Nuevo método para la obtención de perfiles de energía en cálculos QMMM

N.O. FOGLIA; M.C. GONZALEZ LEBRERO; D.A. ESTRIN

Buenos Aires

Congreso; XIX Congreso argentino de fisicoquímica y química inorgánica; 2015

AAIFQ

La obtención de perfiles de energía y energía libre para mecanismos de reacción escrucial para caracterizar las reacciones químicas a nivel molecular. Si la reacciónocurre en entornos complejos, el método por excelencia es el híbrido QM/MM. Paralograr un perfil adecuado resulta clave la elección correcta de la coordenada dereacción a analizar, así también como la delimitación del sistema reactivo. Para estaselecciones es conveniente una primera exploración del sistema utilizando un métodode optimizaciones restringidas, dado el costo significativamente más bajo que lasexploraciones de energía libre.El método más empleado para obtener perfiles de energía consiste en evaluar laenergía total del sistema cómo función de la coordenada de reacción. Esto traeaparejado el problema que todas las interacciones contribuyen al valor de energía totalde igual manera, de modo que movimientos de átomos lejanos al sitio de reacciónpueden generar cambios en la misma produciendo errores significativos. Esto esmitigado parcialmente manteniendo fijas las posiciones atómicas lejanas al sitioreactivo.La alternativa propuesta en este trabajo es la realización de optimizacionesrestringidas, pero computando la fuerza proyectada en la coordenada de reacción yrecuperando el valor de la energía integrando este valor entre reactivos y productos.Debido a que las fuerzas de largoalcance decaen más rápidamenteque su término energético asociadoel error cometido por utilizar radios decorte en las interacciones se verádisminuido permitiéndonos abaratarasí el costo de cálculo. Por otro ladocualquiermodificaciónconfiguracional del sistema solo estenida en cuenta en la energía siafectadirectamentelafuerzaproyectada sobre la coordenada dereacción, por lo que se puedeneliminar contribuciones espurias a laenergía debida a la reacción químicacomoporejemploelreacomodamiento del solvente enregiones lejanas a la zona reactiva.Figura 1: curvas de energía potencial para la sustituciónnucleofílica biomolecular de cloruro de metilo contracloruro utilizando distintos radios de corte para lasinteracciones. En línea punteada se presentan losresultados para el método de evaluación directa de laenergía y en línea continua para el método propuesto.En la figura 1 se presentan las curvas de energía obtenidas para la sustituciónnucleofílica biomolecular del cloruro de metilo con cloruro en agua a nivel DFT-TIP4P.En líneas punteadas se presentan los perfiles de energía utilizando la evaluacióndirecta de la energía para varios radios de corte entre interacciones QM-MM y enlíneas continuas utilizando el método propuesto. Puede observarse que el perfilenergético es mucho más robusto a la variación en el radio de corte al realizar loscálculos con el método propuesto que con el método tradicional, lo cual permitedisminuir considerablemente el costo de cálculo.