Teraflop 84 - Octubre - cesca

Eduroam facilita lamobilitat dels investigadorsarreu d’EuropaCatalunya ha iniciat el desplegament del servei Eduroam al’Anella Científica, coincidint amb la celebració de la JOCS’05a la URV, una de les quatre institucions que en disposa.■Eduroam és una iniciativa que facilitala mobilitat dels investigadorsi els estudiants europeus, ja queels ofereix connectivitat en els seusdesplaçaments a la resta d’institucionsque ofereixen aquest servei. D’aquestamanera, els usuaris de les institucionsque participen a Eduroam tenen accésa Internet a través de les xarxes, majoritàriamentsense fils, de la resta d’institucionsintegrades al projecte.En els últims anys, han pres granimportància les tecnologies relacionadesamb l’accés a serveis telemàticsque sovint necessiten d’una connexiósense fils a una xarxa. El problema sorgeixen la gestió de les connexionsmòbils i dels usuaris que es mouen entreorganitzacions. Per això, la idea delprojecte Eduroam neix d’aquesta necessitatde desenvolupar un espai decol·laboració quant a mobilitat entreorganitzacions de la comunitat d’investigacióeuropea, de tal manera que esfacilitin els desplaçaments dels investigadorsentre diferents institucions, permetentque puguin disposar de formaautomàtica de serveis de connectivitatcom, per exemple, l’accés a Internet.Com explica el conseller d’Universitats,Recerca i Societat de la Informació,Carles Solà, “Eduroam neix de lanecessitat de crear un espai de col·laboracióa Europa que faciliti l’accés alsrecursos i a Internet a la comunitat investigadoraquan es desplaça a una altrainstitució”. “Així com l’e-Ciència facilital’accés als recursos i la col·laboracióentre investigadors de forma remota, ésa dir, sense la necessitat de desplaçaments,és important també poder proveiraquests investigadors d’un accéstransparent als recursos quan es desplacena una altra institució per col·laborarde forma presencial”, explica Solà.La iniciativa Eduroam va néixerdins del grup de treball TF-MobilityTask Force de TERENA (Trans-EuropeanResearch and Education Networking Association),les activitats de la qual es basenen la promoció i la participació enel desenvolupament d’infraestructuresde telecomunicacions i computació enbenefici de la recerca i l’educació.Pàgina d’entrada a la UPF.En concret, el TF-Mobility TaskForce es va iniciar al gener de 2003per estudiar les diferents solucions demobilitat existents a Europa. Els seustreballs s’han centrat en el desenvolupamentd’arquitectures de xarxa i einesd’autenticació i autorització quefacilitessin la itinerància (roaming) alsinvestigadors i estudiants i els permetessinla mobilitat entre diferents xarxesde recerca i educació nacionals(NREN). D’entre les NREN europeesque ja s’han adherit a la iniciativa, destaquenles d’Alemanya, Itàlia, Grècia,Portugal i Regne Unit, entre d’altres.També està començant la seva implantacióa altres països fora de la Unió Europea,com ara Austràlia.A l’Estat espanyol, RedIRIS, a travésdel seu grup de treball MovIRIS, s’encarregade coordinar les iniciatives de diversesorganitzacions per aconseguir unespai únic de mobilitat. A www.eduroam.eses troba la llista actualitzada d’institucionsque ofereixen aquest servei. ACatalunya, els membres de l’AnellaCientífica que de moment ja s’han sumatal projecte Eduroam són la UPF, la UdG,la URV i el mateix CESCA.Totes les institucions adherides al’Anella poden afegir-se de manera voluntàriaa la iniciativa Eduroam per talque els seus usuaris puguin gaudird’accés a Internet en els seus desplaçamentsa altres institucions i disposinde la manera més transparent possibled’un entorn de treball virtual.Per poder portar tot això a la pràcticaés necessari que les institucionsparticipants compleixin amb una sèriede paràmetres tant tecnològics comfuncionals. Han de configurar el sistemad’autenticació de la seva xarxa peridentificar els usuaris a través d’un servidorRadius que es trobarà enllaçatamb els servidors de les altres institucions.És necessari també que es comprometina respectar la normativa establertaper poder conformar una xarxade confiança basada en aquesta xarxavirtual de servidors Radius.Els mètodes d’accés a Eduroames basen principalment en tres tipusdiferents de tecnologies: l’estàndard802.1x, el control d’accés via web il’accés a través de xarxes privades virtuals(VPN). Totes aquestes solucionsde mobilitat són vàlides i poden interoperaren un mateix entorn.Amb la posada en funcionamentd’Eduroam es pretén crear un espaide mobilitat que serveixi per promocionarel treball col·laboratiu i l’aprofitamentdels recursos disponibles, facilitantla mobilitat dels investigadors iestudiants. Però Eduroam és només unpunt de partida, a mesura que es vaginafegint més institucions i es creïuna gran infraestructura, es podrandonar nous serveis a la comunitat universitàriai desenvolupar aplicacionsconjuntes entre les universitats i centresde recerca.■TERAFLOPOctubre 2005

Joan Bravo, coordinador de Sistemes d’Informació, DURSIUneix: un sistema cooperatiud’informació estadística pera la gestió i la transparènciauniversitàriaEl sistema d’informació interuniversitari de Catalunya, Uneix, és el resultatd’un procés dut a terme conjuntament pel DURSI i les set universitats públiquescatalanes, amb la finalitat de millorar la informació estadística en quèes fonamentaven els estudis, la planificació, la programació i la presa de decisionsen l’àmbit del sistema universitari públic de Catalunya.■Aquest procés s’inicià amb laconstitució d’una primera base dedades interuniversitària integrada peruna àmplia diversitat de fitxers amb informaciósobre l’estructura universitària(centres, departaments, titulacions...),nou accés, crèdits matriculats peralumne (per 1a, 2a, 3a o més vegades),crèdits superats per alumne (ordinaris,convalidats, adaptats i reconeguts), professorat,PAS i doctorat. Certament, ladisponibilitat d’aquesta base de dadesva suposar un notable pas endavant sobrela situació preexistent. D’una banda,oferia una visió transversal sobreuna multiplicitat d’aspectes del sistemauniversitari i, de l’altra, permetia aprofundiren les diverses perspectives quepodien enriquir les anàlisis que s’estavenduent a terme.Aquesta fase de treball conjuntentre el DURSI i les universitats va crearel marc de cooperació per endegartres nous objectius en l’àmbit de la informacióestadística: ampliar els temescoberts per la base de dades, crear ungestor de dades (data warehouse) quefacilités la interrelació i consulta de lesdades, i obrir l’accés a les universitats.Respecte a l’ampliació temàtica, ala informació procedent de les universitatss’hi afegí la gestionada internamentpel DURSI a través de les oficines dePAU i de preinscripció. Això permetiadur a terme anàlisis d’interès per a lesuniversitats, per a l’AQUCatalunya i peral mateix DURSI on, per exemple, elrendiment acadèmic es segmentava enfunció de les notes d’accés dels alumnesa la universitat i de la modalitat debatxillerat que havien cursat i permetiaconsultar tant la situació d’un mateix estudia les diferents universitats com laseva evolució. En segon lloc, la creaciód’un gestor de dades va crear un marcque a l’ensems millorava notablementles possibilitats d’interrelació i serviade base per a les noves ampliacionsque es consideressin d’interès plantejaren el futur. En tercer lloc, amb laconstitució del gestor de dades es permetiaassolir el que constitueix l’objectiude tot el procés, que la informaciópugui ser àmpliament utilitzada de formaàgil i adaptada, tant a les necessitatsdels usuaris com als seus diferents modelsd’anàlisis de les dades.Això ha estat possible per la fermavoluntat de transparència de totesles universitats i per la voluntat de serveidel CESCA que ha permès emmagatzemar-hila informació que, en laprimera etapa, residia a l’ordinador utilitzatpel DURSI, i oferir a totes les universitatsunes possibilitats d’accés altamenteficients.Es poden diferenciar dos tipus desistemes d’informació estadística.Aquells on les fonts d’informació procedeixend’una única organització iaquells que gestionen fonts procedentsde diverses institucions. En aquest segontipus, que és el cas d’Uneix, el problemaessencial és garantir la fiabilitat,l’homogeneïtat i la comparabilitat de lesdades. Aquest és l’aspecte més condicionantde la credibilitat del sistema,que pot ser més o menys ràpid, més omenys amigable, però no pot oferir dadesque puguin ser errònies, incompleteso no comparables, atès que aleshoresper bo que sigui l’instrument deconsultes, l’objectiu no és assolible. Lesuniversitats i el DURSI, conjuntamentamb l’AQUCatalunya, hi han dedicat unesforç especial. Això era ineludible, atèsque les universitats són institucionsautònomes que han organitzat la sevainformació d’acord amb la seva culturaorganitzativa i l’evolució de les pròpiesnecessitats.Així, conceptes bàsics com perexemple el de nou accés, que podria ono incloure els accessos a 2n cicle o elstrasllats, l’aplicació dels conceptes decrèdits adaptats, convalidats o reconeguts,el càlcul dels equivalents a tempscomplet pel que fa a professors i alumnes,la forma de definir els abandonamentsd’estudi, centre o universitat, i enfunció del reingrés o no al sistema, lametodologia per a l’elaboració de les taxesde rendiment, d’èxit i de graduaciósón, entre molts d’altres, elements decàlcul en els quals calia arribar a unadefinició única i acceptable per tots.En aquest procés, hi va tenir unpaper destacat AQUCatalunya, en elmarc de la qual es va crear una comissióconstituïda per les universitats públiquesi el DURSI, on es van analitzaramb detall les definicions i mètodes decàlcul aplicats per cadascuna de lesuniversitats a 237 conceptes bàsics i esva elaborar un glossari consensuat. L’aplicaciód’aquest glossari va requeriren molts casos un treball intern a cadauniversitat, per tal d’adaptar els procedimentsutilitzats a allò que s’haviapactat. D’altra banda, el treball no espot donar encara avui per finalitzat,atès que noves realitats derivades delscanvis normatius o, per exemple, delprocés d’adaptació a l’Espai Europeud’Educació Superior, generen necessitatscontínues de revisió.Un segon aspecte a tenir en compteés la validació de la informació contingudaa les fonts. En aquest sentit,s’ha tingut una especial cura en establirfiltres previs a la càrrega que permetessindetectar possibles errors:

Modalitat de batxillerat, via PAU, notes d’accés, matrícula i rendiment.titulats no matriculats, matriculats senseaccés o també inconsistències degudesa la dificultat de disposar d’informacióexhaustiva en alguns camps,com per exemple, any de naixement,necessari per a les explotacions perintervals d’edats, universitat on s’ha llegitla tesi, etc. Aspectes tots ells importantsa nivell d’universitat, però que hosón, especialment, quan s’analitzen desagregadamentles unitats que la componeno els estudis que s’imparteixen.Un tercer aspecte per a analitzarha estat el de trencaments de sèriestemporals, els quals podien derivar, perexemple, de canvis de codificació, d’integracióo divisió de departaments, demodificació de plans d’estudi, etc.Aquests trencaments han requerit unaanàlisi compartida entre el DURSI i launiversitat, per tal de validar si aquestssalts de sèrie són correctes, com succeeixen alguns casos, per exemple, perextinció de plans d’estudis o bé, comtambé succeeix en altres, corresponena un error en les dades d’origen.Així mateix, la possibilitat de feranàlisis comparatives ha permès a cadauniversitat, a més de disposar d’indicadorssobre l’evolució de la sevaposició relativa amb relació a altresuniversitats o al conjunt del sistema,detectar diferències incorrectes motivadesper possibles errors en les fonts.El mes de gener d’enguany es vaprocedir a l’obertura experimental del’accés a Uneix per part de les universitatsa través del CESCA. El sistemad’accés és via web amb codi d’usuari icontrasenya. En la primera etapa decaràcter experimental, cada rector vanomenar dos interlocutors tècnics, pertal de validar una vegada més la informaciói avaluar els procediments deconsulta. Aquests interlocutors són elsresponsables de donar suport alsusuaris de la seva universitat, tant persolucionar dubtes com per rebre suggerimentsde noves necessitats i ferpropostes de nous informes.En l’actualitat, el sistema ofereixmés de 160 informes i a cadascund’ells existeix una variabilitat de seleccióen funció de criteris d’àmbit temàtic(estudi, branca, àrea de coneixement),intervals de notes d’accés, detrams d’edat, etc., i tot ell referit a unauniversitat, a cadascuna d’elles o al totaldel sistema. Així, és possible respondrea preguntes sobre, per exemple,les taxes de rendiment per estudi acada universitat que l’imparteix, enfunció de la nota d’accés dels alumnes.Altres exemples serien poder analitzarl’evolució del nombre dels alumnesequivalents a temps complet o l’evoluciódels crèdits matriculats per estudi iuniversitat, els abandonaments, etc.D’altra banda, l’usuari pot descarregarels informes per ser tractats ambExcel i disposa d’una icona d’ajuda pertrobar definicions de les variables inclosesa cada informe i de les metodologiesde càlcul dels indicadors.En l’actualitat, gràcies al marc decooperació existent entre el DURSI i lesuniversitats, s’està treballant peravançar en diferents línies i fer d’Uneixuna eina més útil i completa. D’unabanda, a nivell temàtic s’està preparantun glossari específic per recerca queunifiqui la diversitat de definicions i mètodesde càlcul d’indicadors en aquestàmbit: tipologia de becaris, d’investigadors,projectes competitius i no competitius,anàlisi bibliomètrica, etc. I, al mateixtemps, s’estan dissenyant els informesque, en aquest àmbit, seria d’interèscompartir, cosa que permetrà establirprioritats de fonts i dissenyar elstractaments adients per elaborar-los.També, i com a conseqüènciadels canvis que es deriven de la Declaracióde Bolonya, s’estan fent provesde mobilitat. Així mateix, s’està estudiantles necessitats d’ampliació temàticaen els àmbits de recursos humans,gestió econòmica i infraestructures.D’altra banda, s’està treballant enla definició d’una nova plataforma d’intercanvide dades, basada en un modelcomú i consensuat dissenyat d’acordamb els sistemes operacionals usatsper cada universitat, el qual a més defacilitar la validació de les dades, contribueixia la millora de l’eficiència delsintercanvis. També s’està treballant perfacilitar que les universitats puguin accedir,crear, analitzar i compartir informesque tractin dades corporatives,d’acord amb el perfil d’usuari assignat.En el disseny i implementaciód’un sistema d’informació és semprebo, tant si és un sistema intern d’una organitzaciócom si és un sistema interinstitucional,afavorir la motivació i lamàxima cooperació. Ara bé, aquestmètode de gestió convenient en un sistemaintern, encara que les decisionses puguin prendre per via jeràrquica,és del tot indispensable en un sistemaconstituït entre diferents institucionsautònomes, com ho són les universitats,on la participació i la definició d’objectiuscompartits són l’eix vertebrador detotes les actuacions.Uneix ha gaudit del privilegi d’unavoluntat clara per part de totes les universitats,tant per millorar la informacióen què basar els propis diagnòsticscom per aprofundir en el compromís dela transparència. És a dir, es tracta decontribuir a la millora de la visió del sistemauniversitari, d’una forma que siguialhora comprensiva i enriquidora, fonamentadaen anàlisis compartides sobreuna base empírica, fiable, metodològicamenthomogènia i consensuada. ■TERAFLOPOctubre 2005

