Fisicoquímica Molecular y Teórica

Personal Asociado

  • Dr. Eduardo E. Chamorro.
  • Dra. Patricia Pérez.
  • Dr. Ramiro Arratia Pérez.
  • Dr. Juan C. Santos V.
  • Dr. Willam Tiznado.
  • Dr. Pablo Jaque.

Nuestra investigación actual se enmarca en las siguientes líneas generales:

1. Desarrollo, exploración y aplicación de modelos de reactividad química en el contexto de la teoría de funcionales de la densidad (DFT). Nuestros modelos son útiles en el estudio y predicción de reactividades a nivel termodinámico, de selectividad y de respuestas locales a perturbaciones locales en sistemas moleculares estáticos o en interacción. La reactividad química, entendida como respuestas de un sistema frente a estímulos o perturbaciones externas, queda descrita en términos de derivadas funcionales en las principales representaciones de ensambles de la funcional de energía. Parte de nuestra investigación se centra en la búsqueda de las relaciones matemáticas existentes entre tales descriptores axial como en su implementación computacional. La descripción de la naturaleza del enlace químico, axial como los fenómenos de transferencia de carga asociada son un componente adicional. Esta línea es coordinada por el Profesor Eduardo E. Chamorro J.

2. Desarrollo de modelos de reactividad química en sistemas aislados incluyendo el efecto solvente dentro del contexto de la teoría del funcional de la densidad (DFT). La implementación computacional y la aplicación de los modelos resultantes han sido útiles para la racionalización de la reactividad, selectividad y activación de sitios en mecanismos de reacción principalmente en la química orgánica. La contribución más importante ha sido la construcción de escalas de nucleofilia y electrofilia (a nivel global y local), las cuales han sido útiles a clasificar los procesos de cicloadición polares y no polares en una forma cuantitativa. Adicionalmente, en colaboración con el Dr. Chamorro se ha contribuido a una teoría generalizada de reactividad química incorporando la polarización de espín (SP-DFT) que tiene relación directa con la capacidad de los sistemas a cambiar su multiplicidad de espín y con reactividad en sistemas de capa abierta. Esta línea es coordinada por la Profesora Patricia Pérez.

3. Estudio de sistemas químicos mediante la resolución de la ecuación de Dirac. En esta línea de Química Cuántica Relativista se desarrollan aspectos teóricos y se realizan aplicaciones a la Nanotecnologia y Ciencias de Materiales basados en minerales estratégicos chilenos. La predicción de propiedades ópticas de los nuevos materiales es de relevancia para la posible aplicación tecnológica de los mismos. Una línea activa reciente es el estudio sistemático de efectos de espin-orbita en la aromaticidad de cluster moleculares y también en los efectos de Jahn-Teller en complejos de metales de transición. Nuestros intereses son complementados por investigación básica en Química Inorgánica teórica de cluster, nanoparticulas metálicas y complejos de metales de transición, de lantánidos y actínidos. Esta línea es coordinada por el Profesor Ramiro Arratia-Pérez.

4. Estudio cuantificación y análisis de la aromaticidad en sistemas químicos, análisis de fenómenos de deslocalización electrónica en cluster metálicos y perfiles de reacción que conducen a productos aromáticos. Estos estudios se realizan dentro del marco de la teoría de funcionales de la densidad y el análisis topológico de la función de localización electrónica, ELF. Actualmente, trabajamos en la determinación de índices de aromaticidad basados en el estudio de las contribuciones de los diferentes componentes electrónicos de un sistema químico, para generar modelos predictivos que determinen las características electrónicas de clusters y su posible aplicación, así como la elucidación de problemas de aromaticidad conflictiva (fenómenos de aromaticidad y antiaromaticidad simultaneas) y la modulación de reacciones que conduzcan a propiedades especificas en los productos aromáticos. Esta línea es coordinada por el Profesor Juan Carlos Santos.

