisuunnitelman mukainen suolatase. Simuloinnin kohteena oli haitta-ainetason muutokset PK3:lla. Tuloksista pääteltiin, että PK3:lla tapahtuu normaalissa ajotilanteessa suurempia muutoksia suolatasoissa kuin prosessimuutoksen aiheuttama suolatason muutos. Arkkikokeilla selvitettiin kirkasteen ja tehdasveden vaikutuksia PK3:n massan vaaleuteen ja vaaleuden pysyvyyteen. Kirkasteen vaikutus massan vaaleuteen oli suurempi kuin tehdasvedellä, kun kirkastetta oli käsitelty tehdasmittakaavan flotaatiolla ja hiekkasuodatuksella. Pilot-mittakaavan hiekkasuodatuksella ja laboratoriomittakaavassa laskeutetulla kirkasteella oli pienempi vaikutus arkkien vaaleuteen kuin tehdasvedellä. Vaaleuden pysyvyydessä ei havaittu eroa kirkasteen ja tehdasveden välillä. Kirkasteella oli voimakas vaikutus arkkien keltaisuuteen. Tehdasvesi ei vaikuttanut arkkien keltaisuuteen. Mikäli prosessisuunnitelman mukainen kirkastevirtaus jatkokäsiteltäisiin hiekkasuodatuksella, arvioitiin päälaitteista kerroinmenetelmällä tehdasinvestoinniksi 5.20 milj. euroa. Vuosittaisiksi kemikaalikustannuksiksi arvioitiin 0.21 milj. euroa ja teoreettiseksi energiasäästöksi 0.87 milj. euroa.

Estudo químico-computacional da reatividade de aziridinona e diaziridinona através de cálculos semi-empíricos

The results of semiempirical molecular orbital calculations performed on aziridinone and diaziridinone employing the MNDO, AM1, and PM3 molecular models are presented. The AM1 method, which best reproduces ground-state molecular properties, is used to calculate electronic parameters and the use of these parameters for the evaluation of reactivity is discussed.

Espectro infravermelho e análise conformacional do composto 3-fenil-2-oxo-1,2,3-oxatiazolidina

The infrared (IR) spectra of the four distict conformers located on the multidimensional potential energy surface (PES) for the 3-phenyl-1,2,3-oxathiazolidine 2-oxide compound have been calculated using the semiempirical quantum-mechanical method PM3. The band spectra are reported and compared directly with the experimental spectrum. The IR intensities are shown to be much more sensitive to conformational changes than the vibrational frequencies and so, the theoretical analysis of the IR spectrum can be used as a tool for helping in the elucidation of the structure of heterocyclic compounds.

Estudo semi-empírico de ácidos hidroxâmicos: ácido formoidroxâmico e derivados do aleloquímico dimboa

Open chain hydroxamic acid (Hx) can exist as Z and E diastereomers of two tautomers, hydroxamic acid and hydroximic acid. The conformational stability of the formohydroxamic acid isomers evaluated by PM3 compared better to ab initio results from the literature than AM1 results. Structural data of the cyclic Hx 2,4-dihydroxy-7-metoxy-2H-1,4-benzoxazin-3(4 H)-one (DIMBOA) obtained by both semiempirical methods compared well to ab initio results. pKa data from the literature for derivatives of the aldolic isomer of DIMBOA were compared to the stability of the anions resulting from the loss of protons of their phenol and hydroxamic acid groups, determined as the difference in heat of formation between anionic and neutral forms, calculated by AM1 and PM3 methods. Good correlations between theoretical and experimental data were obtained for both semiempirical methods.