Noves incorporacionsal CATNIX■Els proveïdors d’Internet (ISP),World Wide Web Ibercom i IporiumNetworks, s’han connectat alPunt Neutre d’Internet de Catalunya(CATNIX). Ibercom accedeix al CAT-NIX des del 18 d’agost a una velocitatde 100 Mbps, mentre que Iporium hofa des del 2 de juny a la mateixa velocitat.Els dos ISP fan servir el punt alternatiude connexió, situat a les instal·lacionsde Telvent Housing, per accediral CATNIX.■Connexions de la IPglobal de RedIRIS,a Gigabit■RedIRIS, la xarxa acadèmica d'investigacióestatal que connectaxarxes, universitats i centres de recerca,ha posat en marxa una nova connexióamb Gigabit Ethernet per la xarxad'IP global. La migració es va fer el 23de maig a través del proveïdor Telia, elmateix que, fins ara, li proporcionavauna de les connexions STM-4 a 622Mbps. L'altra connexió va ser activadael 30 de maig a Gigabit Ethernet permitjà de l’operador Level 3. Fins aaquest canvi, la connexió era gestionadapel proveïdor Global Crossing. ■500 tesis de la UBal TDX■La Universitat de Barcelona ha introduïtla seva tesi número 500 al serveide Tesis Doctorals en Xarxa (TDX). Estracta de la tesi de Montserrat GarcíaRetortillo amb el títol Recurrencia de lainfección crónica por el virus de la hepatitisC (VHC) tras el trasplante hepático:factores predictivos de recidiva precozy grave, que va ser introduïda elpassat 11 de juliol. El director de la tesiha estat Xavier Forns Bernhardt, catedràtici cap del departament de Farmacologiade la UB, mentre que VicenteArroyo Pérez, catedràtic del Departamentde Medicina de la UB, ha estatel tutor. La tesi es fonamenta en lesaplicacions d'un tractament antiviralper eliminar el virus de la hepatitis Cen la fase preoperatòria i impedir la reaparicióde la infecció després d'untrasplantament hepàtic.■L’eclipsi, visible amb multicast IPv6 natiu■Dijous 3 d’octubre la Lluna es vasituar davant del Sol produint uneclipsi. La península va ser un dels llocsprivilegiats per veure aquest fenomenastronòmic, que va ser anular a Madridi a València, entre d’altres, i que es vainiciar a les 10.55 i va durar 4 minuts i11 segons. A Catalunya, l’eclipsi, que vaser parcial, va començar a les 9.43, vatenir el seu màxim a les 11.43 i va acabara les 12.30.■El CESCA i Al-Pi han prorrogat finsl’abril de 2008 el contracte de prestacionsde serveis a l'Anella, signat perprimer cop l’any 2002, i que facilitarà laconnexió per fibra òptica abans del 2007del Consorci Escola Tècnica d'Igualada,de l'Escola Universitària Politècnica de laUPC, a Mataró, de l'Hospital General deVic i dels campus de la Universitat Rovira iVirgili, a Reus i Tortosa, i del de la UniversitatAutònoma de Barcelona, a Sabadell.El projecte Live!Eclipse 2005, gràciesa Consulintel i la infraestructura isuport de RedIRIS, va permetre la difusióde streams de vídeo tant en unicastcom en multicast IPv4 i IPv6. Els telescopisusats per a la retransmissió es vaninstal·lar al terrat de l’antiga seu de Red-IRIS, a Madrid. Es va comptar amb duescàmeres transmetent a 256 Kbps enIPv4 i IPv6. Des del CESCA es va seguirl’eclipsi en multicast IPv6 natiu. ■Prorrogat el contracte d’Al-Pi a l’Anella■El supercomputador Altix 3700 haaugmentat la seva capacitat en 16processadors Itanium2 a 1,6 GHz, 48 GBde memòria i 1,00 TB de disc, incrementantel seu R punta en 102,40 Gflop/s i,l’R màx estimat, en 90,08 Gflop/s. Es preveuque l’actualització, que es va dur aterme el 29 de juliol, ajudi a satisfer lacreixent demanda de potència de càlculque requereixen certs projectes. Així, elTambé es possibilitarà que els puntsd'accés de l'Anella Científica que estana 10 i 100 Mbps puguin duplicar la sevavelocitat de connexió, si ho requereixen,sense cap cost addicional en la sevaquota mensual. A més, està previst ques'introdueixi la tecnologia XPON al ParcMediterrani de la Tecnologia, a Castelldefels,amb què s'oferiran serveis debanda ampla fins al que es coneix com“l'última milla”.■L’Altix 3700 augmenta la seva capacitat en un 20%servidor ha passat a tenir 96 processadorsItanium2, 288 GB de memòria, 6,13TB de disc, un R punta de 614,40 Gflop/s iun R màx estimat de 540,45 Gflop/s. LaComissió Permanent, en data 27 de maigi a proposta del Grup de Treball per al'Avaluació d'Adquisicions en Supercomputació(GTAAS), va acordar fer aquestaamplicació pel seu bon rendiment i laseva alta ocupació (més del 70%). ■

Transmissions de fins a 5 terabytes diaris al PIC■Durant el mes de juliol el trànsitde dades informàtiques al Portd’Informació Científica (PIC) des de diversoscentres de recerca s’ha incrementatnotablement arribant a transmetrefins a 5 terabytes diaris de dadesi obtenint velocitats de transferènciesdiàries amb una mitjana de 480 Mbps.Aquestes transferències es van realitzara causa de l’inici de la fase 2 delprojecte LHC Computing grid (LCG)per als experiments del CERN i tambéa l’inici del emmagatzemament continuatde dades de simulacions de turbulènciaen fluids per part d’investigadorsde la ETSI (Universitat PolitècnicaNeuropharmas’incorpora a l’SCF■Neuropharma s’ha agregat alGrup d’Usuaris del Servei deCerca de Farmacòfors (GUSCF), elconjunt de laboratoris i grups acadèmicsque usen aquest servei. La companyiafarmacèutica, que treballa perNoves altes i ampliacions a l’Anella■La unitat de Cunicultura de Caldesde Montbui, de l'Institut deRecerca i Tecnologia Agroalimentàries(IRTA), està connectada a l’AnellaCientífica mitjançant una línia ADSL a 4Mbps des del 8 de juliol. El Campus deles Terres de l'Ebre de la UniversitatRovira i Virgili també ha quedat connectatdes del 15 de juny per mitjà dedos nous punts d’accés d’ADSL a unavelocitat de 4 Mbps.Altres nous usuaris són el Centred’Enginyeria La Salle de Tarragona dela Universitat Ramon Llull que compta,des del 18 de maig, amb una connexióde 4 Mbps de velocitat, i el Centred'Estudis del Patrimoni Arqueològic dela Prehistòria (CEPAP), que es connectaa l’Anella Científica des del 4 demaig a través de la xarxa de la UniversitatAutònoma de Barcelona amb unalínia ADSL de 512 Kbps.de Madrid), projectes que requereixend’un ús intensiu de la xarxa.El PIC és un centre fundat al juny2003 i finançat per un conveni decol·laboració entre el DURSI, el CIE-MAT, la UAB i l’IFAE. El centre dóna suporta comunitats científiques que treballenen projectes que necessiten sofisticatsrecursos de processament iemmagatzematge per a la computaciódistribuïda, està ubicat al campus deBellaterra, a Cerdanyola del Vallès, iestà connectat a la xarxa científica globala través de l’Anella Científica ambun enllaç d’1 gigabit compartit amb laUniversitat Autònoma de Barcelona. ■desenvolupar fàrmacs per al tractamenti prevenció de malalties del sistemanerviós, va signar el conveni ambel Servei de Cerca de Farmacòfors(SCF) el passat 13 de juliol. Amb Neuropharmasón sis els laboratoris quefan servir l’SCF, junt amb Almirall Prodesfarma,Grup Ferrer, Dr. Esteve, LaboratorisSalvat i Grup Uriach. ■D’altra banda, el Centre Tecnològicde Telecomunicacions de Catalunya(CTTC) ha canviat el seu punt d’accés al’Anella Científica i des de l’1 de juliol esconnecta a través del punt d'accés delParc Mediterrani de la Tecnologia(PMT), ja que ha traslladat les seves oficinesal centre multidisciplinar situat aCastelldefels. D’aquesta manera, elCTTC abandona l’antic enllaç a l’Anelladel Campus Nord de la UPC, a travésd'una xarxa local, per una connexió GigabitEthernet. Aquesta nova connexió lipermet duplicar la velocitat passant de10 Mbps a 20 Mbps.També l'Institut de Geomàtica haampliat el seu cabal. El 13 de juliol vapassar d'una connexió FrameRelay de512 Kbps a una altra Gigabit Ethernet de10 Mbps. Aquest canvi suposa tenir mésvelocitat per fer més àgils les tasques derecerca que porta a terme el centre. ■Noves tecnologies…en catalàAlerta amb la pescaelectrònica!Una de les pràctiques il·legals quedes de fa un temps s’exerceix a travésd’Internet és la pesca electrònica,coneguda en anglès amb el nomde phishing, deformació argòtica defishing. Es tracta d’una estafa queconsisteix a suplantar la identitatelectrònica d’una organització determinada(generalment, entitats bancàries)amb l’objectiu de convèncer algúperquè reveli informació confidencialque posteriorment serà utilitzadaamb finalitats fraudulentes.La proposta catalana pesca electrònica,a més de mantenir una proximitatamb el significat de la formaanglesa original, també permet lacreació de formes de registre mésargòtic, com ara pesqui o pèsquing,que es podrien introduir en contextosd’ús més informals.El pescaire electrònic (phisher,en anglès) es dedica a enviar a milersd’usuaris un correu electrònic,que suposadament prové d’una entitatbancària, amb un missatge enquè es demana a les possibles víctimesl’actualització de dades confidencials(compte bancari, contrasenya,etc.). La persona que repaquest missatge ha d’accedir a unapàgina web, amb la mateixa imatgecorporativa aparent del seu banc ocaixa, i omplir un formulari amb lesdades sol·licitades. A partir d’aquestmoment, es pot dir que el pescaireja té el peix al cove.Actualment, ja hi ha alguns programesque permeten detectar icontrolar aquest tipus de frau. A bandad’aquestes mesures de seguretat,però, no és sobrer recordar que enl’entorn d’Internet també és vàlid allòdel saber nedar i guardar la roba.Centre de Terminologia TERMCATwww.termcat.netTERAFLOPOctubre 2005

L’Institut de Ciències Fotòniques,a 10 Mbps a l’AnellaL’ICFO està situat al PMT, a Castelldefels.■L’Institut de Ciències Fotòniques(ICFO) es connecta, desdel mes de juliol, a la xarxa de l'AnellaCientífica amb una connexióGigabit Ethernet de 10 Mbps. L'enllaçha estat possible a través delpunt d'accés del Parc Mediterranide la Tecnologia (PMT), un nuclid'empreses i institucions dedicadesa la recerca, la innovació i la transferènciade coneixement, ubicat aCastelldefels.Amb la incorporació, el centreguanya en flexibilitat i control en lagestió de la connexió per dur a termeinvestigacions en fotònica. Així,el cap del grup de nanofotònica iresponsable de tecnologies TIC al’ICFO, Gonçal Badenes, comentaque “el principal avantatge d’estara l’Anella és que podem tenir uncontrol més exhaustiu de la connexió,en contraposició a l'accés a laxarxa a través d’un altre proveïdor”.Segons Badenes, “el fet decomptar amb una connexió a l'AnellaCientífica ens permet confiar enun enllaç de qualitat a la xarxa científicacatalana i internacional, a mésd'una bona connectivitat per a la Internetcomercial”.L’ICFO, que va ser creat l’any2002 pel DURSI i la UPC, pretén serun referent capdavanter a tot elmón en l’estudi de les ciències fotòniques.En aquesta línia, l’ICFO hasignat convenis de col·laboracióamb dos centres europeus puntersen l’estudi de l’òptica quàntica, jaque l’objectiu de l’Institut és competiramb països com ara EstatsUnits, Japó i Austràlia, on les investigacionsen ciències fotòniques sónmolt destacades.El director de l’ICFO, Lluís Torner,parla de la doble importànciade la fotònica, ja que, d’una banda,“es tracta d'una eina necessària pera una gran varietat de serveis comercialsactuals, que van des de sistemesde fibra òptica transoceànicsque fan possible Internet, fins a sistemesde diagnosi i teràpia cada diamés comuns als hospitals, a mésd’un llarg etcètera d’usos”. D’altraLa fotònica es converteixen una de les einesnecessàries per aconseguiravenços en altrescamps de recerca.banda, comenta Torner, “es converteixen una de les eines necessàriesper aconseguir avenços en altrescamps de recerca, on formaequip amb ciències i tecnologiescom ara l’electrònica i la nanotecnologia.Així, el camp d'aplicacionsque creix més avui dia és el de labiofotònica, on per exemple, s'utilitzallum làser per estudiar processosbiològics que mai s'havien pogutestudiar experimentalment finsara”.El treball de recerca de l’Instituts’organitza en grups autònomsformats per estudiants de doctorat iper investigadors postdoctorals,tots ells liderats per un investigador.Les àrees de recerca de l'Institutsón complementàries a les quees desenvolupen als grups de lesuniversitats i als centres que pertanyenal CSIC.Actualment, l’ICFO està duenta terme més de 40 projectes de recercadividits en les àrees de biofotònica,nanofotònica, òptica quànticai òptica no lineal. En òpticaquàntica, ha aconseguit ser el primercentre de recerca de tot l'Estatque ha elaborat una trampa magnetoòpticaper a àtoms ultrafreds, cosaque permet plantejar projectesde recerca de gran nivell, situant aCatalunya i a Espanya en el mapadels centres on s'explora la fronteraquàntica.■ICFO

