High-accuracy models in theoretical chemistry and their applications to spectroscopy  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
72194
Type NF
Principal investigator Kállay, Mihály
Title in Hungarian Nagy pontosságú modellek az elméleti kémiában és spektroszkópiai alkalmazások
Title in English High-accuracy models in theoretical chemistry and their applications to spectroscopy
Keywords in Hungarian nagy pontosságú kvantumkémiai módszerek, közepes méretű molekulák, automatizált programozás, molekulaspktroszkópia
Keywords in English high-accuracy quantum chemical methods, medium-sized molecules, automated programming, molecular spectroscopy
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Quantum chemistry
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Physical Chemistry and Materials Science (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Baranyai, Péter
Csontos, József
Das, Sanghamitra
Kubinyi, Miklós
Pál, Krisztina
Starting date 2008-04-01
Closing date 2012-03-31
Funding (in million HUF) 17.763
FTE (full time equivalent) 7.07
state closed project
Summary in Hungarian
Kvantumkémiai számítások még napjainkban is csak kis molekulákra végezhetők kísérleti pontossággal. Ez az állítás különösen igaz, hogyha a vizsgált molekula távol van az egyensúlyi szerkezetétől, ahol a kvantumkémiai módszerek többsége rossz eredményt ad. A pályázat legfontosabb célja olyan kvantumkémiai módszerek kifejlesztése, amelyek legalább közepes méretű molekulákra alkalmazhatók és ezzel párhuzamosan a kísérleti adatokhoz mérhető eredményeket adnak valamint teljes potenciális energia felületek leírására is képesek. A fenti bonyolult feladatok mellett számos más célkitűzést is meg kíván valósítani a pályázat. Mindenek előtt olyan molekuláris tulajdonságok nagy pontosságú számítását szeretnénk lehetővé tenni, amelyek jelenleg nem vagy csak pontatlanul határozhatók meg elméleti úton. A kifejlesztett módszereket kémiai problémák megoldására fogjuk alkalmazni spektroszkópiai kísérletekkel kombinálva. Az alkalmazások során - a laboratóriumunkban folyó kutatásokhoz kapcsolódva - fluoreszkáló festékpróbáknak, elektrooptikai készülékekben alkalmazható lumineszkáló fémkomplexenek, fotodinamikus terápiában használható fotoszenzibilizátoroknak, fotokróm anyagoknak és királis katalízissel előállított termékeknek a tulajdonságait kívánjuk tanulmányozni.
Summary
Even today, quantum chemical calculations with experimental accuracy are only feasible for small molecules. This statement is especially true if the considered molecule is far from the equilibrium structure, where the overwhelming majority of quantum chemical models break down. The main purpose of this proposal is to develop new quantum chemical methods that are applicable to at least medium-sized molecules and simultaneously provide results sufficiently close to the experimental data and are capable of describing entire potential energy surfaces. In addition to the outlined challenging tasks, the proposal aims to implement several more straightforward objectives. In particular, the high-accuracy calculation of molecular properties that are presently not available will be enabled. Furthermore, the developed methods will be applied to real-life problems, in combination with spectroscopic experiments. In connection with the research projects of our laboratory, the properties of fluorescent dye-probes, metal complexes for electro-luminescent devices, photosensitizers for photodynamic therapy, photochromic compounds, and compounds obtained in chiral catalysis will be studied.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A korábban kidolgozott nagy pontosságú kvantumkémiai módszerek számításigényének csökkentésével pontos kvantumkémiai modelleket fejlesztettünk ki, amelyek a korábbiaknál jóval nagyobb méretű molekulákra is alkalmazhatók. A számításigény mérséklését a módszerek egyenletiben szereplő numerikus paraméterek számának a csökkentésével valósítottuk meg ügyelve arra, hogy a módszerek pontossága ne romoljon. Jelentős lépéseket tettünk olyan kvantumkémiai módszerek kifejlesztésének irányába, amelyek helyesen írják a molekulákat egyensúlyi állapotuktól távol is. Korábban kidolgozott nagy pontosságú kvantumkémiai módszereinket relativisztikus közelítésekkel is kombináltuk, és így lehetővé vált a molekuláris tulajdonságok nagy pontosságú számítása nehezebb atomokból felépülő molekulákra is. Az elméleti modellek fejlesztése mellett ezeket a módszereket spektroszkópiai technikákkal kombinálva számos kémiai probléma megoldására is alkalmaztuk.
