Hadi Parsa

In this study, the first principles calculations in the framework of the density functional theory with the generalized gradient approximation at the PBE computational level with the PW approach using the Quantum Espresso software for the CO gas absorption process on the surface of functionalized carbide MXenes with the general formula Sc2C-O2-Y has been carried out. where Y contains B, Be, C and N atoms. The adsorption energies, bond lengths of CO molecule with MXene were calculated and the density of electron states diagrams were extracted for the resulting complexes in the form of TDOS and PDOS. The results show that the CO molecule is connected to carbide MXenes through both C and O atoms. The negative adsorption energies and equilibrium bond lengths of the CO molecule with MXenes indicate that the chemical adsorption and covalent bond were occurred. In the competition of CO adsorption by MXenes, C atom has a better position than O atom. In these complexes, the trend of adsorption energies from more negative to more positive values are Sc2C-O2-C-CO>Sc2C-O2-N-CO>Sc2C-O2-B-CO>Sc2C-O2-Be-CO. These results show that functionalized carbide in these complexes are suitable absorbers for CO molecules. It is hoped that the results of this study can be useful in preparing suitable sensors for CO gas.

In this research, basic principles calculations were performed in the framework of the density functional theory with the gradient approximation developed at the PBE computational level and with the PW approach using the Quantum Espresso software for the CO gas adsorption process on the surface of functionalized Mxenes containing Sc2N-O2-Y, where Y contains B, Be, C and N atoms. Adsorption energies, adsorbent-adsorbate bond lengths were calculated and electron density of state diagrams were extracted for carrier complexes in the form of TDOS and PDOS. The results show that CO gas can be attached to the adsorbent through both C and O in all replacement mxenes. The adsorption energies are negative for all cases and their values correspond to the chemical adsorption of CO gas by Mxenes. The length of the substitutional atom bonds in the adsorbent with the gas is in the range of one to two angstroms, which confirms chemical adsorption and covalent bonding. Also, the adsorption energies show that in the competition for gas adsorption by Mxene, adsorption through the carbon atom of the CO molecule is preferred. The trend of adsorption energy from more negative to more positive adsorption energy in these complexes is as Sc2C-O2-Be-CO>Sc2C-O2-N-CO>Sc2C-O2-B-CO. These results show that the studied MXene are suitable adsorbents for CO gas. It is hoped that the results of this research can be useful in preparing suitable sensors for CO gas.

In this theoretical study, the confinement effect of capsolation of diatomic and polyatomic molecules inside C60 fullerene cage has been investigated using density functional theory at the B3LYP computational level. The quantities of formation energy, binding energy, cage’s deformation energy, electrophilicity, hardness and chemical potential have been calculated for the encapsulation processes. The DOS diagram of the resulting complexes has been extracted. The results show that the formation of endohedral complexes is thermodynamically favorable, the formation and binding energies have negative values and the cage’s deformation energy has positive values. When fullerene cage encapsulates the molecules, due to the interaction with the enclosed components, the equliberium geometrical structure of the cage will be out of the optimal state. It is hoped that the results of this research will contribute to the development of the chemistry of fullerenes as carriers of chemical species.

In this study, fullerene nanocarbon derivatives are investigated as carriers of the anticancer drug busulfan using the density functional theory (DFT) in gas and aqueous phasesm. For this purpose, all the studied structures are optimized at B3LYP/6-31G(d,p) computational level and the interaction between fullerene derivatives and busulfan drug is studied in both phases. The possibility of drug absorption by carbon fullerene derivatives is evaluated by the quantities of adsorption energy, binding energy and cage deformation energy. Then, the reactivity of the drug before and after binding process is compared using quantum chemistry quantities. The results show that the busulfan drug is connected to the fullerene cage through aluminum and boron atoms as mediators. The values of the adsorption energies and AIM parameters show that the adsorption of aluminum and boron atoms to the fullerene cage takes place through bonds with relative covalent character and the binding of the busulfan drug to the fullerene cage be accomplished through atomic mediators with van der Waals interactions. After binding the drug to carbon fullerenes, the energy gap between the HOMO and LUMO orbitals decreases and the reactivity of the drug increases compared to the free state. It is hoped that the results of this research will be effective in improving the practical methods of consumption of busulfan and reducing the side effects caused by it.