e-Ciència i supercomputacióa la JOCS’05El 5 d’octubre va tenir lloc la setena edició de la JOCS, laJornada Catalana de Supercomputació, que convoca cadados anys el CESCA, i que enguany ha tingut lloc a la URV iha comptat amb el patrocini de les empreses La Seda deBarcelona i Silicon Graphics.Amb la col·laboració de la URV, es varetransmetre en directe la JOCS.■La jornada ha estat dedicada apresentar l’e-Ciència i algunesexperiències rellevants que s’han dut aterme gràcies a la supercomputació,així com a debatre les e-infraestructuresque són necessàries per al progréscientífic i tecnològic del país. Aprofitantla celebració de la JOCS’05 s’ha iniciatel desplegament del servei Eduroam al’Anella Científica (vegeu pàgina 7).Els encarregats d’obrir la jornadavan ser Lluís Arola, rector de la URV, iMarta Aymerich, directora del CIRIT.Aymerich va parlar del Pla de Recercai Innovació 2005-08 que pretén fer undiagnòstic del sistema de recerca i innovacióper situar Catalunya en unaposició avançada a Europa i va posarde manifest els reptes europeus queconduiran a l’Europa del Coneixement.Així, Aymerich va comentar que“ara mateix la inversió en R+D a Catalunyase situa en un 1,38% del PIB i espretén arribar a un 2% durant aquestalegislatura i superar-lo el 2008” per tald’assolir els nivells europeus.Aymerich va incidir també en lacreació d’un Espai Europeu de Recercabasat en la lliure mobilitat com el quepermet Eduroam. En aquest sentit, elrector Arola va comentar que “la iniciativaEduroam esdevé la primera implementacióde tot un conjunt de serveisque, a mesura que el desplegament deles infraestructures necessàries siguiuna realitat, han de permetre l’accésuniversal als recursos des de qualsevolpunt de la xarxa acadèmica mundial”.Per presentar l’estat de l’e-Ciènciaal país, així com alguns exemples rellevants,la jornada va comptar amb la presentacióde tres ponències. FernandoMartín, cap de l’Àrea de BioinformàticaMèdica de l’Instituto de Salud Carlos III,va parlar sobre els reptes als quals s’enfrontala biomedicina. El catedràtic de laUB i investigador de l’Institut de RecercaBiomèdica del Parc Científic de Barcelona,Modesto Orozco, va oferir una visióteòrica dels sistemes bioquímics mentreque Eliseo Ruiz, professor titular delDepartament de Química Inorgànica dela UB, va realitzar una anàlisi dels recursoscomputacionals necessaris per a laquímica computacional.Com a novetat d’aquesta edició,es va comptar amb una sessió de pòsterson van participar prop d’una vintenad’investigadors que van presentarels seus treballs de recerca. La JOCS’05va finalitzar amb una taula rodona on esvan mostrar les diverses e-infraestructuresdisponibles avui dia per fer possiblel’e-Ciència a Espanya: la xarxa decomunicacions estatal RedIRIS, els recursosde càlcul del BSC-CNS, els recursosd’informació del CBUC... i laproposta d’organització de l’e-Ciènciaque ha estat elaborada per un grupd’experts i promoguda per la FECYT.En la cloenda, Enric Banda, directorde l’FCRI, va agrair l’assistència alcentenar de persones que es van congregara la URV i va remarcar la responsabilitatde la comunitat investigadorai tecnològica en la implantació deles TIC, ja que aquestes tenen una importantimplicació en el creixementeconòmic.Carlos Alejaldre, director generalde Política Tecnològica del Ministeriode Educación y Ciencia (MEC), vatancar l’acte fent incidència en el suportque des del MEC es dóna a l’e-Ciència i a la supercomputació i varemarcar “la necessitat d’impulsar la investigació,el desenvolupament i la innovaciórecolzant la recerca i creant lesinfraestructures i les eines necessàries,com ara l’accés a les xarxes o els recursosde supercomputació, per podercompartir recursos entre tots aquellsque treballen en un mateix camp”. ■Lluís Arola, a l’esquerra, i Marta Aymerich, durant l’obertura de la JOCS’05.JORDI PARETOTERAFLOPOctubre 2005

El desenvolupament de l’e-Ciènciapermet, d’una banda, evitar desplaçamentsi, de l’altra, obrir certs recursoslocals a tots els investigadors,independentment de la unitat d’investigacióa la qual pertanyen. Així, les experiènciesen e-Ciència d’altres païsoshan d’examinar-se críticament i han deservir d’estímul perquè el Ministeriode Educación y Ciencia desenvolupiun programa d’e-Ciència.D’aquesta manera, sota el patrocinide la Fundación Española para laCiencia y la Tecnología (FECYT), s’haelaborat un llibre blanc sobre l’e-Ciènciaa Espanya, on s’han identificat necessitatsen astronomia i ciències del’espai, biomedicina i ciències de la salut,ciència i tecnologia de materials,ciències de la Terra, física, enginyeria,química i tecnologies per a la Societatde la Informació. Aquestes àrees agrupena més de 15.000 investigadors,dels quals uns 500 estan directamentimplicats ja en iniciatives d’e-Ciència.Algunes d’aquestes iniciatives suposenun repte considerable però tambépermetran abordar problemes ambiciosos:la integració de totes les dadesrelatives a la salut (genètica, imatges,historial, factors ambientals) enbiomedicina, el modelatge climàtic, hidrològici oceanogràfic a alta resolucióen ciències de la Terra, el processamentde grans volums de dades de laboratorisinternacionals i observatorisespacials i terrestres en física i astronomia,etc. Totes aquestes iniciatives, enles quals l’Estat hauria de participar rellevantmentsi vol ocupar un paperdestacat en la ciència europea, s’enfocarande manera més eficient en elmarc d’una iniciativa d’e-Ciència.Per tant, el desenvolupament del’e-Ciència resulta fonamental per mie-infraestructuresper al progréscientíficJORDI PARETOEls integrants de la taula rodona. D’esquerra a dreta, J. Torra, Ll. Anglada, M. Valero,E. Banda, T. P. de Miguel, J. J. Moreno i J. García Tobío.La comunitat investigadoraafronta avui dia grans reptescientífics i tecnològics que requereixendisposar d’una infraestructuraque faciliti la compartició de coneixementi la col·laboració, amb l’objectiude portar a terme projectes ambiciosos,moltes vegades multidisciplinaris,entre diversos centres d’investigació.Aquestes infraestructures comportenuna nova generació de recursos integratsperquè els investigadors puguinportar a terme aquesta col·laboracióde forma senzilla, transparent,àgil, fiable, segura, permanent i eficaç.Tres dels seus components clau són lesxarxes de comunicació, els recursos acompartir (de càlcul, d’emmagatzematge,d’informació o d’instrumentació),i la tecnologia Grid.Internet pot considerar-se una infraestructuracomputacional distribuïdaa escala mundial programable. Enaquest sentit, el Grid ofereix una abstraccióper compartir els recursos icol·laborar a través de dominis administratiusmúltiples, comportant beneficiscom ara l’increment de la productivitatreduint els costos totals de la propietat.També permet oferir serveisper al públic en general i es dota d’unainfraestructura per a organitzacionsvirtuals dinàmiques. A més, es configuracom l’espina dorsal de la següentgeneració de serveis a Internet.És important treballar en projectesGrid per poder participar en elprocés d’estandardització i prendrepart en la uniformització de la tecnologia.El Grid permet que els recursospuguin ser compartits mitjançant lainstal·lació d’un programari intermediari(middleware), oferint serveis quepoden ser sol·licitats des de les aplicacionscom, per exemple, emmagatzemarde forma distribuïda i catalogadamilers de fitxers corresponents a lapresa de dades d’experiments, i recuperardesprés els que són interessantsper a una determinada anàlisi.Els Grid poden oferir noves possibilitats,no només a la ciència, sinóque també poden obrir les portes anous mercats. Per tant, també s’obre almón comercial. Però cal fer front a diversosdesafiaments que comporta elGrid, com ara fer-lo encara més invisible,o tractar no només el Grid computacional,sinó també parant atenció alEl desenvolupamentde l’e-Ciència resultafonamental per millorarla capacitat científicai tecnològica en unaeconomia globalitzada.Grid del coneixement, compartint coneixementi recursos. És necessari fercompatible la privadesa i la transparènciade les dades, fonamentalment enels sistemes d’autenticació. També s’hade tenir en compte l’adopció de modelsde llicències de programari adequatsper aconseguir uns índexs dequalitat acceptables en tots els nivells.La integració de recursos distribuïts,a més de ser natural, permetagregar-los per assolir major capacitaten un moment donat amb un cert objectiui proporciona un marc eficaç pera les aportacions de cada centre dintred’una col·laboració, mantenint la flexibilitatper a un ús futur.

llorar la capacitat científica i tecnològicaen una economia globalitzada. Al’Estat, aquest desenvolupament s’had’orientar en dos eixos: d’una banda,amb accions horitzontals vàlides per atotes les aplicacions, és a dir, recursos,xarxes i programari intermediari canalitzadesa través de l’acció estratègicadel Plan nacional de I+D+I, i de l’altra,amb accions verticals per a cada àreaespecífica que segueixin el programanacional corresponent.A més, també cal assegurar ladisponibilitat de recursos (computacionals,d’emmagatzematge, d’informació,etc.) per a l’e-Ciència, enfortir la connectivitatfins a l’usuari final amb l’expansióadequada de les xarxes autonòmiquesi les dels campus (o equivalents),i estimular la participació dela indústria estatal en el desenvolupamentde l’e-Ciència.Per aconseguir-ho, es proposa creara RedIRIS una estructura organitzativaper coordinar els recursos integrantsde l’e-Ciència i identificar i gestionarels elements. Es fa necessari establiruna xarxa nacional en la qual participincentres de suport a l’e-Ciència amb lafinalitat de facilitar l’accés transparentals recursos i l’autenticació dels usuaris,garantir l’amplada de banda necessàriai donar suport a la implementació Gridper als grups d’R+D+i. Altres objectiustambé són donar suport al desenvolupamentdel programari intermediari necessarii actuar com a centres d’informaciói difusió, fent èmfasi en la transferènciatecnològica.Dintre d’aquesta organització, elsusuaris de l’e-Ciència són institucions iinvestigadors que treballen en projectesde concepció global, enquadrats enàrees prioritàries de la ciència o en eldesenvolupament de la següent generaciód’e-infraestructures i mètodesd’e-investigació. Els centres d’e-infraestructurasón centres d’alt nivell en capacitati disponibilitat, amb experiènciaen la prestació de serveis en provisióde recursos de computació, emmagatzematgei eines específiques en un entornGrid, amb suport de monitoratge icomptabilitat. Aquests centres tambéproporcionaran suport tècnic per utilitzaraquests recursos, oferint servei a unbanc de proves distribuït per al desenvolupamentd’aquestes tecnologies,Durant la cloenda, Enric Banda, moderador de la taula rodona, i Carlos Alejaldre.contribuint a la gestió de les xarxes decomunicacions i col·laborant en l’organitzacióglobal de l’e-Ciència.D’altra banda, els centres d’e-investigacióes configuren com la portad’accés d’investigadors a l’e-Ciència.Aquests centres poden donar suportals investigadors, agrupats en organitzacionsvirtuals, en les quals s’integrenels usuaris de l’e-Ciència i on es definiranels objectius i es plantejaran lesnecessitats d’infraestructura i d’aplicacions.Els centres d’e-investigació podenencarregar-se de l’accés a recursosde computació, emmagatzematge ieines específiques per a la investigaciórecolzada en entorns Grid, a mésde promoure projectes en àrees científiquesdeterminades i col·laboracionsamb la indústria. També proveiran einesavançades de col·laboració i visualitzacióper realitzar accions de difusióde les metodologies de l’e-Ciènciai participaran en l’organització globald’aquesta disciplina.Quant a les xarxes de comunicacions,un dels elements de l’e-infraestructura,constitueixen la clau per a lainterconnexió dels actors de l’e-Ciència.Aquestes poden proveir d’interconnexióefectiva als centres d’e-Ciència il’accés a aquests, facilitant l’ús eficientd’eines col·laboratives de treball.Perquè aquesta estructura funcioni,és necessari un pla de recursos humansper a la coordinació de centresd’infraestructura, de xarxes de comunicacionsi del programari intermediari.En aquest apartat és important que esdoni suport a les aplicacions per a l’einvestigacióen les diferents àrees dedifusió, promoció i formació per donarsuport a la gestió de pla de qualitat.L’estructura descrita permetràdesplegar l’e-Ciència, comptant ambla col·laboració i participació activad’investigadors d’universitats i centresd’investigació públics i privats, centresde recursos, xarxes de comunicacionsi indústria TIC, sota la coordinació i finançamentde les administracions públiques.L’objectiu global és iniciar el desenvolupamentde l’e-Ciència a l’Estatmitjançant una organització multidisciplinàriaper després evolucionar en funcióde les necessitats dels usuaris i eldesenvolupament de la tecnologia. ■JORDI PARETOTERAFLOPOctubre 2005

e-Ciència en biomedicinai ciències de la salut: facilitantla investigació traslacionalFernando Martín SánchezCap de l’Àrea de Bioinformàtica i Salut PúblicaInstituto de Salud Carlos IIIFigura 1Un dels principals reptes alsquals s’enfronta la biomedicinaen els pròxims anys consisteixen el desenvolupament d’una autèntica“Investigació traslacional”. Aquest termefa referència als esforços orientatsa acostar els mons tradicionalment separatsde la investigació bàsica i lapràctica clínica, amb l’objectiu de traduirels coneixements obtinguts al laboratoribiològic (genòmica), en solucionspreventives, diagnòstiques i terapèutiquesd’utilitat en la millora de lasalut de les persones i de les poblacions.El procés de “trasllat” requereixd’una constant interacció i intercanvide recursos i dades per aconseguirque els descobriments obtinguts mitjançantla investigació bàsica desemboquinen millores perceptibles en lapràctica clínica. Es persegueix, doncs,aplicar el coneixement creixent sobreels processos cel·lulars, moleculars,genètics i fisiològics en noves solucionsd’atenció a pacients. Aquest aspecte,que en anglès s’ha expressatamb la forma bench to bedside, estàadquirint una gran popularitat i es potaplicar tant a nivell individual com poblacional.Des de fa alguns anys, la informàticajuga un paper cabdal en la recollida,emmagatzematge, integració, anàlisii visualització de les dades necessàriesper estudiar les malalties complexes.Aquestes dades són molt heterogènies,complexes i d’una gran riquesasemàntica i han estat tradicionalmentgestionades per disciplines diferentsi massa aïllades entre elles. Si representemels diferents nivells de complexitaten l’organització dels éssersvius, des del nivell micro fins al nivellmacro, podem entendre com, en el nivellmés baix, les dades moleculars igenètiques han estat bàsicament patrimonide la bioinformàtica, mentre queles dades de nivell cel·lular, tissular od’òrgans han constituït el camp de treballdels experts en processament d’imatgesmèdiques. Les dades en el nivelld’un organisme (pacient o individu)han estat tractades a centres clínicsper informàtics metges i, finalment, lesdades sobre poblacions (demogràfiques,hàbits de vida o d’exposició afactors ambientals) han estat gestionadesper experts en informàtica, en epidemiologiao en salut pública (vegeufigura 1).Amb l’objectiu d’acostar la investigacióbàsica i epidemiològica, el Fondode Investigaciones Sanitarias (FIS)de l’Instituto de Salud Carlos III (ISCIII)està finançant des de l’any 2003 unasèrie de Redes Temáticas de InvestigaciónCooperativa (RTIC). Encara que lamajoria d’aquestes xarxes es van formararran de malalties o problemes desalut, també van aconseguir finançamentalgunes xarxes de caràcter tecnològicque engloben aspectes comara la investigació en imatge mèdica,cirurgia virtual, telemedicina o informàticabiomèdica.Concretament, aquesta últimaxarxa, la Red de Informática Biomédica– INBIOMED, ha desenvolupat una sèriede sistemes computacionals en elmarc del seu projecte d’investigaciócooperatiu que conformen una Plataformad’emmagatzematge, integració ianàlisi de dades clíniques, genètiques,epidemiològiques i imatges orientada ala investigació sobre patologies. En laseva elaboració estan participant mésde 100 investigadors procedents de 13grups adscrits a universitats, hospitals icentres de recerca de sis comunitatsautònomes (Andalusia, Castella-LaManxa, Catalunya, Galícia, Madrid iValència). La xarxa està sent coordinadaper l’Àrea de Bioinformàtica i SalutPública de l’ISCIII.