Results in English
We have developed accurate quantum chemical approaches which are applicable to molecules significantly larger than before. This goal has been achieved through the reduction of the computational costs of high-precision quantum chemical calculations. The cost reduction has been accomplished by decreasing the number of numerical parameters to be optimized without sacrificing accuracy. A considerable amount of effort has been devoted to the development of quantum chemical models which behave correctly at distorted structures. Combining our previously developed high-accuracy models with relativistic approaches we have implemented a general-order relativistic electronic structure method, and thereby extended the applicability range of high-accuracy calculations to molecules containing heavier elements. Besides the development of theoretical models, we also applied these methods to real-life problems combined with spectroscopic techniques.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=72194
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kállay M, Gauss J: Approximate treatment of higher excitations in coupled-cluster theory. II. Extension to general single-determinant reference functions and improved approaches for [...], J. Chem. Phys. 129:144101, 2008
Faigl F, Vas-Feldhoffer B, Kubinyi M, Pál K, Tárkányi G, Czugler M: Synthesis of optically active 1-(2-carboxymethyl-6-ethylphenyl)-H-carboxylic acid: a novel atropisomeric 1-arylpyrrole derivative, Tetrahedron Asym. 20:98, 2009
Faigl F, Vas-Feldhoffer B, Kudar V, Czugler M, Kubinyi M, Pál K: Synthesis and optical resolution of 1-[(3-carboxy-1,10-biphenyl)-2-yl]-1H-pyrrole-2-carboxylic acid, Chirality 21:905, 2009
Gauss J, Kállay M, Neese F: Calculation of electronic G-tensors using coupled-cluster theory, J. Phys. Chem. A 113:11541, 2009
Mayer Zs, Kállay M, Kubinyi M, Keglevich Gy, Ujj V, Fogassy E: Assignment of absolute configurations of chiral phospholene oxides by UV/CD spectroscopy, using TDDFT quantum chemical calculations and singular value decomposition [...], J. Mol. Struct. (THEOCHEM) 906:94, 2009
Varga O, Kubinyi M, Vidóczy T, Baranyai P, Bitter I, Kállay M: Methylene blue–calixarenesulfonate supramolecular complexes and aggregates in aqueous solutions, J. Photochem. Photobiol. A Chem. 207:167, 2009
Gariboldi M B, Ravizza R, Baranyai P, Caruso E, Banfi S, Monti E: Photodynamic effects of novel 5,15-diaryl-tetrapyrrole derivatives on human colon carcinoma cell lines, Bioorgan. Med. Chem. 17:2009, 2009
Nagy B, Nemes L, Kubinyi M: Spectroscopy of laser-induced carbon plasma with nanosecond time resolution, Per. Polytechn. Chem. Eng. 53:61, 2009
Csontos J, Rolik Z, Das S, Kállay M: High-accuracy thermochemistry of atmospherically important fluorinated and chlorinated methane derivatives, J. Phys. Chem. A 114:13093, 2010
Das S, Mukherjee D, Kállay M: Full implementation and benchmark studies of Mukherjee's state-specific multi-reference coupled-cluster ansatz, J. Chem. Phys. 132:074103, 2010
Rolik Z, Kállay M: Cost-reduction of high-order coupled-cluster methods via active-space and orbital transformation techniques, J. Chem. Phys. 134:124111, 2011
