Calcolo DFT di parametri EPR e NMR

La spettroscopia di risonanza magnetica ha avuto un enorme impatto nella chimica moderna. La risonanza magnetica nucleare (NMR), in particolare, è divenuta una delle più importanti tecniche analitiche per la caratterizzazione di composti organici e inorganici e per l’interpretazione di fenomeni ad essi correlati. Sono molte aree delle scienze hanno beneficiato di questa tecnica, dalla biologia alle scienze dei materiali. L’ampio utilizzo delle tecniche di spettroscopia magnetica ha richiesto fin dalla loro introduzione un esaustivo trattamento teorico dei parametri spettroscopici. In questo contesto, la chimica teorica è oggi in grado di fornire risultati quantitativi, avendo un grande impatto sulla capacità predittiva e di interpretazione di queste tecniche. Mentre i primi modelli teorici erano in grado di fornire solo risposte qualitative, oggi, in particolare, con lo sviluppo di metodi basati sul funzionale della densità elettronica i modelli teorici sono in grado di fornire risultati quantitativi che possono essere confrontati con i dati sperimentali. Inoltre, un numero sempre maggiore di parametri NMR e EPR è diventato accessibile ai calcoli teorici; l’accoppiamento spin – spin nucleare, i tensori g elettronici, lo zero field splitting, e i parametri NMR paramagnetici. Dall’altra parte, una maggiore accuratezza nei risultati è anche dovuta a un continuo miglioramento dei modelli con cui viene simulato il sistema analizzato. Ad esempio, l’inclusione di effetti dinamici e di effetti dovuti al solvente permette di ottenere dei risultati in maggiore accordo con i dati sperimentali. Lo scopo di questa esposizione è quello di fare una breve rassegna dei metodi teorici per il calcolo di questi parametri e di fornire alcuni esempi di applicazione per valutare i pregi e i limiti dell’approccio teorico. In questo contesto la presentazione inizierà con un breve introduzione delle tecniche di risonanza magnetica e dei parametri che possono essere ottenuti con queste tecniche. Si passerà poi ad esaminare l’hamiltoniano per vedere come questi parametri sono possono essere descritti a livello quantomeccanico. Il passaggio successivo sara quello di descrivere come quali sono i metodi di soluzione dell’hamiltoniano con particolare riferimento alla teoria DFT. Infine saranno presentate alcune applicazioni per mettere in luce l’accuratezza di questi metodi nel calcolo dei parametri e le informazione che si possono ricavare per avere una migliore interpretazione dei dati sperimentali.