Figura 2Figura 3La fita principal de l’RTIC INBIO-MED ha estat posar en contacte expertsen tots els camps esmentats anteriorment(bioinformàtica, imatge, informàticamèdica, informàtica en epidemiologia),junt amb grups d’enginyeriade la computació i grups d’investigacióbiomèdica, per desenvoluparuna infraestructura computacionalque faciliti als investigadors l’estudi deles patologies complexes multifactorials,sigui quin sigui el tipus de dada iel tipus d’anàlisi que necessiten utilitzaren les seves investigacions.A la xarxa INBIOMED s’han treballatles diverses eines d’integració id’anàlisi de dades en estudis d’investigacióen els àmbits d’epidemiologiagenètica, diagnòstic molecular i s’hanbasat en la imatge i la farmacogenèticaper a les patologies cancerígenes,cardiovasculars i neurològiques.En resum, la plataforma INBIO-MED es basa en una infraestructurad’integració de dades distribuïda, sobrela qual els diferents nodes participantsen la xarxa poden fer públiquesles seves pròpies fonts de dades, einesd’anàlisi o aplicacions d’interfície d’usuari(vegeu figura 2). L’estàndard escollitper donar suport a aquest modelha estat el dels serveis web. Els serveisi les fonts de dades internes (privades)o externes (públiques) són encadenadesen fluxos de treball que tractend’ocultar la complexitat dels processosa l’usuari final, que no ha de ser explícitamentinformàtic. En tot moment, laplataforma mostra una capa d’integraciósemàntica que permet l’ús d’ontologiesja existents com GO (Gene Ontology)o UMLS (Unified Medical LanguageSystem), o desenvolupades perINBIOMED (CMBD) para anotar les dadesi recuperar, de la forma més eficient,la informació requerida.Addicionalment, INBIOMED comptaamb el seu propi llenguatge d’interrogacióa bases de dades (IQL) i algunesde les aplicacions més interessantsque es troben ja disponibles a laplataforma són: la integració de CMBDmultiplataforma de diversos hospitals;l’Expresion manager, gestor de dadesde microarrays d’expressió gènica; laimatge molecular i cel·lular, anàlisi degels i comptatge de cèl·lules (vegeufigura 3); OSIRIS, mineria de textosper a la cerca d’informació bibliogràficasobre SNP exònics i intrònics enun gen determinat; VALFRECO, validaciód’un qüestionari de freqüència deconsum d’aliments a través de diaris oregistres de dieta; Squeezer i Seqpacker,utilitats per a la gestió de seqüènciesd’ADN i proteïnes; BLAST2GO,una eina per a la investigació en espèciesno modelitzades que simplifica elprocés d’anàlisi i caracterització funcionalde grups de seqüències i gensmitjançant Gene Ontology i mètodesestadístics, i SOC, una eina visuald’accés a utilitats d’ajuda a la decisióclínica.El FIS ha ofert la possibilitatd’ampliar durant un any addicional lesRTIC que s’avaluïn positivament per finalitzarels seus treballs i si INBIOMEDaconsegueix el finançament per alproper 2006 té planificades una sèriede tasques: el desenvolupament denoves eines, la integració de totes leseines en una interfície comuna, la documentaciód’usuari, la formació, ladisseminació, la garantia de qualitat ila seguretat, que serviran per a consolidarels treballs efectuats i donar aconèixer la plataforma a la comunitatbiomèdica del nostre país.INBIOMED representa un delsprimers projectes orientats a oferiruna plataforma integrada per a lagestió d’informació sobre investigacióde malalties complexes al nostrepaís, i s’ha desenvolupat de forma importanten altres països amb la plataformaCaBIG del National Cancer Institute,o els National Center for BiomedicalComputing de NIH als EUA odel CLEF al Regne Unit, tots ellsorientats a consolidar la informàticabiomèdica tot oferint serveis de qualitata investigadors en biomedicinaque presenten una creixent demandad’integració de dades heterogènies,distribuïdes i multinivell.A més a més, existeixen altresexemples recents d’aplicació efectivade l’e-Ciència en biomedicina i ciènciesde la salut en l’àmbit internacional,com la col·laboració per identificar,caracteritzar i diagnosticar elSARS o diversos projectes europeus(INFOGENMED, INFOBIOMED) en elsque ha participat l’Àrea de Bioinformàticade l’ISCIII i que mostren unaforta integració de dades genètiques,clíniques i poblacionals, reptes quenomés poden ser tractades des d’unaperspectiva de col·laboració en xarxa,com la que facilita l’e-Ciència. ■TERAFLOPOctubre 2005

Una visió teòrica delssistemes bioquímicsModesto OrozcoCatedràtic de Bioquímica i Biologia MolecularUniversitat de Barcelona1. Distribució en PDB de les energies de pont d’hidrogen dels aparellaments A·T i A·U en DNA i RNA.La bioquímica com a cièncianeix amb els treballs de LouisPasteur, que va demostrar lainutilitat de les hipòtesis animistes i lapossibilitat d’entendre el comportamentdels sistemes biològics com un conjuntcomplex de processos químics i físics.Els treballs de Pasteur porten com a corol·larique comprendre el funcionamentdels sistemes vius a nivell atòmicés, doncs, possible fent servir les mateixeseines que permeten el coneixementdels sistemes químics. No obstant això,a la pràctica la problemàtica de l’estuditeòric dels sistemes biològics és moltmés complexa que la dels sistemes químicsusuals. Les raons són múltiples,però les podem descriure molt breument.La primera seria la indefiniciódel problema: molt sovint no coneixemels actors clau que modulen elsprocessos bioquímics, per la qual cosaés impossible fer-ne una anàlisi molecular.Un cas típic de gran importància sónels processos de transmissió de senyal.La segona recau en la dispersió enl’escala del problema: estudiar sistemesbiològics implica analitzar, de vegades,el conjunt de la cèl·lula i, d’altres,la naturalesa íntima d’un pont d’hidrogen.Tècniques vàlides per afrontar unLa combinació de metodologiesés l’única aproximació possibleper abordar l’estudi de sistemesbioquímics.problema deixen de ser-ho per representarl’altre. Finalment, trobem la dispersióen la qualitat de les dades:en algun cas disposem d’informacióatòmica de molt alta resolució d’unabanda dels sistemes bioquímics, perònomés d’informació macroscòpica o deseqüència, de l’altra. Això genera unproblema metodològic que implica elcanvi constant d’eines de treball en l’estudidels sistemes biològics.Existeixen diferents procedimentsper estudiar els sistemes biològics. Hiha problemes que només poden sertractats mitjançant tècniques de químicaquàntica i d’altres que només podenser abordats a través d’eines bioinformàtiques.Aquest viatge constantentre metodologies és el que defineixactualment la recerca teòrica sobre sistemesbiològics.Un primer estudi que marca elcamp d’aplicació de la mecànicaquàntica és l’anàlisi detallada de la diferentintensitat dels ponts d’hidrogenlligats als parells A·T i A·U. Aquest ésun tema molt bàsic i aparentment simple,però el seu estudi requereix l’úsde tècniques de química quàntica aun nivell teòric alt que garanteixi laprecisió dels resultats. En aquest cas,combinant càlculs coupled-clusteramb bases esteses en l’anàlisi de basesde dades i estudis de dinàmicamolecular es demostra que la diferentestabilitat d’RNA i DNA no és degudaa una major estabilitat dels ponts d’hidrogenen el parell A·U respecte alparell A·T, tal com s’havia afirmat recentmenten base a estudis d’NMR(vegeu figura 1).Figura 2. Representació atòmica d’un sistemaperiòdic amb un nucleosoma a la cel·la unitat.El sistema té uns 150.000 àtoms.

Figura 3. Estructures simulades d’un dúplexde 16 parells de bases d’un DNA en medi fisiològici durant experiments d’electrospray.Els estudis mecanoquàntics sónmolt útils per obtenir informació ensistemes models sobre processoselementals, però no són directamentaplicables quan volem analitzar granssistemes macromoleculars. En aquestcas, cal canviar de formalisme i fer úsd’aproximacions clàssiques que, simplificantel problema, aconsegueixenaccelerar el càlcul i així tractar sistemestan impressionants com el nucleosoma(vegeu figura 2). De totes lestècniques clàsiques sens dubte ladinàmica molecular és la més potent.Aquesta tècnica es basa en la integracióde les equacions de Newton delsàtoms i permet obtenir una representacióde l’evolució d’un sistema biomolecularen escales de temps quecada vegada són més properes al microsegon.La manipulació de les trajectòriesamb tècniques de mineriade dades adients permet extreureuna enorme quantitat d’informaciód’alta qualitat que resulta impossibled’obtenir per altres mitjans. La dinàmicamolecular és útil a l’hora de determinarel comportament dels àcidsnucleics en condicions extremes. Particularment,la dinàmica molecularens ha permès estudiar el comportamentdel DNA en condicions desnaturalitzantsi en entorns extremadamenthostils, com els que pateix el DNAdurant experiments d’espectroscòpiade masses (vegeu figura 3).Finalment, com a bioquímics nopodem obviar que encara restenmolts problemes que ni els algorismesde simulació clàssics poden tractar,com ara els que impliquen l’anàliside grans bases de dades genètiques,com les derivades dels projectes deseqüenciació. L’única alternativa perestudiar aquests problemes són lestècniques bioinformàtiques, que permetenamb poca resolució fer estudisaproximats de grans quantitats d’informacióque pot ser, després, verificadaexperimentalment. L’ús d’aquest tipusde tècniques permet la determinacióde regions inusuals en el DNA genòmic(vegeu figura 4), tema que pot tenirgran importància en teràpies dirigidesal gen.L’ús de tècniques bioinformàtiquespermet la determinació deregions inusuals en el DNAgenòmic, tema que pot tenirgran importància en teràpiesdirigides al gen.Per tot això, la recerca teòrica enbioquímica sols es pot desenvoluparsota una visió integradora i multidisciplinar,ja que només deixant de bandaconceptes estancs d’àrees de coneixement,normalment emprades dinsl’àmbit docent, i fomentant la sinergiade químics, físics, biòlegs i informàticspodrem seguir el pas de la recerca enuna de les àrees més actives en el conjuntde la ciència.■Figura 4. Representació de la població de nucleòtids en regions formadores de triple hèlix al genomahumà en comparació de models a l’atzar.REFERÈNCIES1. M. Rueda, S. Kalko, F. J. Luque andM. Orozco. “The structure and dynamics ofDNA in the gas phase”. J. Am. Chem. Soc.(2003) 125, 8007-8014.2. M. Orozco, A. Pérez, A. Noy and F. J. Luque.“Theoretical methods for the simulationof nucleic acids”. Chem. Soc. Rev. (2003) 32,350-364.3. N. Spackova, E. Cubero, J. Sponer andM. Orozco. “Theoretical study of theguanine➣6-thioguanine substitution in duplexes,triplexes and tetraplexes.” J. Am. Chem.Soc. (2004), 126, 14642-14650.4. J. R. Blas, F. J. Luque and M. Orozco.“Unique tautomeric properties of isoguanine”.J. Am. Chem. Soc. (2004), 126, 154-164.5. A. Noy, A. Pérez, M. Márquez, F. J. Luqueand M. Orozco. “Structure, recognition propertiesand flexibility of the DNA·RNA hybrid”.J. Am. Chem. Soc., (2005), 127, 4901-4920.6. A. Pérez, J. Sponer, P. Jurecka, P. Hobza,F. J. Luque and M. Orozco. “Are the RNA(A·U)hydrogen bonds stronger than the DNA(A·T)ones?.” Chemistry an European Journal(2005) 11, 5062-50667. M. Rueda, F. J Luque and M .Orozco. “Thenature of minor-groove binders-DNA complexesin the gas phase”. J. Am. Chem. Soc.,(2005), 127, 11690-98.8. R. Goñi, X. de la Cruz and M. Orozco. “Triplextarget sequences in the human genome”.Nuc. Acid. Res. (2004), 32, 354-360.9. A. Valenzuela, D. Talavera, M.Orozco and X.de la Cruz. “Alternative splicing and the modulationof protein function among species”. J.Mol. Biol. (2004), 335, 495-502.TERAFLOPOctubre 2005