5. Desarrollo y aplicación del análisis topológico de funciones derivadas de la teoría del funcional de la densidad (DFT). Específicamente funciones que pueden ser asociadas a respuestas locales frente a una perturbación externa, lo cual se puede racionalizar como reactividad local del sistema en estudio. La principal motivación de este estudio es explorar nuevos esquemas de partición del espacio, que permitan obtener regiones compatibles con los conceptos tradicionales de la química (regiones de enlaces, pares libres, etc.). Por otro lado se ha acogido he implementado metodologías teóricas de vanguardia en el estudio de clusters atómicos, tales como el uso de algoritmos genéticos para explorar la isosuperficie de energía potencial en la búsqueda de los isómeros más estables de un cluster determinado. También se ha validado el uso de los métodos basados en la teoría del propagador electrónico en conjunto con pseudo-potenciales y bases adecuadas para evaluar teóricamente espectros fotoelectrónicos, con calidad adecuada para ser comparables con el experimento. Recientemente estamos aplicado todas estas metodologías en la búsqueda de nano-clusters estables, que puedan ser utilizados como unidades de ensamble para crear nano-estructuras de interés tecnológico, específicamente, clusters de óxidos de silicio, clusters isoelectrónicos al C5H5- , C3H3+ y C6H6 basados en elementos del grupo IV A de la tabla periódica (Si, Ge, Sn, Pb) y ligandos metálicos adecuados para lograr estabilizarlos. Esta línea es coordinada por el Profesor William Tiznado Vásquez.

6. Estudio y caracterización de fenómenos electroquímicos dentro del marco computacional y conceptual de la teoría del funcional de la densidad. En una primera etapa nuestra investigación se ha enfocado en la predicción teórica de potenciales de reducción de especies orgánicas e inorgánicas en solución, donde el solvente es tratado manera implícita y explicita en el caso de cationes acuosos de metales de transición. Actualmente, estamos interesados en el estudio de procesos acoplados a la transferencia de electrones. Los planes futuros a desarrollar contemplan caracterizar la dinámica asociado al proceso redox. Por otra parte, también es de nuestro interés caracterizar reacciones químicas a través de conceptos provenientes de la teoría de la información. En este contexto, las medidas de deficiencia de información definida por Kullback-Liebler a lo largo de un camino de reacción, ha mostrado resultados consistentes con el postulado de Hammond. Mientras que su contraparte local es de gran utilidad para describir el rol que juegan las diferentes regiones atómicas durante una reacción química en términos de las componentes de localización y deslocalización electrónicas. Esta línea es coordinada por el profesor Pablo Jaque.

Equipamiento:

  • Clusters HPCC para calculo en paralelo de alto rendimiento.
  • Sistemas estaciones de trabajo DELL XEON Core-Dual y QUAD CORE de diversa capacidad y memoria

Estudiantes asociados:

Los siguientes  estudiantes adscritos al Programa de Doctorado en Fisicoquímica Molecular, realizan sus tesis actualmente bajo la supervisión de académicos vinculados a este Grupo:

  • Jorge Bessolo.
  • Edith Pinto.
  • Oscar Donoso.
  • Tatiana Gómez C.
  • Cristían Linares.
  • Ricardo Veloso.

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Proyectos Asociados

INICIATIVA CIENTÍFICA MILENIO

  • Núcleo Milenio de Ingeniería Molecular, Química Supramolecular para Catálisis, Electrocatálisis, Remediación y Conversion de Energia. Nucleo Milenio P07-006-F (2008). R. Arratia-Pérez (Director)