Nagy B, Csontos J, Kállay M, Tasi G: High-accuracy theoretical study on the thermochemistry of several formaldehyde derivatives, J. Phys. Chem. A 114:13213, 2010
Nataraj H S, Kállay M, Visscher L: General implementation of the relativistic coupled-cluster method, J. Chem. Phys. 133:234109, 2010
Das S, Kállay M, Mukherjee D: Inclusion of selected higher excitations involving active orbitals in the state-specifi c multi-reference coupled-cluster theory, J. Chem. Phys. 133:234110, 2010
Kállay M, Nataraj H S, Sahoo B K, Das B P, Visscher L: Relativistic general-order coupled-cluster method for high-precision calculations: Application to the Al+ atomic clock, Phys. Rev. A 83:030503(R), 2011
Szakács P, Csontos J, Das S, Kállay M: High-accuracy theoretical thermochemistry of atmospherically important nitrogen oxide derivatives, J. Phys. Chem. A 115:3144, 2011
Faigl F, Mátravölgyi B, Erdélyi Z, Pál K, Hessz D, Kubinyi M: Synthesis and resolution of 4,4,6,6-tetramethyl-4H,6H-pyrrolo[1,2-a][4,1]benzoxazepine-1,10-dicarboxylic acid, Tetrahedron Asym. 21:2920, 2010
Pham T S, Czirok J B, Balázs L, Pál K, Kubinyi M, Bitter I, Jászay Z: BINOL-based azacrown ether catalyzed enantioselective Michael addition: asymmetric synthesis of a-aminophosphonates, Tetrahedron Asym. 22:480, 2011
Csontos J, Kállay M: Benchmark theoretical study on the dissociation energy of chlorine, J. Phys. Chem. A 115:7765, 2011
Nagy B, Szakács P, Csontos J, Tasi G, Kállay M: High-accuracy theoretical thermochemistry of atmospherically important sulfur-containing molecules, J. Phys. Chem. A 115:7823, 2011
Kubinyi M, Varga O, Baranyai P, Kállay M, Mizsei R, Tárkányi G, Vidóczy T: Metal complexes of the merocyanine form of nitrobenzospyran: structure, optical spectra, stability, J. Mol. Struct. 1000:77, 2011
Harding M E, Vázquez H, Gauss J, Stanton J F, Kállay M: Towards highly accurate ab intio thermochemistry of larger systems: Benzene, J. Chem. Phys. 135:044513, 2011
Rolik Z, Kállay M: A general-order local coupled-cluster method based on the cluster-in-molecule approach, J. Chem. Phys. 135:104111, 2011
Varga B R, Kállay M, Hegyi K, Béni S, Kele P: A non-fluorinated monobenzocyclooctyne for rapid copperfree click reactions, Chem. Eur. J. 18:822, 2012
Das S, Kállay M, Mukherjee D: Superior performance of Mukherjee's state-specifi c multi-reference coupled-cluster theory at the singles and doubles truncation scheme with localized active orbitals, Chem. Phys. 392:83, 2012
Barna D, Nagy B, Csontos J, Császár A G, Tasi G: Benchmarking Experimental and Computational Thermochemical Data: A Case Study of the Butane Conformers, J. Chem. Theory Comput. 8:479, 2012
Kertész J, Móczár I, Kormos A, Baranyai P, Kubinyi M, Tóth K, Huszthy P: Synthesis and enantiomeric recognition studies of dialkyl-substituted 18-crown-6 ethers containing an acridine fluorophore unit, Tetrahedron Asym. 22:684, 2011
Kertész J, Bognár B, Kormos A, Móczár I, Baranyai P, Kubinyi M, Kálai T, Hideg K, Huszthy P: Synthesis and metal ion complexation of spin labeled 18-crown-6 ethers containing an acridone or an acridine fluorophore unit, Tetrahedron 67:8860, 2011




 

Events of the project

  
2011-03-25 09:23:31
Résztvevők változása
2009-10-15 12:03:32
Résztvevők változása



Back »