در طول تاریخ تکنولوژی های متعددی برای ذخیره انرژی عرضه شده است، که هر تکنولوژی دارای مزایا و معایب مختص به خود است. لذا با بررسی بازدهی روش های متفاوت و برآورد هزینه ها به این نتیجه رسیدند که سیستم های الکتروشیمیایی و باتری های قابل شارژ یک گزینه ایده ال برای تولید و ذخیره انرژی هستند. سدیم به علت هزینه پایین، غیر سمی بودن و فراوانی طبیعی، پتانسیل اقتصادی و زیست محیطی قابل توجهی را برای برنامه های مختلف مانند ذخیره سازی شبکه انرژی در مقیاس بزرگ دارا می باشد. در پژوهش حاضر با استفاده از روش کوانتومی نظریه ی تابعی چگالی(DFT) از مولکول المپیسن C19H12 به عنوان آند در باتری های یون سدیمی استفاده شده و تاثیر آن بر بهبود عملکرد باتری یون سدیم مورد مطالعه قرار گرفت. محاسبات با جذب اتم سدیم و کاتیون آن بر روی مولکول المپیسن در سه موقعیت مختلف انجام شد، و در این مسیر پارامترهای انرژی جذب، انرژی تحریف، تغییرات انرژی درونی و انرژی آزاد گیبس محاسبه شد. همچنین اثر گروه های استخلافی الکترون دهنده مانندOH ،NH2 ، OCH3 و الکترون کشنده Cl وF بر روی کمپلکس های مختلف سدیم و کاتیون آن با مولکول المپیسین مورد بررسی قرار گرفت. سپس میزان بهبود ولتاژ تولیدی سلول توسط معادله نرنست محاسبه و بررسی شد. برطبق نتایج، ولتاژ پیش بینی شده در باتری یون سدیم نسبت به ولتاژ در باتری یون منیزیم کوچکتر بوده، اما مشاهده شد مقدار ولتاژ در حضور استخلاف های الکترون دهنده OCH3و NH2 با مقادیر ولتاژ در باتری یون لیتیوم در حضور این استخلاف ها، برابری می کند. همچنین با دکوره کردن مولکول المپیسن با اتم سیلیسیم و بهینه سازی آن به عنوان یک آند جدید برای باتری یون سدیم، ولتاژ تولیدی تا حدی بهبود یافت. و در آخر پیش بینی شد که استفاده از آند المپیسن حتی بیشتر از برخی آند های بر پایه کربن مانند فولرن ها و نانوساختارهای صفحه-ای ، بر بهبود عملکرد باتری یون سدیم اثر مثبت خواهد داشت.

باتری یون منیزیم به دلیل فراوانی، ایمنی بالا و سازگاری با محیط زیست می تواند گزینه ای مناسب در تولید و ذخیره سازی انرژی به شمار آید. بدین منظور برهم کنش مولکول المپیسن در موقعیت های مختلف با اتم منیزیم و کاتیون های Mg1+ ، Mg2+مورد مطالعه قرار گرفت. کمیت های مختلفی مانند انرژی های EHOMO و ELUMO، شکاف انرژی (HLG)، انرژی جذب (Eads)، انرژی تشکیل( ،(∆E_f انرژی آزاد گیبس (Gr∆ )، ولتاژ مدار باز(V_oc ) و تاثیر گروه های دهنده و کشنده برای کمپلکس های مختلف المپیسن با اتم و کاتیون های منیزیم، محاسبه گردید. در نهایت، ولتاژ سلول (Vcell) براساس معادله نرنست اندازه گیری شد. نتایج نشان می دهد این آند می تواند برای یون منیزیم نسبت به موارد مشابه لیتیومی و سدیمی ولتاژ بیشتری تولید کند. همچنین بهینه سازی المپیسن دکوره شده با سیلیسیم نیز به عنوان آند برای تولید ولتاژ بالاتر برای باتری های یون منیزیم، مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج رضایت بخشی در این زمینه نسبت به باتری های لیتیومی و سدیمی مشاهده گردید. امید است که نتایج حاصل گامی در جهت بهبود عملکرد ذخیره سازی باتری ها به لحاظ افزایش ولتاژ و کارایی مناسب ارائه دهد.