Química computacional:més enllà del teraflopEliseo Ruiz SabínProfessor titular de Química InorgànicaUniversitat de BarcelonaUna anàlisi de la situació actual dela química computacional enspermet apreciar que durant elsúltims anys s’ha produït un avenç considerableen la potència de càlcul dels ordinadors,a causa d’una gran inversió enel desenvolupament de nous processadorsper grans empreses multinacionals.Una mostra d’aquest fet és que en l’actualitattots els ordinadors inclosos en l’últimallista del Top500 superen el Teraflopde potència mentre que fins fa només setanys no s’havia aconseguit un ordinadoramb aquesta potència de càlcul, arribant-seen l’actualitat a ordinadors ambmés de 100 Teraflops. 1Tot això faria preveure un gran desenvolupamenten el futur de les tècniquesde modelització molecular basadesen mètodes quàntics per estudiarqualsevol tipus de sistema. No obstantaixò, en la major part d’estudis de sistemesde gran mesura, especialment encompostos biològics, en els últims anyss’ha hagut de recórrer, a pesar de la sevamenor precisió, a nous programesbasats en mètodes clàssics. Això ha donatlloc pràcticament a una escissiódins la química computacional que tradicionalmentestava només basada enmètodes quàntics. D’aquesta manera,tot i la notable evolució en les arquitecturesdels ordinadors en els últims anys,els programes basats en mètodesquàntics continuen sent pràcticamentels mateixos que fa deu anys. La majorpart d’ells s’han desenvolupat en entornsuniversitaris o petites empresesgenerades a partir de grups d’investigacióacadèmics sense comptar ambgrans recursos tècnics ni personals. Unaanàlisi de la seva eficiència en entornsparal·lels mostra que la majoria dels codismés utilitzats només presenten unescalat acceptable fins a 16-24 processadors,en el millor dels casos. En canvi,1. Representació de l’estructura de la ferredoxina,una proteïna per a la transferènciaelectrònica, amb el grup 2Fe-2S indicat ambesferes i coordinats també a quatre cisteïnes.altres programes nous desenvolupatsamb un esforç per millorar el seu rendimentfins a 128-256 processadors sóngeneralment molt poc emprats. Teninten compte que en l’actualitat els ordinadorsde centres de supercomputació,generalment, poden arribar a tenir milersde processadors, hi ha una claranecessitat de millorar considerablementla paral·lelització d’aquests programes.Es podria pensar que aquestafalta de programes convenientment optimitzatsper al seu ús en els ordinadorsactuals és degut al fet que es tracta d’uncamp d’investigació en declivi i amb unreduït nombre d’investigadors. Tanmateix,una anàlisi de les estadístiques del’any 2004 dels usuaris i del temps decàlcul consumit en els projectes delscentres de supercomputació dependentsde la National Science Foundationmostra el contrari. A la part descritacom ciències físiques que inclou elsprojectes de química i física, però noels relacionats amb bioquímica, li corresponel 60% del temps de càlcul totestant el 40% dels projectes acceptatsrelacionats amb aquesta àrea. 2A pesar d’aquesta problemàtica relacionadaamb l’eficiència dels programesbasats en mètodes quàntics, es potdir que els últims anys han estat relativamentprolífics tant en el desenvolupamentde nous mètodes com en la sevaaplicació. En l’actualitat es pot indicarque estem en “l’era DFT” (Density FunctionalTheory) basant-nos en el percentatged’articles publicats emprant aquesttipus de mètodes en comparació ambaltres mètodes quàntics utilitzats tradicionalmenten aquest camp. Una anàlisidel tipus d’estudis realitzats indica queaquells relacionats amb l’estructuraelectrònica, la geometria molecular i lareactivitat química es poden fer d’unamanera pràcticament rutinària, i són realitzatsen multitud de casos per no especialistesen aquesta àrea. Un factor destacablede la generalització de l’ús delsmètodes basats en la teoria del funcionalde la densitat és la unificació de teoriesi en molts casos fins i tot de programesentre químics de l’àrea de químicacomputacional i físics d’estat sòlid queempraven prèviament aquests mètodesper a l’estudi de sistemes periòdics.Això ha donat lloc en ambdós camps auna evolució d’alguns programes quepermeten simultàniament l’estudi de sistemesmoleculars i sòlids, sent d’aquestamanera utilitzats indistintament per ambduescomunitats.Dintre dels nous mètodes desenvolupatsen els últims anys destacariaels resultats en tres diferents línies detreball: l’extensió de la teoria del funcionalde la densitat per ajudar en l’assignaciói interpretació dels resultats obtingutsamb diverses tècniques molt habitualsen la caracterització de compostosquímics, com ara la ressonànciamagnètica nuclear, la ressonància d’espínelectrònic, susceptibilitat magnètica,dicroisme circular o l’espectroscòpia

ultraviolada-visible; la utilització delsmètodes de dinàmica molecular quepermeten un estudi de l’evolució temporaldels sistemes en unes condicionsde pressió i temperatura imposades enel càlcul, a diferència dels mètodesusats habitualment on es realitza l’estudisense dependència temporal ni deparàmetres termodinàmics externs; i lacombinació de mètodes quàntics i clàssics,normalment denominats QM-MM(Quantum Mechanics - Molecular Mechanics),que permeten estudiar ambmolta precisió una petita part delsistema mentre que la resta estracta clàssicament a causa de laseva menor importància. D’aquestamanera es poden realitzarmodels amb milers d’àtoms d’unsistema químic o biològic. La parton té lloc la reacció química s’estudiad’una manera més precisa,per exemple amb un mètodequàntic basat en la teoria del funcionalde la densitat, fins a un límitde 100-200 àtoms. La resta del sistemaes tracta amb un mètode basaten camps de forces menysprecís, però molt més ràpid desd’un punt de vista computacional.Un excel·lent exemple d’anàlisi dedades espectroscòpiques experimentalsen un sistema complex emprantcàlculs basats en la teoria del funcionalde la densitat és el realitzat recentmentper Machonkin i col·laboradors, 3 estudiantdades de ressonància magnèticanuclear de tres proteïnes, una rubredoxinai dues ferredoxines amb centres2Fe-2S paramagnètics (vegeu figura 1).La presència d’aquests centres paramagnèticsdificulta considerablementl’assignació i interpretació dels espectresexperimentals. També, a causa d’aquestscentres es requereix un procedimentalternatiu a mètodes com elGIAO (Gauge Including Invariant AtomicOrbitals) d’àmplia utilització per al càlculde desplaçaments químics en sistemesno magnètics. Per a aquestes tresproteïnes es disposa d’informació estructuraldetallada obtinguda mitjançantdifracció de raigs X, de manera que elscàlculs efectuats permeten assignar elssenyals perfectament dels seus espectresde 1 H, 15 N i 13 C.Dintre de les aplicacions de mètodesbasats en dinàmica molecular, un2. Imatges de la trajectòria d’evolució temporalde la formació d’un ful·lerè a partir de molèculesC 2 obtinguda mitjançant càlculs de dinàmicamolecular emprant funcionals de la densitat.exemple destacat és l’estudi de la formacióde ful·lerens a partir de molèculesC 2 realitzat per Irle i col·laboradors 4 .Aquest tipus d’estudis basats en dinàmicamolecular requereixen una enormequantitat de temps de càlcul, ja que ésnecessari efectuar un càlcul del sistemacomplet per a cada fracció de temps,però proporcionen informació sobreprocessos dinàmics. Per aquest motiu,aquests autors han emprat una variantsimplificada d’un mètode basat en la teoriadel funcional de la densitat que permetaccelerar el procés de càlcul. L’estudide l’evolució temporal del sistemaen unes condicions similars a les empradesexperimentalment en la síntesi delsful·lerens, mostra els processos de nucleacióde les molècules C 2 , el creixementde les cadenes per condensaciódels anells aromàtics i finalment, el tancamentdel ful·lerè (vegeu figura 2).A pesar que, com s’ha indicat anteriorment,en l’actualitat la major partd’estudis emprant mètodes quàntics esrealitzen amb funcionals de la densitat,els mètodes generalment denominatsREFERÈNCIESPost Hartree-Fock tradicionalment utilitzatsen química quàntica se solen aplicaren casos en els quals els funcionalsno proporcionen bons resultats. Entreaquests casos es poden citar algunsexemples típics com les barreres d’energiesper a certs tipus de reaccions,sistemes amb interaccions de tipus vander Waals i especialment propietats dependentsd’estats excitats. En aquestaúltima línia de treball cal destacar eldesenvolupament dels mètodes basatsen la teoria del funcional de la densitatdepenent del temps. Aquest tipusde càlculs permeten obtenir lesexcitacions verticals de l’estat fonamentali d’aquesta manera proporcionarl’espectre d’absorció dela molècula, que ha permès ungran avenç en l’estudi de la fotoquímicade molts compostos tantorgànics com inorgànics. No obstantaixò, per a un estudi detallatde les superfícies de potencial del’estat fonamental i dels excitats ésnecessari l’ús de mètodes de tipusCASSCF (Complete Active SpaceSelf Consistent Field). Un bonexemple d’aquest tipus de casosés l’estudi de la fotoestabilitat d’algunsfiltres solars basats en triazines realitzatper Paterson i col·laboradors. 5 Enaquests sistemes, la presència d’un determinattipus d’interseccions còniquesentre les superfícies de potencial li confereixenfotoestabilitat al filtre solar. Aixòés conseqüència del fet que permetenel pas ràpid sense emissió de radiacióde l’estat excitat al fonamental impedintla formació de productes no desitjats.Després d’aquesta anàlisi de la situacióactual de la química computacionales pot afirmar, sense dubte, queen el futur cada vegada es podran simularmillor els sistemes reals, i obteniruna informació més precisa quepugui ajudar a la síntesi i caracteritzacióde nous compostos i a la comprensiódels fenòmens químics. ■1. http://www.top500.org2. http://usage.paci.org/nsfdb/3. Machonkin, T. E., Westler, W. M., Markely,J. L. Inorg. Chem., 2005, 44, 779.4. Irle, S. , Zheng, G:, Elstner, M., Morokuma,K. Nanoletters, 2003, 2, 1657.5. Paterson, M. J., Robb, M. A., Blancafort,L., DeBellis, A. D. J. Phys. Chem. 2005,109, 7527.TERAFLOPOctubre 2005

FísicaUn prototip per al tractament de dades delsatèl·lit GAIA“La base de dades del satèl·lit Gaia pot arribar a contenir uns Petabytes d’informació.La seva gestió i, sobretot, la reducció de les dades científiques de la missiósón un gran repte. Amb els tests realitzats hem provat la bondat de la solució proposadai tenim les primeres estimacions directes dels problemes que cal afrontar.”La missió Gaia és un projecte del’Agència Espacial Europea(ESA) que té com a objectiuconstruir un mapa tridimensional de laGalàxia, proporcionant les posicions,distàncies i velocitats dels 1.000 milionsd’estels que observarà amb una precisiósense precedents. Per poder obtenir informaciósobre l’estructura, composició,origen i evolució de la Galàxia, el satèl·litobtindrà mesures espectromètriques i fotomètriquesque permetran deduir elsparàmetres físics més rellevants de lesestrelles observades.Gaia enviarà la Terra entre 2 i 5 PBd’informació, que contindrà tota la informaciósobre el satèl·lit, l’estat dels instrumentsi les dades astromètriques i astrofísiquesdels estels observats.El repte és tractar aquesta ingentquantitat d’informació i portar a terme elcomplex procés de reducció. A més calfer-ho de manera ràpida, precisa i eficient.Les estimacions han quantificataquesta tasca en uns 10 20 flop. Demostrarque el tractament és factible ha estatCapJordi TorraIntegrantsF. Figueras, C. Jordi, X. Luri, C. Fabricius,E. Masana, G. Anglada, J. M. Carrasco,B. López-Martí, J. Portell i P. AltamiranoPeríode 2000-2003Nombre de publicacions 6Hores usades (1,45%)CPQ: 55.949 hIBM: 1.850 hconsiderat per l’ESA de màxima prioritat,ja que en depèn que es puguin assolirels objectius científics de la missió. Desde l’any 2000, el Consorci format per laUniversitat de Barcelona, el CESCA il’empresa GMV, S.A. ha desenvolupat elGaia Data Access and Analysis Study(GDAAS) sota contracte amb l’ESA. Enuna primera fase (GDAAS1) es va estudiar,definir i simular un model de satèl·lit,d’observacions i de missió prou realista,per poblar bases de dades ambmilions d’objectes amb els corresponentsatribuits i per provar una primeraaproximació a la Solució Iterativa Global(GIS) amb què s’obtenen els paràmetrescientífics i de calibració.En la segona fase de l’estudi (GDA-AS2) s’ha implementat un model més realistadel satèl·lit i de les observacions,tant a nivell de simulació de les observacions(el simulador GASS ha estat dissenyati és gestionat pel nostre equip) comde reducció. També s’han inclòs efectesmés subtils però que tenen un gran impacteen la dimensió de la base de dades,ara gestionada per Oracle, i en elsrequisits d’accés.Els tests realitzats han permès provar,per primer cop, la bondat de la solucióproposada. Hem demostrat la convergènciade la GIS posant de manifest iafinant els problemes de precisió, sistemesde pes i correlacions.Un autèntic test d’estrés del sistemaha treballat amb observacions de 18 mesosper 1,1 milions d’estrelles, cosa quecomporta més de 30 milions de trànsitsd’estrelles pel camp de visió del satèl·lit.Esquema del procés de calibració fotomètrica deles CCD de GAIA, que inclou paràmetres de petitai gran escala que es determinen mitjançantiteracions sobre escales de temps diferent (dies imesos) de les equacions d’observació establertesamb les pròpies observacions (autocalibracióde l’instrument).La realització d’aquest test ha provat totsi cada un dels algorismes que constitueixenaquest prototip. Actualment estreballa en l’optimització del sistema,tant des del punt de vista d’enginyeriainformàtica com des del punt de vistacientífic.Tots els tests de GDAAS2 s’han realitzatamb diverses configuracions delmaquinari del CESCA. Paral·lelamentGDAAS2 ens ha permès realitzar algunsexperiments amb GRID. Hem provat lapossibilitat d’utilitzar aquest recurs per altractament dels algorismes “shell”(aquells que no intervenen en el GIS) iper obtenir dades simulades (16.5 GB)amb GASS utilitzant 23 nodes distribuïtsen 8 instituts de cinc països europeus. ■PUBLICACIONS• “Data Processing: Testing of Core Tasks”.Proceedings of the Symposium 'The Three DimensionalUniverse with Gaia', 2004,ESA SP-576, 369.• “Design and Overview of the Data Processing”.Proceedings of the Symposium 'TheThree Dimensional Universe with Gaia', 2004,ESA SP-576, 361.• “The GAIA System Simulator”. Proceedingsof The Three Dimensional Universe with Gaia.ESA SP-576, 457.• “Gaia: Understanding our Galaxy”. AstronomicalData Analysis Software and Systems(ADASS) XIII, Proceedings of the Conferenceheld 12-15 October, 2003 in Strasbourg, France.ASP Conference Proceedings, vol. 314.San Francisco: Astronomical Society of the Pacific,2004, p. 653• “GDAAS2 Final Report”. GMV-GDAAS2-RP-001, 2005.

