¿Dónde se solapan la química computacional y la química orgánica?

Question

Me preguntaba qué investigaciones existen que combinen la química computacional y la química orgánica.

Durante los últimos tres años, he estado utilizando Amber y Gaussian (en espera) para identificar y comprender las tendencias en las interacciones intramoleculares. En realidad, esto solo sirve como ejemplo de mi investigación anterior, que incorporaba tanto la química física como la química computacional.

Me gustaría saber qué tipo de investigación podría realizarse que combine tanto la química orgánica como la química computacional.

He buscado en Google investigación computacional en química orgánica, pero no he encontrado mucha información. Cuáles son algunos ejemplos de proyectos que se han hecho en la química orgánica que se basan en gran medida en el lado computacional de las cosas?

Answer 1

Lo primero que me viene a la mente: leer el backlist de Henry Rzepa y (especialmente) Steven Bachrach blogs. Dependiendo exactamente de los recursos de que dispongas, hay muchas cosas que hacen en la parte computacional de la química orgánica que podrías imitar al principio y luego utilizar como trampolín para innovar.

En particular, he encontrado los posts de Bachrach sobre dinámica de reacción especialmente fascinante. Se trata del fenómeno en el que la topografía de la superficie de energía potencial cerca de un estado de transición es tal que las reacciones no siempre siguen la trayectoria de energía mínima debido, efectivamente, a la inercia de los núcleos al cruzar la ST.

También tengo un interés personal en Bader's Teoría cuántica de los átomos en las moléculas que utiliza la topología de la densidad electrónica para dividir las moléculas en átomos, donde cada volumen atómico está rodeado por una "superficie de flujo cero" en la densidad electrónica. (Existe cierta controversia en torno a esta teoría, pero a mí me parece sensata, por si sirve de algo). Bader Libro es un buen lugar para empezar; o bien, puede buscar Richard Bader en la bibliografía de las revistas y seguro que aparece un montón de ejemplos. El año pasado discutí con el Dr. Rzepa en el hilo de comentarios de un post suyo sobre electrides que tocó el QTAIM, el función de localización de electrones (ELF), interacciones no covalentes (NCI), etc.

Por último, últimamente he sentido mucha curiosidad por enlace por desplazamiento de carga un tipo de enlace relativamente nuevo en el que la estructura nuclear intenta meter tantos electrones en un espacio tan pequeño que al final Repulsión de Pauli los separa, haciendo que lo que de otro modo podría parecer un enlace covalente adopte en su lugar la forma de una resonancia entre dos estructuras iónicas. (La estructura electrónica de $\ce{F_2},$ por ejemplo, es mejor descrito como una resonancia equilibrada entre $\ce{F- \!- F+}$ y $\ce{F+ \!- F-}$ sobre una interacción covalente muy débil, que como una interacción puramente covalente. $\ce{F\!-F}$ especies). Busque en la bibliografía el trabajo de Sason Shaik para obtener más información y ejemplos.

Otras cosas que me han parecido interesantes son los carbenos, los alquinos cíclicos, las reacciones inusuales de Diels-Alder y los sistemas de fullereno.

También suscribiría, por ejemplo, Lo más destacado de la química computacional , CCL y la de Jan Jensen Diario de Química Computacional -- los posts y/o preguntas que allí se plantean pueden servirte de inspiración.

Answer 2

He complementado la mayor parte de mi trabajo de química orgánica ("química húmeda") con química computacional y, de hecho, es bastante habitual hacerlo hoy en día. Yo diría que depende bastante de tus intereses. Probablemente haya otros miembros en el grupo de tu profesor. Quizá se enfrenten a algún problema en el que la química computacional pueda ayudar. Un ejemplo es la posibilidad de simular espectros de RMN, IR, UV-VIS o (V)CD. Otro es el cálculo de estados básicos, intermedios y de transición de ciclos catalíticos en caso de que el grupo se dedique a la catálisis. En realidad, yo diría que definitivamente debería existir la posibilidad de aplicar la química computacional en cualquier grupo de química, la cuestión restante es cómo de bueno será el apoyo y si tu profesor apreciará lo que estás haciendo. Hay muchos libros buenos sobre química computacional (orgánica). A mí me gustó especialmente

• Química orgánica computacional por Steven M. Bachrach
• A Chemist's Guide to Density functional theory por los autores Wolfram Koch, Max C. Holthausen
• Explorando la Química con Métodos de Estructura Electrónica por James B. Foresman
• Fundamentos de química computacional por Christopher J. Cramer
• Introducción a la Química Computacional por Frank Jensen

más o menos en ese orden. Pero hay muchos otros buenos libros, por supuesto. Otro libro para ti, que te interesa tanto la química física como la orgánica, es

• Química Orgánica Física Moderna por Eric V. Anslyn Dennis A. Dougherty

que, por cierto, también trata algunos temas de química orgánica computacional.

Answer 3

Algo que sería interesante relacionar es la relación entre la resolución quiral y la estructura del agente de resolución. Sería interesante observar la resolución holandesa a nivel molecular. Relacionar los parámetros de Fogassy con lo que ocurre a nivel molecular es otro aspecto de la misma área de trabajo.