Los químicos de la Universidad de Bonn desarrollaron una herramienta computacional para el análisis de entropías conformacionales de moléculas flexibles. Su método permite la investigación termodinámica de sistemas químicos complicados mediante la combinación de modelos clásicos y químicos cuánticos modernos. En un exitoso intento de simplificación, las contribuciones importantes a la entropía se pueden calcular con una mínima intervención del usuario, incluso en computadoras de escritorio estándar. Los resultados se publican en la revista Ciencia química y se destacaron como el artículo "Elección de la semana".

El término "entropía" fue introducido en 1865 por el físico alemán Rudolf Clausius, quien más tarde trabajó y fue rector en la Universidad de Bonn. 2022 será el 200 aniversario de su cumpleaños y se planean eventos y celebraciones científicas en la Universidad de Bonn. La entropía es una de las propiedades termodinámicas más fundamentales de la materia y se asocia comúnmente con un estado de desorden o incertidumbre. Con el tiempo, el concepto se ha arraigado también en la mecánica estadística, como fue iniciado por los famosos físicos Josiah Gibbs y Ludwig Boltzmann, y en teoría de la información. Hoy dia, la entropía es un área activa de investigación en muchos campos científicos, incluida la química computacional.

Para las moléculas, la entropía se vuelve importante como parte de la descripción dependiente de la temperatura del interno, la llamada energía libre, de donde se derivan muchas propiedades como los equilibrios químicos o las velocidades de reacción. En la química computacional moderna, la entropía de una molécula se obtiene a partir de los niveles de energía de las vibraciones atómicas dentro de una estructura molecular. Aquí, debido a los altos costos computacionales a nivel químico cuántico, varias simplificaciones teóricas, como la llamada aproximación de oscilador armónico de rotor rígido, deben introducirse y los cálculos se realizan principalmente para una única estructura. En el caso de las moléculas flexibles, esto conduce al descuido de una contribución importante llamada entropía conformacional, que describe el "desorden" molecular de todas las conformaciones térmicamente accesibles. Estos casos flexibles son comunes e importantes para muchos medicamentos farmacéuticos.

En un intento reciente de proporcionar descripciones dinámicas precisas de moléculas flexibles, El Prof. Dr. Stefan Grimme y colaboradores del Centro Mulliken de Química Teórica de la Universidad de Bonn desarrollaron una nueva herramienta computacional para el cálculo de entropías conformacionales. Si bien las formulaciones matemáticas para los cálculos de la entropía conformacional se conocen desde hace bastante tiempo, un problema principal es encontrar y evaluar la gran cantidad de estructuras posibles que ya alcanzan los miles de millones de moléculas de tamaño mediano. Por eso, Un componente central del software recientemente introducido y disponible de forma gratuita es un algoritmo eficiente para esta tarea que funciona con una mínima intervención del usuario. incluso en computadoras de escritorio estándar. Para lograr la eficiencia requerida, Se aplicaron métodos de química cuántica semiemprical que también se desarrollan en el grupo de Grimme, junto con los cálculos mecánicos cuánticos estándar. En el artículo se demostró que el procedimiento es capaz de tratar incluso sistemas grandes y extremadamente flexibles con una precisión sin precedentes para la entropía molecular. Los autores esperan que el nuevo protocolo computacional pueda ayudar a obtener datos termodinámicos precisos de manera más rutinaria y que encuentre una aplicación generalizada en la química computacional.

El grupo de investigación de Stefan Grimme trabaja en temas actuales de la química cuántica con un enfoque en la eficiencia computacional y las moléculas grandes. Su compañero de trabajo Philipp Pracht está actualmente finalizando su doctorado. tesis y es el autor principal del programa CREST empleado para los cálculos de entropía conformacional. Esta investigación se publica en acceso abierto en Ciencia química , revista insignia revisada por pares de la Royal Society of Chemistry.