FísicaDinàmica de la relaxació en sistemesmagnètics continus amb interacció“Les simulacions Monte Carlo permeten estudiar l’ordre magnètic de materialsnanoestructurats amb aplicacions a les noves tecnològiques d’enregistramentmagnètic o a la biomedicina.”Els sistemes de nanopartículesmagnètiques són un focus d’interèscreixent en les últimes dècadesatès el procés de miniaturitzacióque s’està donant per aconseguir enginyarmaterials amb aplicacions tecnològiquesque permetin augmentar la densitatd’emmagatzematge en l’enregistramentmagnètic digital. Actualment, la midatípica es troba en l’escala del nanòmetrei estem fregant els límits físics perla mínima unitat de gravació. Aquestaprogressiva miniaturització s’ha de dur aterme intentant evitar la desmagnetitzacióinduïda per efectes tèrmics, efectesde superfície i per la interacció entrepartícules, temàtiques en les quals s’hancentrat gran part dels estudis actuals.El treball recent del grup s’ha centraten l’estudi dels efectes que tenen lesinteraccions entre les nanopartícules enla pèrdua de magnetització dels materials,dels efectes de mida finita i de superfícieen les propietats magnètiquesde nanopartícules i, més recentment, enl’estudi dels efectes de proximitat quesorgeixen en posar en contacte materialsamb diferent ordre magnètic, entreels quals es troba el fenomen conegutCap Amílcar LabartaIntegrantÒ. IglesiasPeríode 1996-2004Nombre de publicacions 14Hores usades (0,55%)N/V: 2.043 hIBM: 19.801 hDesplaçament del cicle d’histèresi d’una nanopartícula ferromagnètica amb una capa antiferromagnèticaa la superfície després d’un refredament amb camp magnètic aplicat (FC) i les configuracions d’espinscorresponents als camps indicats.com a exchange bias. Els càlculs estanbasats en el mètode de Monte Carloamb l’algorisme de Metròpolis.Una línia de recerca s’ha centrat ensimulacions de les propietats magnètiquesde partícules individuals de maghemita(γ-Fe 2 O 3 ) on s’han estès modelsreticulars previs amb espins tipus Heisenbergi anisotropia finita. Les simulacionsens han permès entendre l’efecteque té l’anisotropia radial existent a lasuperfície en la formació d’una capa superficiald’espins amb desordre magnètic.Hem observat també que l’existènciade desordre és la responsable d’un canvien el mecanisme d’inversió de la magnetitzacióde les partícules, un fet d’importantsconseqüències en les aplicacionstecnològiques dels materialsmagnètics nanoestructurats. Actualment,duem a terme un estudi dels efectesd’interacció a la interfase de nanopartículesferromagnètiques amb una capasuperficial d’òxid antiferromagnètic.L’objectiu principal és explicar l’origenmicroscòpic d’efectes macroscòpicsamb rellevància tecnològica com és eldesplaçament dels cicles d’histèresi enpartícules després d’un refredamentamb camp magnètic.■PUBLICACIONS• “Magnetic Relaxation in Terms of MicroscopicEnergy Barriers in a Model of Dipolar InteractingNanoparticles”. Phys. Rev. B, 70,144401 (2004).• “Effects of the Magnetic Field on the Relaxationof Small Particle Systems”. J. Comp. Mater.Science, 25, 577 (2002).• “Magnetic Field Scaling of Relaxation curvesin Small Particle Systems”. J. Appl. Phys., 91,4409 (2002).• “Finite-Size and Surface Effects in MaghemiteNanoparticles: Monte Carlo Simulations”. Phys.Rev. B, 63, 184416, 01 May 2001, (2001).• “Monte Carlo Study of the Finite Size Effectson the Magnetization of Maghemite SmallParticles”. J. Appl. Phys., 89, 7597 (2001).TERAFLOPOctubre 2005

FísicaEstudi de primers principis sobre materialscomplexos d’interès tecnològic“Les tècniques actuals de simulació ens permeten explicar i predir les propietatsdels materials, fins i tots els més complexos, a escala atòmica.”La possibilitat d’estudiar i predirel comportament de materialscomplexos a escala atòmica apartir de càlculs de primers principiss’ha anat fent realitat durant els últimsanys. Mentre que fa poc més d’una dècadanomés els materials més senzillsdes del punt de vista estructural i químiceren abordables per a aquest tipusde càlculs, actualment els mètodes i codisde simulació i la capacitat i velocitatdels ordinadors fan possible l’estudi desistemes cada vegada més complexos,obrint aquest tipus de simulacions acamps com la nanociència i la biologia.L’objectiu del nostre projecte és l’estudide materials d’interès tecnològic, aixícom alguns sistemes d’interès biològic,com l’ADN.Des del 1996, el nostre grup, juntamentamb un equip d’investigadors d’altresuniversitats (vegeu www.uam.es/siesta), ha desenvolupat el codi SIESTA,CapPablo J. OrdejónIntegrantsM. Cobián, S. García, J. Iñiguez, M. Kaczmarski,E. Machado, M. Machón, S.Reich, R. Rurali i G. TobiasPeríode1996-2004Nombre de publicacions58Hores usades (0,69%)CPQ: 25.722 hN/V: 10 hIBM: 1.814 hun programa dissenyat per realitzar càlculsde la Teoria del Funcional de laDensitat (DFT) de forma molt eficient. Elcodi permet obtenir l’estructura electrònicade sistemes complexos i realitzarsimulacions de dinàmica molecular, cosaque permet estudiar el comportamentdinàmic dels materials a escalaatòmica. En un recent desenvolupament,en col·laboració amb el grup del professorKurt Stokbro, de la Universitat Tècnicade Dinamarca, hem estès el rang defenòmens que poden ser estudiats ambSIESTA per incloure aquells que involucrentransport electrònic (vegeuwww.atomistix.com). Això permet simularles propietats de conducció de correntelèctric a través de dispositiu degrandària nanomètrica com són nanofils,molècules orgàniques, nanotubs, etc.Fotogrames obtinguts durant una simulació deDinàmica Molecular de la interacció del compostquímic CupraSelect amb una superfície detungstè saturada amb nitrogen.Així, es disposa d’una potent eina perabordar problemes en el camp de la nanoelectrònicao electrònica molecular.El nostre grup de recerca col·laboraamb diversos laboratoris industrials ambl’objectiu d’aplicar les eines de simulaciódesenvolupades per nosaltres a problemesde rellevància industrial. Així, encol·laboració amb Air Products and Chemicals,Inc., a través de MATGAS 2000AIE, hem estudiat els processos de creixementde pel·lícules de coure sobrematerials semiconductors per obtenircontactes metàl·lics en circuits microelectrònics.■PUBLICACIONS• “Phonon Dispersion in Graphite”, Phys. Rev.Lett. 92, 075501, 2004.“Stability and Mobility of mono- and di-interstitialsin a-Fe”, Phys. Rev. Lett. 92, 175503,2004.• “First-Principles Analyses and Predictionson the Reactivity of Barrier Layers of Ta andTaN toward Organometallic Precursors forDeposition of Copper Films”, Langmuir 21,7608, 2005.• “Nanotubes and Nanowires: the Effect ofImpurities and Defects on their Electronic Properties”,Int. J. Nanotechnology 2, 114, 2005.

Química teòricaDinàmica de reaccions químiqueselementals“Dinàmica dels sistemes reactius entre neutres i entre ions i molècules, idinàmica molecular de sistemes complexos.”teòric de la dinàmicade les reaccions químiquesL’estudielementals té interès tant anivell fonamental com aplicat (làsers, reaccionsatmosfèriques i de combustió,medi interestel·lar, clústers, etc.). La metodologiadisponible s’utilitza per tal d’interpretara nivell molecular com es produeixenles reaccions elementals, tot oferintla possibilitat de controlar la reacció.També permet obtenir les magnituds experimentalsde velocitat de reacció oferintla possibilitat de calcular-les en elscasos on aquelles són difícils o irrealitzables.El procediment seguit consisteix enl’obtenció de les superfícies d’energiapotencial (SEP) que governen el movimentdels nuclis durant la reacció; l’ajustfuncional de la SEP i la realització delscàlculs dinàmics basant-se en la resolucióde les equacions del moviment, emprantmètodes de trajectòries quasiclàssiques(QCT), quàntics (MQ), o mixtoscom l’hemiquàntic (HQ).Cap Antoni AguilarIntegrantsJ. M. Lucas, J. De Andrés, M. Albertí,X. Giménez, J. Sogas, F. Huarte,M. Sabidò i M. MoixPeríode 1998-2004Nombre de publicacions 41Hores usades (3,53%)CPQ: 33.156 hN/V: 37.308 hIBM: 70.526 hAltres: 20 hPel que fa als càlculs de SEP de tipusab initio, podem citar per exemple els estudisdel sistema Ar*+ClF (CIS a nivellUHF), de les reaccions ió-molèculaHe + +H 2 i H + +H 2 (MRCI incloent-hi CISDde l’espai CASSCF) i utilitzant pseudopotencials,SEPs per a diversos sistemes ióalcalí-Mg i diverses reaccions ió-molèculapoliatòmica (MCSCF). A partir dels càlculsab initio es construeixen les SEP analítiquesamb què es durà a terme l’estudidinàmic QCT o MQ adiabàtics. En el casdels sistemes ió-metall alcalí, intrínsecamentno adiabàtics (excitació electrònica itransferència de càrrega) l’estudi implicasimultàniament un nombre elevat de SEPs,el qual s’ha fet hemiquàntic (HQ) tot incloentels acoblaments no adiabàtics abinitio. Els resultats obtinguts es comparenamb els experimentals mesurats tambéen el mateix grup de recerca.Els càlculs de dinàmica permetenobtenir àmplia informació sobre diferentspropietats de la reacció estudiada(secció eficaç total i diferencial, estat aestat, distribucions de productes, etc.)comparables amb dades experimentalsi permeten calcular constants de velocitaten funció de la temperatura. L’aplicacióde mètodes de MQ al problema dela reactivitat presenta encara moltes dificultatsdes del punt de vista computacional,per la qual cosa s’han d’utilitzarmètodes aproximats i/o de dimensionalitatreduïda. Amb el nou procedimentquàntic tridimensional exacte desenvolupaten el grup, s'ha estudiat la reaccióF+H 2 , i la seva variant isotòpica F+HD.Visualització instantània del clúster (C 6 H 6 ) 2 -K +solvatat per molècules d’H 2 O.S’ha iniciat una nova línia basadaen l’estudi de sistemes grans mitjançantmètodes de la Dinàmica Molecular(MD), centrant l’atenció en el desenvolupamentde nous potencials, basatsen interaccions àtom(ió)-enllaç,molt útils en DM. Amb ells s’han estudiatdiferents sistemes (neutres i iònics)del tipus Ar n -C 6 H 6 i Ar n -(C 6 H 6 ) m -M on Més o bé un catió alcalí o bé un anió halogenur(n=1,2,3; m=1,2), així com la solvataciódels clústers per àtoms de gasnoble i molècules d’H 2 O.Gràcies a la incorporació d'un investigadorRyC al Parc Cientìfic de Barcelona,s'han iniciat estudis mecanoquànticsexactes de la dinàmica de reaccionsen sistemes poliatòmics utilitzantfuncions de correlació de flux i l’esquemaMCTDH per obtenir constantsde velocitat, estudiant la reaccióH 2 +C 2 H i d’altres.Aquesta recerca es duu a terme encol·laboració amb diversos grups nacionalsi estrangers.■PUBLICACIONS• “Reactivity Enhanced by Under-barrier Tunnelingand Resonances: the F+H 2 ->HF+H reaction”.Chem. Phys. Lett., vol. 371, 2003, p.504-509.• “Accurate Quantum Dynamics of a CombustionReaction: Thermal Rate Constants ofO( 3 P) + CH 4 (X 1 A 1 ) Æ OH(X 2 P) + CH 3 (X 2 A 2 )”. J.Chem. Phys., vol. 117, 2002, p. 4635-4638.• “Electronic Excitation and Charge TransferProcesses in Collisions Between Mg(3 1 S 0 )Atoms and Rb + ( 1 S 0 ) Ions in the 0.07 – 4.00keV Energy Range”. J. Chem. Phys., vol. 121,2004, p. 5284 – 5292.• “Benchmark Rate Constants by the HyperquantizationAlgorithm. The F+ H 2 Reactionfor Various Potential Energy Surfaces: Featuresof the Entrance Channel and of the TransitionState, and Low Temperature Reactivity”.Chem. Phys., vol. 308, 2005, p. 237- 253.• “A Molecular Dynamics Investigation of Rare-gasSolvated Cation-benzene ClustersUsing a New Model Potential”. J. Phys.Chem., A, vol. 109, 2005, p. 2906-2011.TERAFLOPOctubre 2005

