Research | Chimica Teorica e Computazionale

La chimica teorica e computazionale vede numerose linee di ricerca attive.

Sviluppo e applicazione di metodi quantomeccanici per la determinazione accurata di proprietà elettriche e magnetiche molecolari

prof. Riccardo Zanasi; dott. Guglielmo Monaco

L'attività si è recentemente focalizzata sui seguenti argomenti: i) studio delle proprietà magnetiche di molecole a guscio chiuso, ed in particolare di idrocarburi aromatici policiclici (PAH), mediante la determinazione della densità di corrente indotta da campi magnetici esterni; ii) studio delle proprietà chirottiche per la determinazione della configurazione assoluta di molecole chirali. In particolare il gruppo di ricerca si è occupato di: i) introduzione di una nuova classe di sistemi molecolari, denominati genericamente altan-molecole, di possibile interesse per la realizzazione di nuovi materiali dotatati di peculiari proprietà magnetiche; ii) realizzazione di modelli interpretativi delle correnti d'anello che caratterizzano la risposta magnetica delle molecole aromatiche; iii) determinazione della configurazione assoluta di molecole chirali mediante la misura e previsione teorica del potere ottico rotatorio, dispersione ottica rotatoria, spettri di dicroismo circolare elettronici e vibrazionali.

Studio teorico e sperimentale deldanneggiamento ossidativo del DNA

prof. Andrea Peluso

Si utilizzano tecniche elettrochimiche integrate con tecniche spettroscopiche per caratterizzare la distribuzione degli stati elettronici a bassa energia di oligonucleotidi ossidati. Tale distribuzione di stati gioca un ruolo importante nel meccanismo di danneggiamento ossidativo del DNA, dal momento che regola il trasferimento di carica a lungo raggio nel DNA ossidato e determina sia il sito su cui si osserva il danno, sia la natura della lesione. Sono in corso esperimenti di radiolisi pulsata risolta nel tempo che, opportunamente integrati da calcoli teorici, forniranno indicazioni sulle caratteristiche strutturali dei primi intermedi di reazione in oligonucleotidi, informazioni essenziali per risalire ai meccanismi delle reazioni radicaliche coinvolte nei processi ossidativi. Sono inoltre in corso studi riguardanti le proprietà chimico-fisiche di 5',8-ciclonucleosidi, lesioni importanti del DNA perché potrebbero essere coinvolte in patologie neurologiche.

Modellazione al calcolatore della reattività chimica e sviluppo di descrittori molecolari per la quantificazione degli effetti sterici in leganti di metalli di transizione

prof. Luigi Cavallo

Scopo di questa linea di ricerca è di offrire un supporto alla controparte sperimentale, mediante la descrizione accurata dei cammini di reazione in processi catalitici promossi da complessi di metalli di transizione. L'accurata conoscenza del profilo energetico permette di individuare possibili strategie per il miglioramento di sistemi catalitici esistenti attraverso un approccio di progettazione razionale, piuttosto che di prova ed errore. La descrizione dei profili di reazione avviene mediante tecniche quantomeccaniche, sostanzialmente su quelle basate sulla teoria del funzionale della densità. L'attenzione è centrata essenzialmente su reazioni di polimerizzazione, sulla metatesi delle olefine promossa da catalizzatori a base di rutenio, sulle reazioni di ciclizzazione e di attivazione di legami C-H, promossa da catalizzatori a base di oro.

Sviluppo e applicazione di metodi multiscala per la modellazione di materiali nanostrutturati di origine sintetica e biologica

dott. Giuseppe Milano

L'attività è focalizzata sullo sviluppo di metodi multiscala per all'ottenimento di modelli di tipo molecolare, ma capaci di riprodurre comportamenti e proprietà su scale nanometriche, mesoscopiche e macroscopiche. L'approccio prevede l'accoppiamento di modelli su scale diverse sia di tipo orizzontale (coesistenza di scala nello stesso modello) che di tipo verticale (passaggio di informazioni/parametrizzazione di tipo automatico del tipo bottomto top). A questo scopo viene sviluppato un software di simulazione (OCCAM sito web: www.molnac.unisa.it/occam) in grado di applicare questo tipo di approccio a modelli coarse-grained ed atomistici di varia natura. I risultati, più interessanti ed innovativi sono stati ottenuti con tecniche di dinamica molecolare (MD) che utilizzano hamiltoniani ibridi particella-campo oppure la combinazione di simulazioni atomistiche con approcci continui di tipo FEM . L'approccio ibrido particella-campo ha permesso una parallelizzazione spinta in grado di sfruttare efficientemente un numero elevato di processori (dell'ordine delle migliaia) e di studiare modelli su larga scala. I modelli su cui si è focalizzata l'attenzione sono polimeri sintetici per uso biomedico, biomembrane, nanocompositi. L'approccio combinante simulazioni atomistiche (sia MD che Monte-Carlo reattivo) con approcci continui FEM ha permesso la modellazione della risposta macroscopica di sensori di gas basati su polimeri conduttori del tipo polianiline.