واکنش های حذفی و افزایشی دسته ای از واکنش های شیمیایی هستند که در سنتر ترکیبات آلی کاربرد های وسیعی دارند. در این واکنش ها معمولا دو یا چند گونه با هم ترکیب می شوند و در صورتی که واکنش دهنده ها نامتقارن باشند دو یا چند محصول تولید می شود که عمدتا یکی از محصولات نسبت به سایرین از نظر ترمودینامیکی یا سینتیکی پایدار است و به عنوان محصول اصلی یا محصول ارجح معرفی می گردد. تعیین میزان پایداری ترمودینامیکی ترکیبات شیمیایی و پیش بینی محصول ارجح، یکی از موضوعات مورد علاقه شیمی دان های نظری است. این مساله در نظریه ی تابعی چگالی توسط شاخص های کوانتومی مانند پتانسیل شیمیایی الکترونی، الکترونگاتیویتی، سختی مطلق و نرمی شیمیایی، قطبش پذیری مولکولی و الکتروفیلیسیتی مطلق انجام می-شود این کمیت ها معمولا به کمک مشتقات اول و دوم انرژی الکترونی بر حسب تعداد الکترون ها و یا بر حسب پتانسیل خارجی سیستم معرفی می شوند، اما مشکل اصلی محاسبه ی این کمیت ها در سیستم های کوانتومی این است که تابع صریح و دقیقی برای بسط انرژی الکترونی این سیستم ها بر حسب تعداد الکترون ها وجود ندارد. بنابراین از سری تیلور برای بسط این تابع استفاده می-شود. از آن جایی که این بسط شامل بی نهایت جمله است، لذا در کاربرد های عملی به ناچار باید سری پس از تعداد محدودی جمله قطع شود که این مساله باعث معرفی مقداری خطا در محاسبه ی کمیت های مذکور می گردد. در این پژوهش به جای بسط چند جمله ای سری تیلور از تابع شبه-مورس در بسط انرژی الکترونی بر حسب تعداد الکترون ها استفاده می شود. بنابراین انتظار می رود که مشکلات مربوط به صرف نظر کردن از تعدادی از جملات سری مرتفع گردد و پیش بینی می شود که نتایج محاسبات به میزان قابل توجهی بهبود پیدا کند.

Density functional theory was used to study the catalytic reaction mechanism of human Glyoxalase I. Glyoxalase I converts both R and S enantiomers of hemithioacetal into S-D-lactoyl glutathione. We used cluster method for modeling the enzyme’s active site. Four different models (M1, M2, M3 and M4) were used for with different glutamate sizes or groups. The M2 and M4 models have an extra water molecule and Thr-101. On the other hand, the M3 and M4 models have a smaller Glu-99. Depending on the conformation of the substrate,s alcoholic hydrogen (towards Glu-99 or Glu-172; R or L respectively), and the type of the chiral center of the substrate (R or S), each model can have four different binding modes (S-L, S-R, R-R and R-L). The catalytic mechanism of both enantiomers of the substrate was studied, based on the constructed models. The results showed that M1 and M3 properly shows the expected trend in energy profiles. Hence, the M1 and M3 models are more logical than M2 and M4. The results also showed that the activation energy of the first step of the reaction in the R-L state is very high. Thus, this mode does not result in any product. On the other hand, the first reaction step of the S-R state has a high activation energy barrier in M1. Hence, this mode was not investigated in the M1 model. The results showed that none of the states with the S enantiomer leads to the wrong enantiomer of the product. However, the R-R state produced both enetimers of the product. In summary, the cluster method does not reproduce experimental results even with asymmetric models of the glutamates. Although M3 (a model with no excess water molecule and Thr-101 and with a smaller Glu-99 model), some how reperoduce experimental results. In conculusion, M3 is a more accurrate model whose results are in consistent with experimental ones.

در این پایان نامه انرژی الکترونی تعدادی از محصولات واکنش حلقه زایی دیلز-آلدر به کمک تابع شبه-مورس بسط داده می شود، سپس با استفاده از مشتقات اول و دومِ تابع انرژی الکترونی نسبت به تعداد الکترون ها در پتانسیل خارجی ثابت، به ترتیب پتانسیل شیمیایی الکترونی و سختی-شیمیایی مولکولی محاسبه می گردد. در نهایت شاخص الکتروفیلیسیتی، برای این محصولات محاسبه می شود تا براساس اصل ماکزیمم سختی شیمیایی و اصل مینیمم الکتروفیلیستی محصول پایدار واکنش تعیین گردد. نتایج نشان می دهد که در اکثر موارد محصول ارجح واکنش های حلقه-زایی دیلز-آلدر دارای کمترین میزان الکتروفیلیسیتی و بیشترین مقدار سختی شیمیایی می باشند.