Evaluación del campo de fuerza GFN-FF y el método semiempírico GFN-xTB para el estudio de las interacciones entre nanopartículas de Ag (AgNP) con pequeñas moléculas

Abstract

Las nanopartículas de plata interaccionan con macromoléculas orgánicas con excelentes propiedades ópticas, electrónicas y catalíticas. Esto ha dado lugar a su aplicación en nanomedicina y catálisis, entre otros. Para comprender sus propiedades estructurales se requieren métodos computacionales robustos debido a su tamaño y complejidad. En el año 2017 se propuso el método semiempírico GFN-xTB y en el 2020 el campo de fuerza GFN-FF para el estudio de las propiedades de sistemas moleculares grandes. Estos métodos son prometedores por su automatización y al número de parametrizaciones (GFN-FF), y a la combinación de la parte mecano-cuántica con parametrizaciones (GFN-xTB). Los métodos se han aplicado a sistemas orgánicos y organometálicos con buenos resultados, pero no a complejos entre nanopartículas y moléculas orgánicas; por lo que, en este trabajo de grado para optar al título de químico realizamos una evaluación comparativa de estos métodos con algunos funcionales DFT.

Evaluamos la eficiencia de GFN-FF y GFN-xTB en el estudio de las interacciones entre Ag55NP y 2-propanol, 2-propanotiol y 2-propanamina en comparación con los niveles de teoría PBEh-3c, PBE-D3/def2-SVP (CP) y B97-3c. Las energías de interacción entre Ag55NP y 2-propanol, 2-propanotiol y 2-propanamina calculadas con GFN-xTB son similares a las obtenidas con los niveles de teoría PBEh-3c y PBE-D3/def2-SVP (CP), las diferencias son inferiores a 5.6 kcal/mol. Con respecto a GFN-FF la energía de interacción entre Ag55NP y 2-propanol es similar a los niveles de teoría PBEh-3c y PBE-D3/def2-SVP (CP), con diferencias inferiores a 4.6 kcal/mol. En conclusión, GFN-xTB describe las interacciones entre Ag55NP y moléculas orgánicas con un nivel de precisión cercano al de los niveles de teoría PBEh-3c y PBE-D3/def2-SVP (CP) y con excelente relación precisión/costo computacional. De igual manera GFN-FF describe las interacciones entre Ag55NP y 2-propanol con un nivel de precisión similar al de los niveles de teoría PBEh-3c y PBE-D3/def2-SVP (CP).