Ansökan: Utveckling och tillämpning av avancerade kvantkemiska beräkningsmetoder för studier av kemiska reaktioner

Tidsperiod:

1 januari 2010 – 31 december 2012

Projektledare:

Roland Lindh

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

1 820 000 SEK

Utveckling och tillämpning av avancerade kvantkemiska beräkningsmetoder för studier av kemiska reaktioner

Målet med kvantkemin är att utveckla metoder för att beskriva och förklara kemiska förlopp. Med hjälp av dessa modeller kan man förklara och förutsäga molekylära egenskaper (färg, struktur, bindningsförmåga), reaktionsvägar (möjliga produkter), reaktionshastigheter, etc. Tillämpad beräkningskemi inom materialvetenskap, medicindesign, etc. har en potential att göra vad CAD/CAM tekniken idag gör för tex. bil och flyg industrin då det gäller design och testning av nya bil och flygplans modeller.

Mitt forskningsprojekt är uppdelat i fyra delar: (1) kemiluminescens, (2) storskaliga beräkningar, (3) reaktionsdynamik för molekyler i exciterade tillstånd, och (4) tekniker för att kombinera kvantmekaniska metoder med molekylmekanik.

1. Kemiluminescens: Här studerar vi reaktioner som ger upphov till att ljus emitteras, som tex hos eldflugor. Vi studerar här i detalj, på elektronnivå, processen för ett antal olika molekyler för att förstå vad som krävs för att fenomenet skall uppstå. Det kan leda till en rad intressanta och spektakulära tillämpningar.

2. Storskaliga beräkningar: Genom att utnyttja speciella matematiska metoder vill vi förbättra möjligheten att använda beräkningskemiska metoder för studier av stora molekylära system. Dessa metoder leder till att beräkningstiden minskar drastiskt.

3. Reaktionsdynamik för molekyler i exciterade tillstånd: reaktioner för molekyler i exciterade tillstånd är annorlunda i jämförelse med de reaktioner som sker då en molekyl är i sitt lägsta energitillstånd. Här föreslår vi utvecklingen av nya metoder att analysera och förstå dessa förlopp. Detta är av intresse då man ofta vill kunna manipulera reaktioner för att optimera produktionen av vissa produker.

4. Tekniker för att kombinera kvantmekaniska metoder med molekylmekanik: Här vill vi utveckla en speciell version av denna teknik (kallas ESPF metoden) för att användas i samband med kvantkemiska metoder för studier av exciterade molekyler. Som ett resultat kommer vi att kunna studera komplicerade fotokemiska processer i biokemiska molekyler, kemiluminescens är ett exempel på detta. Vi vill också använda metoden för studier av lösningsmedels effekter för icke-polära lösningsmedel.

De fyra projekten utgör ett samlat grepp för att möjligöra storskaliga och noggranna studier av biokemiskt intressanta fenomen mha beräkningskemiska metoder.