FONDECYT-CONICYT

  1. Fondecyt Regular No. 1070345. (2007). Relativistic Electronic structure Calculations on the bonding, optical and magnetic properties of inorganic molecular precursors, R. Arratia-Pérez (Investigador Principal)
  2. Fondecyt Regular No. 11060197 (2006-2009). Determinación de la aromaticidad en sistemas químicos mediante el análisis topológico de la ELF. Juan Carlos Santos (Investigador Principal)
  3. Fondecyt Regular No. 1080147 (2007-2009).  Development of Chemical Reactivity Models and Exploration of the Chemical Bond Within the Context of the Density Functional Theory E. Chamorro (Investigador Principal),  C. Escobar (Co-Investigador), P. Pérez (Co-Investigador)
  4. Fondecyt Regular No.1060961 (2006-2009).  Desarrollo de Nuevos ïndices de Reactividad en Teoría de Funcionales de la Densidad con Polarización de Espín. Reactividad y Selectividad en Sistemas de capa Abierta. P. Pérez (Investigador Principal)
  5. Fondecyt Regular No. 1080147 (2007-2010).  Cross-Conjugated N-Linked Heterocycles: Design, Preparation, Experimental and Theoretical Studies of Novel Materials C. Escobar (Investigador Principal),  E. Chamorro (Co-Investigador)
  6. Fondecyt Postdoctorado No. 3080042 (2007-2009).  Molecular Modeling of Metallocene Catlysis Supported in Modifified Silica. W. Tiznado  (Investigador Principal)
  7. Fondecyt Regular No. 1095156 (2009).  Systematic Study of Chemical and Electrochemical Polimerization of Modified Polyanilines, Substituted Polythiophenes, and Aniline co-polymers to be Utilized in the Development of Photocells (New Energy) P. Jaque (Investigador Principal)

DIRECCIÓN GENERAL DE INVESTIGACIÓN Y DOCTORADOS (UNAB)

  1. Proyecto Regular UNAB DI-05-06/I Propiedades ópticas de Cluster de Molibdeno (IR: R. Ramirez)
  2. Proyecto Regular UNAB DI-11-08/I Desarrollo y aplicación de Modelos de Transferencia de carga de Electrones en el contexto de la teoría de funcionales de la densidad (IR: J. Bessolo)
  3. Proyecto Regular UNAB DI-05-09/I Estudio DFT de la ftalocianina de hierro. Capacidad de formación de aducto y su actividad catalítica hacia la oxidación de hidracina (IR: C. Linares)
  4. Proyecto Regular UNAB DI-12-9/I Actividad catalítica de metalo-porfirinas y metalopthalocianinas adsorbidas en nanoestructuras de carbono (IR: I. Ruiz-Tagle)
  5. Proyecto Regular UNAB DI-01-08/I Absorción de Moléculas Diatómicas sobre superficies de carbones de tipo grafeno (IR: E. Pinto)
  6. Proyecto Regular UNAB DI-02-09/I Efecto de la alta presión sobre los cambios electrónicos y estructurales en sólidos moleculares (IR: T. Gomez)
  7. Proyecto Regular UNAB DI-09-09/I Efectos Relativistas sobre la Interacción Inter-metálica en sistemas Inorgánicos y Organometálicos Paramagnéticos (IR: A. Muñoz)
  8. Proyecto Regular UNAB DI-06-09/I Estudios computacionales de la reducción de complejos de molibdeno y tungsteno análogos al sitio activo de miembros de la familia dimetilsulfoxido reductasa (IR: R. Veloso)
  9. Poyecto Regular UNAB-DI-21-06/R. Exploración de la naturaleza del enlace químico en el contexto de la teoría de funcionales de la densidad y el análisis topológico de la función de localización electrónica (IR: E. Chamorro)
  10. Proyecto Regular UNAB-DI-45-08/R. Modelos de transferencia electrónica en el contexto de la teoría de funcionales de la densidad.  Relaciones con la teoría clásica de Marcus (IR: P. Pérez)
  11. Proyecto Regular UNAB-DI-47-08/R. Estudio Estructural y Electrónico de Ferroporfirinas Sustituidas (IR: J. C. Santos)
  12. Proyecto Regular UNAB-DI-02-09/R. Relativistic Electronic Structure of eight-coordinated actinide complexes, (IR: R. Arratia-Pérez)