Química teòricaEstructura electrònica de molècules i sòlidsinorgànics“Per comprendre l'estructura electrònica d'una molècula complexa, a mésde fer càlculs mecanicoquàntics, s'ha de comprendre la seva geometria isimetria, alhora que la pseudosimetria dels seus constituents.”prioritari de la recercad'aquest grup és la descripciói la comprensió de les L’objectiurelacions existents entre l’estructura cristal·linai les propietats físiques i químiquesdels compostos estudiats, tot aprofitant-sede les eines computacionals de la químicaquàntica. La utilització de diverses tècniquespermet proporcionar explicacionsqualitatives, així com prediccions quantitativesque poden servir de guia per al dissenyi la síntesi de nous compostos ambpropietats fisicoquímiques específiques.En temes concrets en què s’està treballanten l’actualitat es poden agrupar les següentslínies de recerca:1. Acoblament magnètic en compostosdels metalls de transició. Emprantla metodologia establerta pel mateixgrup, que permet determinar amb precisiól’acoblament de bescanvi entre electronsdesparellats, s'estudien actualmentcompostos polinuclears de metalls detransició, d'un elevat grau de complexitatCap Santiago ÁlvarezIntegrantsP. Alemany, E. Ruiz, G. Aullón, J. Cano, M.Llunell, J. Tercero, D. Casanova, J. Cirera,T. Cauchy i J. A. RosalPeríode 1996-2004Nombre de publicacions 99Hores usades (10,70%)CPQ: 131.179 hN/V: 223.987 hIBM: 71.227 hAltres: 1.451 hestructural i electrònica, tot intentant proporcionarinformació útil per al dissenyd'imants unimoleculars (Single MoleculeMagnets) i de nanotubs magnètics.2. Compostos metàl·lics d’interèsbiològic. S’usen càlculs mecanicoquànticsper estudiar l’estructura electrònicade sistemes biològics amb metalls detransició, així com de sistemes sintèticsbiomimètics. Entre els centres actius ques'estudien, podem citar la reductasa del'òxid nitrós, la nitrogenasa de ferro i molibdè,o el centre generador d'oxigen alfotosistema II actiu en la fotosíntesi.3. Estereoquímica en compostos decoordinació. S’intenta sistematitzar lesrelacions existents entre la configuracióelectrònica i la geometria que presentenels entorns de coordinació dels àtoms demetalls de transició en els seus compostos.Amb aquesta finalitat, es comparenels resultats obtinguts en càlculs mecanicoquànticsamb les dades resultants del’anàlisi de la informació estructural contingudaa la base de dades cristal·logràfiquesde Cambridge (CSD) emprant mesurescontínues de forma i de simetria, aixícom camins de mínima distorsió.4. Estructura electrònica de sòlidsintermetàl·lics. Els treballs realitzats enaquesta línia s’encaminen a la comprensióde la relació entre l’estructuracristal·lina i l’estructura electrònica en sòlidsintermetàl·lics, intentant trobar unadescripció qualitativa de l’enllaç químicper a aquests compostos on es presenten,de manera simultània, característiquestípiques dels sòlids metàl·lics, iònicsL’estudi teòric del comportament magnètic d’unamolècula d’espín elevat amb un nucli de quinzeàtoms metàl·lics (Mn 9 Mo 6 ) ha permés corregir l’assignacióoriginal de la seva distribució d’espins, talcom s’ha verificat mitjançant un experiment de difraccióde neutrons pol·laritzats. La distribució dela densitat d’espín electrònic que es mostra, resumeixtota aquesta informació i posa de manifest laimportància tant de la simetria local al voltant delsàtoms de molibdè (geometria de dodecaedre triangular)com la simetria cúbica global de la molècula,que es pot descriure com un cub d’àtoms de manganèsi un octaedre d’àtoms de molibdè.i covalents. Els estudis més recents secentren en les diferents fases binàries formadespels metalls alcalins amb d’altreselements com ara el gal·li o el bismut.5. Desenvolupament de nous mètodescomputacionals per a la quantificacióde la simetria electrònica. L’aplicacióde mesures contínues de simetriaa l'anàlisi de la densitat electrònicamolecular és l'objecte de desenvolupamentde nous algorismes de càlcul i delprogramari necessari per dur a termeaquestes mesures a partir de càlculs mecanicoquàntics.■PUBLICACIONS• “Minimal Distortion Pathways in PolyhedralRearrangements”. J. Am. Chem. Soc., 126,1755-1763 (2004).• “The Choice of Coordination Number in d 10Complexes of Group 11 Metals”. J. Am.Chem. Soc., 126, 1465-1477 (2004).• “Continuous Chirality Measures in TransitionMetal Chemistry”. Chem. Soc. Rev., 34, 313-326 (2005).• “Is it possible to get Magnetic PrussianBlues Analogues with Higher Magnetic OrderingTemperatures? A Theoretical Prospect “.Chem. Eur. J., 11, 2135-2144 (2005).• “Symmetry and Topology Determine theMo V -CN-Mn II Exchange Interactions in HighSpin Molecules”. Angew. Chem., Int. Ed., 44,2711-2715 (2005).

Química teòricaModelització i interpretaciód’espectres de ressonància magnèticanuclear en ciència de materials“La simulació d’espectres d’RMN permet aprofundir en el coneixement del’estructura, els defectes i les relacions estructura-propietats dels materials.”de RessonànciaMagnètica Nuclear (RMN)L’espectroscòpias’està convertint, cada copmés, en una de les tècniques experimentalsmés emprades per a la caracteritzacióestructural dels materials. Aquest fetes deu, entre altres coses, a la gran aplicabilitatd’aquesta tècnica, no només ensolució sinó també en estat sòlid.Una altra de les característiquesprincipals de l’RMN és la seva elevadasensibilitat a l’entorn químic i estructuraldels àtoms, la qual cosa proporciona unagran quantitat d’informació sobre lasubstància que s’analitza. Això no obstant,tanta informació fa que moltes vegadessigui realment difícil assignar un senyalde l’espectre a un entorn químic iestructural concret.L’objectiu d’aquest projecte de recercaés precisament ajudar a solucionarel problema esmentat, tot simulant teòricamentl’espectre d’RMN de diferentsmaterials d’interès tecnològic en ciènciaCapJordi CasanovasIntegrantsC. Alemán, D. Zanuy i D. CurcóPeríode1999-2004Nombre de publicacions17Hores usades (0,60%)CPQ: 5.886 hIBM: 20.354 hdels materials. Aquesta investigació permettant interpretar espectres d’RMN realscom predir-ne d’altres que, per la raóque sigui, no es poden obtenir experimentalment.A la vegada, fa possibleavançar en el coneixement de l’estructura,els defectes i les relacions estructurapropietatsdels materials.Per tal d’assolir aquests objectiuscal, en primer lloc, modelitzar correctamentl’estructura de la substància que esvol estudiar i, posteriorment, calcular i interpretarel desplaçament químic de cadascundels àtoms que formen el model.En estat sòlid, l’estudi s’ha aplicat,per exemple, a materials tan importants i,alhora, tan diferents com la sílice i els nilons.En concret, s’ha analitzat l’estructuraideal del SiO 2 així com la presència dedefectes superficials a causa de l’absorcióde grups OH. En el cas dels nilons, larecerca s’ha centrat en la identificaciódels trets estructurals que caracteritzen idiferencien les fases α i γ del niló-6.D’altra banda, l’estudi en solucióens ha permès dissenyar una estratègiateòrica de modelització que reprodueixels efectes del solvent en l’estructura demolècules orgàniques flexibles, com elsp-menthane-3,9-diols, efectes que, lògicament,queden reflectits en l’espectred’RMN d’aquestes substàncies.En el desenvolupament del projectes’han aplicat diferents tècniquescomputacionals que inclouen simulacionsde dinàmica molecular així comdiversos mètodes mecanoquàntics. En(1R,3S,4S,8S)-p-menthane-3,9-diol envoltat demolècules de cloroform.particular, actualment calculem l’apantallamentquímic de 29 Si, 1 H, 17 O, 13 C i15N mitjançant la teoria de pertorbacionsi el mètode GIAO (Gauche InvariantAtomic Orbitals), implementat enel paquet de programes Gaussian-98,tot emprant funcions d’ona de qualitatque tenen en compte els efectes de lacorrelació electrònica.■PUBLICACIONS• “Analysis of the Oxalamide Functionality asHydrogen Bonding Former: Geometry, Energetics,Cooperative Effects, NMR ChemicalCharacterization and Implications in MolecularEngineering”, J. Molec. Struct. (Theochem)675 (2004) 9.• “Calculated NMR Chemical Shifts of Nylon6: a Comparison of the α and γ forms”, J.Mat. Sci. 37 (2002) 3589.• “The Conformation of Dehydroalanine inShort Homopeptides: Molecular Dynamics Simulationsof a 6-Residue Chain”, Biophys.Chem. 98 (2002) 301.• “Calculated and Experimental NMR ChemicalShifts of p-menthane-3,9-diols. A Combinationof Molecular Dynamics and Quantum Mechanicsto Determine the Structure and the SolventEffects”, J. Org. Chem. 66 (2001) 3775.• “Ab Initio Calculations of 29 Si Solid StateNMR Chemical Shifts of Silane and SilanolGroups in Silica”, Chem. Phys. Lett. 326(2000) 523.• “ 29 Si Solid State NMR of Hydroxyls Groupsin Silica from First Principle Calculations”, Mater.Sci. Eng. B 68 (1999) 16.TERAFLOPOctubre 2005

Química teòricaInteraccions ió-π“Les interaccions entre ions i sistemes π són claus en processos químics,físics i biològics.”Continuant amb l’estudi d’interaccionsentre sistemes π i ions(“interaccions anió-π”, TERA-FLOP núm. 73), el grup d’investigaciós’ha centrat en l’estudi teòric d’interaccionsentre sistemes π, i tant amb cationscom amb anions. En particular, destaquemles que es produeixen entre paraciclofanspetits i cations, entre nanotubsde carboni i liti i entre derivats de l’àcidcianúric i anions.Els principals objectius d’aquesttreball són:1. Estudiar la capacitat dels nanotubs decarboni per emmagatzemar liti en el seuinterior, i per tant la seva aplicabilitat enel camp de les bateries recarregablesbasades en l’ió liti.2. Continuar amb l’estudi d’interaccionsanió-π en sistemes basats en l’àcid cianúric,ja que aquest presenta un momentquadrupolar positiu (Q zz = +6.9B) i, pertant, pot interaccionar de manera favorableamb anions.CapPere Maria DeyàIntegrantsA. Frontera, C. Garau, D. Quiñonero,G. A. Suñer, P. Ballester, A. Costai J. MoreyPeríode 1999-2004Nombre de publicacions28Hores usades (0,85%)CPQ: 7.282 hN/V: 254 hIBM: 26.493 hComplexos optimitzats d’un nanotub amb liti en el seu interior (esquerra) i del pCp amb sodi (dreta).3. Estudiar la capacitat del [2.2]paraciclofàper formar complexos catió-π mésestables que el benzè.S’ha demostrat que els nanotubs decarboni poden actuar com a “contenidors”de molècules petites i tenir aplicacióen el camp de les bateries de liti. Enaquest apartat, el projecte persegueix lainvestigació que permetrà conèixer comes produeix la difusió del liti cap a l’interiordel nanotub pels extrems oberts.En l’apartat d’interacció anió-π espretén investigar la capacitat de l’àcidcianúric i els seus tio-derivats (substituciód’àtoms d’O per àtoms de S) per interaccionaramb anions i la seva possibleaplicació en processos de reconeixementmolecular, tant en el disseny de nous receptorscom en el desenvolupament desensors específics d’anions amb aplicacióen química mediambiental.El [2.2]paraciclofà (pCp) és elmembre estable més petit de la famíliadels ciclofans. La proximitat dels dosanells aromàtics dóna lloc a una forta interacciódels sistemes π. De fet, la distànciaanell-anell és bastant més petita quela separació de les capes del grafit i larepulsió dels núvols π provoca una distorsiódels anells aromàtics. La cavitat ésmassa petita per permetre complexosd’inclusió. La interacció del pCp amb cations(mitjançant un anell) és aproximadament10 kcal/mol més favorable que elbenzè. En aquest apartat del projecte estractarà d’explicar aquest comportament,a més d’altres relacionats.Per assolir els objectius d’aquestprojecte es realitzen càlculs ab initio decomplexos entre els ions i les diferentsunitats de binding: nanotubs, àcid cianúrici pCp, per tal de conèixer els aspectesenergètics i l’estudi de la naturalesade les interaccions mitjançant càlculs depotencial d’interacció molecular amb polarització(MIPp). Per demostrar l’existènciad’enllaços en aquests complexos, l’úsde l’anàlisi topològica de la densitatelectrònica (teoria d’Àtoms en Molècules)és una eina idònia.■PUBLICACIONS• “Ab Initio Investigations of Lithium Diffusionin Single Walled Carbon Nanotubes”. ChemicalPhysics, vol. 287, 2004, p. 85.• “Cation-π vs Anion-π Interactions: Energetic,Charge Transfer, and Aromatic Aspects”.Journal of Physical Chemistry A, vol. 108,2004, p. 9423.• “A Theoretical ab Initio Study of the Capabilityof Several Binding Units for the MolecularRecognition of Anions”. European Journal ofOrganic Chemistry, 2005, p. 179.• “Counterintuitive Affinity of [2.2] Paracyclophaneto Cations”. Chemical Physics Letters,vol. 408, 2005, p. 59.• “Structure and Binding Energy of Anion-pand Cation-p Complexes: A Comparison ofMP2, RI-MP2, DFT and DF-DFT Methods”.Journal of Physical Chemistry A, vol 109,2005, p. 4632.

Química teòricaAnàlisi de densitats mono- i bielectròniques:nous desenvolupaments metodològicsi aplicacions“L’anàlisi de densitats permet quantificar conceptes tan clàssics de la químicacom l’aromaticitat o el model de Lewis.”La química quàntica moderna ofereixun gran ventall d’aproximacionspotents i acurades per a lacomprensió detallada de molts aspectesintrínsecs relacionats amb l’estructura ireactivitat de sistemes moleculars. En lesdarreres dues dècades, de forma parallelaal ràpid desenvolupament de nousmètodes quimicoquàntics acurats, hantingut lloc una sèrie d’avenços importantsen el disseny de mètodes auxiliarsper interpretar les funcions d’ona. Unnombre important de les eines interpretativesactualment disponibles pels químicsquàntics estan basades en l’anàliside la densitat monoelectrònica, ρ(r). Lespoblacions de Mulliken, l’anàlisi topològicd’àtoms en molècules (AIM), els ordresd’enllaç, les poblacions naturals, elscàlculs quàntics de semblança molecular,i els estudis de la funció de localitzacióelectrònica (ELF) són, entre moltes altres,tècniques sovint utilitzades per interpretarles funcions d’ona basades en ladensitat monoelectrònica. Aquest interèsen la densitat monoelectrònica per extreureinformació química rellevant no éssorprenent considerant que, segons laCaps Miquel Duran i Miquel SolàIntegrants S. Simon, P. Salvador, Ll. Blancafort,J. M. Luis, M. Cases, M. Torrent-Sucarrat,J. Poater, A. Poater, D. Hugas i E. MatitoPeríode 2003-2004Nombre de publicacions 6Hores usades (2,68%)CPQ: 38.043 hN/V: 2.450 hIBM: 66.354 hAltres: 378 hTeoria del Funcional de la Densitat (DFT),la densitat monoelectrònica conté tota lainformació sobre les propietats d’un sistemaquimicoquàntic. Més escasses sónles eines interpretatives basades en ladensitat del parell d’electrons o bielectrònica,Γ(1,2), tot i ser la funció naturalper estudiar i entendre fenòmens quimicoquànticsmolt rellevants, com elsefectes de correlació electrònica o la formacióde parells localitzats α, β.L’objectiu d’aquest projecte és dur aterme anàlisis de la densitat electrònica ide l’aparellament d’electrons utilitzantmetodologies ja existents per tal de comprendremillor els esquemes d’enllaç enmolècules, forces intermoleculars, canvisen la densitat electrònica al llarg de caminsde reacció, aromaticitat, i altres fenòmensquimicofísics relacionats. Per fer-ho,utilitzarem dues metodologies complementàriesque permeten definir índexsde localització (LI) i deslocalització (DI).Primer, la teoria d’àtoms en molècules(AIM) de Bader i col·laboradors que calculaels LI a partir de la integració apropiadade la densitat bielectrònica per determinarla correlació de Fermi total contingudadins d’una conca atòmica, i els DIa partir d’integrar la mateixa correlacióde Fermi compartida entre dues conques.A continuació, la funció de localitzacióelectrònica (ELF) de Becke i Edgecombe,la qual està empíricament relacionadaamb la densitat bielectrònicacondicional del mateix espín, i es pot interpretarcom la mesura local de la repulsióde Pauli entre electrons a causa delprincipi d’exclusió, permetent-nos definirregions de l’espai que estan associades adiferents parells d’electrons. D’algunaHOMOSOMOL’orbital HOMO de l’estat singlet a capa tancadai els orbitals SOMO dels estats singlet a capaoberta del nonacè.manera, aquestes dues anàlisis són complementàriesi per això seran utilitzadesconjuntament per una anàlisi més completade l’aparellament d’electrons enmolècules. A més, tenim l’objectiu d’explorarnous mètodes per tal d’analitzarles densitats mono- i bielectròniques.Aquests desenvolupaments permeten notan sols quantificar les propietats electròniquesdels sistemes moleculars, sinótambé descriure quantitativament conceptesaparentment més clàssics com elmodel de Lewis o l’aromaticitat.La determinació dels contorns d’isodensitato el càlcul dels índexs de localitzaciói deslocalització són tasques quedemanen un gran esforç computacional.En particular, qualsevol càlcul que parteixide les densitats electròniques de segonordre requereix una gran capacitatde memòria i tractar grans quantitats d’elementsde la matriu densitat de segonordre, per la qual cosa els ordinadorsorientats a la supercomputació són especialmentindicats i eficients.■PUBLICACIONS• “Theoretical Evaluation of Electron Delocalizationin Aromatic Molecules by Means of AIMand ELF Topological Approaches”. Chem.Rev., in press.• “Local Aromaticity of [n]Acenes, [n]Phenacenes,and [n]Helicenes (n = 1 - 9)”. J. Org.Chem., 70 (2005) 2509-2521.• Comment on "Nature of Bonding in theThermal Cyclization of (Z)-1,2,4,6-Heptatetraeneand its Heterosubstituted Analogues”. J.Phys. Chem. B, 109 (2005) 7591-7593.• “Overlap Populations, Bond Orders and Valencesfor Fuzzy Atoms”. Chem. Phys. Lett.,383 (2004) 368-375.• “The Delocalization Index as an ElectronicAromaticity Criterion. Application to a Seriesof Planar Polycyclic Aromatic Hydrocarbons”.Chemistry-A Eur. J., 9 (2003) 400-406.TERAFLOPOctubre 2005

