Optimización de geometrías para moléculas orgánicas

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Otra cosa que cabe destacar, aunque no se vea en las tablas es que el funcional lsRPBE siempre dio una energía menor para las moléculas. Al no tener una referencia de energías calculadas por métodos más exactos (como coupled-cluster, por ejemplo), no se pudo saber cuál de los funcionales utilizados es mejor para realizar este tipo de cálculos

La otra comparación que se realizó aparte de la de energía fue la de número de ciclos que tardó el programa en encontrar la geometría ideal.

PBE

Crystal

deMon

Urea

33

11

Vitamin B6

65

20

Caffeine

82

24

Cidofovir

217

33

Azidothymidine monophosphate

226

68

Tabla 2. Número de ciclos para el funcional PBE

lsRBE

Crystal

deMon

Urea

35

11

Vitamin B6

60

19

Caffeine

74

26

Cidofovir

170

28

Azidothymidine monophosphate

320

66

Tabla 3. Número de ciclos para el funcional lsRPBE

Como se puede apreciar en la tabla, Crystal tarda por lo menos 3 veces el número de ciclos que tarda deMon en llegar a la conformación más estable. Entre mayor cantidad de átomos tiene la molécula, más crece la diferencia entre los números de ciclos. Aparta de esta diferencia en número de ciclos, Crystal requirió una cantidad mayor de tiempo de procesamiento por cada ciclo que deMon.

Al principio se pensó que la razón de esto era la diferencia entre el método que utiliza por default cada programa para obtener la matriz hessiana inicial, por lo que se realizó una pruebacon la vitamina B6 donde se utilizó el mismo método. Al final, los resultados obtenidos en cuestión de número de ciclos fueron exactamente iguales a los obtenidos anteriormente, por lo que se llegó a la conclusión que la razón de estas diferencias en número de ciclos se deben a la forma en que estos métodos están programados.

Otra razón que se tiene para llegar a esta conclusión es que revisando las geometrías obtenidas durante cada ciclo se puede observar que mientras en deMon las ramificaciones de la molécula van siguiendo un camino específico, en Crystal éstas se mueven aleatoriamente hasta encontrar una posición cercana a la ideal.

Conclusiones

- Crystal utiliza más ciclos que deMon para optimizar geometrías.

- Aunque Crystal y deMon utilicen la misma matriz hessiana inicial y el mismo método para actualizar la matriz las diferencias en número de ciclos siguen siendo parecidas.

- Las diferencias en ciclos entre PBE y lsRPBE no siguen ningún patrón.

- El funcional lsRPBE da energías totales menores que el PBE.

- En el caso de la azidotimidina monofosfato Crystal no logró llegar a la geometría más estable.

Referencias

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Logros y experiencias

Gracias a esta estancia de investigación reafirmé mi interés en dedicarme en un futuro a la química teórica. Durante el verano pude convivir con destacados investigadores en esta rama de la ciencia y me familiaricé con varios de las herramientas más utilizadas para realizar investigación teórica.

También me pareció sumamente interesante ver como las herramientas de la química teórica son aplicadas a problemas tecnológicos, particularmente al campo de los materiales. Esto me parece muy valioso porque muchas veces al estar metido en un campo tan abstracto es muy fácil perderte dentro de él y olvidar que la principal utilidad de la ciencia es mejorar nuestras condiciones de vida y no simplemente acumular conocimiento.

Aunque esta vez solo pude hacer una investigación relativamente sencilla, debido a mi falta de conocimiento en el área de la química cuántica, creo que fue una experiencia sumamente valiosa que me gustaría repetir el próximo verano (cuando ya sepa lo básico de química cuántica).