Tutor/s Dr. Juan Carlos Paniagua Valle Departament de Química Física Treball Final de Grau Theoretical study of the solvation effects on UV and IR spectra of the N-methylacetamide. Estudi teòric dels efecte s de la solvatació sobre l’espectre UV i IR de la N-metilacetamida. Alejandro Martín Rodríguez Juny de 2014 Aquesta obra esta subjecta a la llicència de: Reconeixement–NoComercial-SenseObraDerivada http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/ Els ordinadors són inútils. Només poden donar respostes. Pablo Picasso En primer lloc, voldria agrair al Dr. Juan Carlos Paniagua la seva constant dedicació a fer possible aquest treball que tanca la meva etapa com a estudiant de grau de química. Des del primer moment ha estat un plaer estar sota la teva molt valorada supervisió. Espero que en algun moment recuperis tot el temps que has dedicat a que això arribi a bon port i que els teus companys de departament et perdonin per arribar sistemàticament tard a l'hora de dinar cada dimecres. D'una manera més indirecte però no menys important, voldria agrair a la facultat de química, concretament al professorat que en les seves classes ha permès que tingui una visió més global d'aquesta ciència (i art!) que és la química. Quedeu perdonats de les innumerables hores d'estudi que he hagut de dedicar en aquesta etapa. Han valgut la pena! Als companys i companyes de trinxera amb els que he compartit moltes anècdotes i totes bones. Les xerrades a mig matí intentant no escaldar-nos la llengua amb el cafè extremadament calent del bar han estat un gran ajut per afrontar tota la feina que tocava fer, tot i que de vegades... Ens despistàvem. Només desitjo que continuem escaldant-nos la llengua junts! Finalment, agrair a la família tot el recolzament incondicional que m'han donat al llarg de tots aquests anys, els ja passats i els que vindran. Moltes gràcies a tots! R EPORT Theoretical study of solvation effects on the UV and IR spectra of the N-methylacetamide 1 CONTENTS 1. SUMMARY 3 2. RESUM 5 3. INTRODUCTION 7 3.1. Density functional theory (DFT) 7 3.1.1. The Philosophy 7 3.1.2. Rigorous foundation: Hohenberg-Kohn theorems 8 3.1.2.1. The Hohenberg-Kohn existence theorem 9 3.1.2.2. The Hohenberg-Kohn variational theorem 10 3.1.3. Improving the Hohenberg-Kohn theorems: Levy theorems 10 3.1.3.1. Improving the Hohenberg-Kohn variational theorem 10 3.1.3.2. Improving the Hohenberg-Kohn existence theorem 12 3.1.4. The Kohn-Sham self-consisted field methodology 13 3.2. UV and IR spectra 18 3.2.1. The electromagnetic radiation 18 3.2.2. Historical background: The need of the quantum physics 19 3.2.3. The IR and UV-visible absorption spectra 20 3.2.4. Time-Dependent DFT (TD-DFT) 23 3.3. Solvation models 26 3.3.1. IEF-PCM model 27 3.3.2. SMD model 27 3.4. Density functional dispersion correction 28 4. OBJECTIVES 30 5. COMPUTATIONAL DETAILS 30 5.1. Scans and geometry optimization 30 5.2. Solvation 31 5.3. UV Spectra 31 2 Martín Rodríguez, Alejandro 6. CONFORMATIONS AND CONFORMERS 32 7. H-BONDING EFFECTS: NMA-CLUSTER 34 8. IR SPECTRA 37 9. UV SPECTRA 40 10. CONCLUSIONS 45 11. REFERENCES AND NOTES 47 12. ACRONYMS 49 APPENDICES Appendix 1: Geometry tables 51 Appendix 2: Scan plots 53