Química teòricaCinètica i dinàmica de reaccions implicadesen química atmosfèrica i en processos decombustió i aplicacions a sistemes complexos“La descripció teòrica acurada, des de primers principis de la cinètica idinàmica de les reaccions químiques, fins i tot de les més senzilles, ésencara avui un repte.”En aquest projecte s’estudiarà,principalment, la cinètica i dinàmicade reaccions químiques, sobretotpoliatòmiques, de rellevància enquímica atmosfèrica i en combustió. D’altrabanda, s’està iniciant l’estudi de reaccionsenzimàtiques. Es tracta d’una investigacióde tipus bàsic realitzada sobre sistemesamb forta projecció pràctica.Pel que fa als aspectes més innovadorsi rellevants, cal destacar els següents:(a) la major part de l’activitat se centrarà ensistemes poliatòmics (quatre o més atoms),els de major interès en química però, a lavegada, els d’estudi més difícil; (b) l’estudies durà a terme procurant tenir en comptede forma explícita tots els àtoms del sistema;(c) és necessari desenvolupar unaaproximació mixta (compromís entre l’úsd’expressions analítiques i mètodes d’interpolació)que permeti la derivació de superfíciesde potencial (SSEP) de qualitatadequada a un cost raonable; (d) estuditeòric de sistemes amb un nombre moltelevat d’àtoms (reaccions enzimàtiques). Elpunt (d) es considera una evolució naturalde la recerca, que es projecta cap a sistemesde major complexitat.Cap Miguel GonzálezIntegrants C. Oliva, P. Gamallo, J. Mayneris,A. Rodríguez, J. Ferrer, J. Hernando,J. D. Sierra, P. A. Enríquez i R. MartínezPeríode 1999-2004Nombre de publicacions 50Hores usades (1,83%)CPQ: 30.516 hN/V: 62.073 hIBM: 2 hEn el context de les reaccions d’interèsatmosfèric i en combustió, els principalsobjectius són els següents: (a) determinar,tot emprant mètodes ab initio, lesprincipals SSEP implicades en les reaccionsseleccionades; (b) desenvolupar unmètode eficient a nivell pràctic (aproximaciómixta) per obtenir representacions matemàtiquesd’SSEP, que possibilitin l’estudidels sistemes poliatòmics amb menys dificultatsque les actuals, que limiten enormementel nombre d’estudis disponibles; (c)estudiar la dependència de les propietatsescalars (per exemple, secció eficaç, constantsde velocitat, distribucions d’energia,etc.) i vectorials (distribucions angulars), aixícom el mecanisme microscòpic de reaccióamb les condicions de reacció; (d) realitzarun estudi comparatiu entre les diferentsmetodologies teòriques emprades:teories estadístiques (teoria variacional del’estat de transició) i dinàmiques (mètodede trajectòries quasiclàssiques i mètodesmecanoquàntics); (e) profunditzar en l’estudide la influència de l’excitació electrònica[O( 1 D) vs O( 3 P) i N( 2 D) vs N( 4 S)] en la reactivitatquímica; (f) aportar noves dades sobreles reaccions seleccionades que siguinsusceptibles de ser utilitzades en modelscinètics. A més, també se subministrarà informaciórellevant per condicions de reaccióinteressants però no abordables o moltdifícils de realitzar experimentalment. Perexemple, en el cas de reaccions a molt elevadestemperatures (sovint no assequiblesexperimentalment.), la informació teòricapermetrà millorar de forma significativa elsmodels utilitzats. També serà possible caracteritzarla influència que presenten lessituacions de no-equilibri tèrmic entre elsSubsistema quàntic en l'estudi de la proteasaNS3 del virus de la hepatitis C.diferents graus de llibertat en la reactivitat(per exemple, en la reentrada de naus espacialsa l’atmosfera). Entre les reaccions aestudiar cal destacar les següents: O( 1 D) +N 2 O, O( 1 D) + CH 4 , N + NO, O + + H 2 , Ne +H 2+, X + CH 4 (X=F, Cl), OH + D 2 i OH + CO.En relació a les reaccions enzimàtiques,el principal objectiu és la caracteritzacióa nivell QM/MM dels mecanismes dereacció de diferents enzims, analitzant elsdiferents factors que influeixen en la catàlisienzimàtica, amb l’objectiu futur de poderarribar a controlar els mecanismes externament.Una de les principals aplicacionsque es deriven d’aquests estudis és el dissenyd’inhibidors com a fàrmacs potencials.Així, s’identificaran els residus enzimàticsmés importants per a la reactivitat i es realitzaranmodificacions sobre ells per determinarcom afecten l’activitat enzimàtica.En funció dels resultats obtinguts, esproposaran diferents substàncies com apossibles inhibidors. En aquesta línia esconsideraran, per exemple, reaccions de laproteasa NS3 del virus de la hepatitis C ide la caspasa 7 (proteasa vinculada al procésd’apoptosi o mort cel·lular programada),amb els seus substrats naturals. ■PUBLICACIONS• “Quantum Wave Packet Dynamics of the 1 3 A”N( 4 S) + NO(X 2 Π) → N 2 (X 1 Σ g+) + O( 3 P) reaction”,J. Chem. Phys., vol. 119, 2003, p. 7156-7162.• “Ab Initio Analytical Potential Energy Surfaceand Quasiclassical Trajectory Study of theO + ( 4 S) + H 2 (X 1 Σ g+ ) → OH +(X 3 Σ – ) + H( 2 S) Reactionand Isotopic Variants”. J. Chem. Phys.,vol. 120, 2004, p. 4705-4714.• “Ab initio Potential Energy Surface, VariationalTransition State Theory, and QuasiclassicalTrajectory Studies of the F + CH 4 → HF +CH 3 Reaction”. J. Chem. Phys., vol. 120,2004, p. 5181-5191.• “A QCT Study of the Cross-section, Energyand Angular Distributions of the OH + D 2 →HOD + D Reaction at E T =0.28 eV on theYZCL2 Surface”. Chem. Phys. Lett., vol. 399,2004, p. 527-533.

Química teòricaModels ab initio en catàlisi heterogènia iciència de materials“La utilització de models és intrínseca a l’aplicació del mètode científic; enl’estudi de superfícies, sòlids i altres sistemes propis de la ciència de materials,esdevé una necessitat.”L’explosió dels sistemes massiusde computació i de mètodes capaçosd’explotar aquesta arquitecturade computadors ha permès alsquímics computacionals un canvi d’ordresde magnitud en el tipus de problemesque es poden tractar sense perdreprecisió en la descripció fent possiblearribar a tractar sistemes en l’escala delsnanòmetres, només recentment assequiblea l’experimentació. L’estudi de sistemesen l’escala nanoscòpica requereixclarament la confluència entre l’experimentaciói la descripció microscòpica dematerials. Les tècniques modernes per al’estudi de l’estructura electrònica demolècules, superfícies i sòlids, la seva implementaciócomputacional i l’accés asuperordinadors obren la possibilitat dedescriure acuradament els orígens demolts dels fenòmens observats i portarana predir propietats rellevants de materialson l’experiment és massa llarg omassa costós per dur-se a terme.Cap Francesc IllasIntegrantsK. M. Neyman, J. C. Paniagua, M. Á. Garcia-Bach, C. Sousa, R. Costa, N. López, I. de P. R.Moreira, S. T. Bromley, A. Migani, S. González,J. Carrasco, D. Torres i F. Viñes.Període 1996-2004Nombre de publicacions 159Hores usades (6,62%)CPQ: 93.978 hN/V: 57.714 hIBM: 112.907 hCamí de reacció per a la formació d’oxirà partintd’etè i oxigen atòmic absorbits en Cu(111)Així, la ciència de materials computacionaldóna informació que ha depermetre dissenyar materials amb lespropietats desitjades. Però, fins i tot ambels recursos de supercomputació actuals,hi ha importants sistemes que noes poden abordar com un tot, per exempleel seguit de reaccions químiquesque es produeixen en un catalitzador industrialo en el tub d’escapament d’unautomòbil o l’aparició de superconductivitaten diferents tipus de materials. Perpoder aplicar les eines computacionalsdescrites anteriorment a aquest tipus desistemes és imprescindible l’ús de models.El principal objectiu d’aquest projecteés emprar models finits i/o periòdicsper determinar i sistematitzar diferentsobservacions experimentals quepermetin avançar en la possible explotaciótecnològica d’aquestes propietats.En aquest projecte, l’estudi de laformació d’epòxids catalitzada per diferentsmetalls de transició és potserl’exemple més clar d’aplicació de tècniquesde la ciència de materials computacionala l’estudi d’una reacció químicad’interès industrial. Tanmateix, es treballaen l’estudi de propietats més bàsiquescom són les d’adsorció i reactivitatde catalitzadors metàl·lics i bimetàl·lics.Entre els sistemes d’interès citem elsprocessos de dimerització i d’isomeritzacióde residus orgànics en superficiesde Cu i Pt. Molts d’aquests processos,a més, són importants per al desenvolupamentde processos de químicaverda, ja que són fonamentals en l’eliminacióde contaminants atmosfèrics produïtsen reaccions de combustió. En sistemesque presenten un grau decomplexitat superior, s’està estudiant lainteracció de metalls amb propietats catalítiquessobre un gran conjunt de suportsde diferent naturalesa química ies pretén continuar amb l’estudi de lareactivitat d’aquestes nanopartículessuportades. També s’està realitzant ungran esforç en la descripció en l’estructuraelectrònica, estabilitat i propietatsdinàmiques i caracterització de defectesen els òxids. Finalment, treballem enla comprensió d’acoblament magnètic ien l’obtenció de paràmetres derivats del’estructura electrònica en els cupratsrelacionats amb els compostos HTCcom YBa 2 Cu 3 O 6 ,Nd 2 CuO 4 i SrCuO 2 Cl 2 ,en les cadenes i escales d’espins quepermetin deteminar paràmetres importantsen la descripció macroscòpica delfenomen, com s’ha fet recentment perLi 2 CuO 2 i s’està treballant actualment enles esmentades manganites. ■PUBLICACIONS• “When Langmuir is Too Simple: H 2 Dissociationon Pd(111) at High Coverage”, Phys.Rev. Lett., 93(2004) 146103.• “First Principle Analysis of the Stability andDiffusion of Oxygen Vacancies in Metal Oxides”,Phys. Rev. Lett., 93 (2004) 225502.• “Magnitude of Interplane Effective Parametersin Multilayered High-T c Cuprate Superconductors”,Phys. Rev. B, 71 (2005) 172505.• “Theoretical Study of CO and NO Chemisorptionon RhCu(111) Surfaces”, J. Phys.Chem. B, 109 (2005) 4654-4661.• “Theoretical Aspects of Heterogeneous Catalysis:Applications of Density FunctionalMethods”, Catal. Today, 105 (2005) 2-16.TERAFLOPOctubre 2005

Química teòricaModelització molecular de sistemesamb metalls de transició“Una visió molecular de la química organometàl·lica i la sevaaplicació en catàlisi.”Els metalls de transició ocupen unlloc rellevant en la química actual.Se’ls troba en sistemes quevan des dels catalitzadors homogenis finsals metaloenzims. La gran complexitatestructural i de reactivitat dels sistemesamb metalls de transició fa que els càlculsteòrics puguin ser una eina molt importanten aquest camp. Cal, però, quesiguin capaços de proporcionar resultatsquantitatius en sistemes el més properspossible als reals. El projecte s’inscriu enaquesta línia: s’apliquen les eines de laquímica teòrica a sistemes amb metallsde transició que es relacionen amb reaccionsde gran interès actual en els campsde la química organometàl·lica i la catàlisihomogènia. Es treballa amb sistemesel més propers possibles als reals, ambmetodologia mecanoquàntica (MQ) i híbridamecanoquàntica/mecànica molecular(MQ/MM). Una bona part de la recercaes fa en paral·lel i en col·laboraciódirecta amb grups experimentals.CapAgustí Lledós i Gregori UjaqueIntegrantsM. Besora, A. Comas, G. Drudis,O. Maresca, A. Nova i A. RossinPeríode1996-2004Nombre de publicacions82Hores usades (7,38%)CPQ: 49.630 hN/V: 52.519 hIBM: 192.976 hL’objectiu general del projecte és obtenirinformació a nivell molecular sobreels mecanismes de les reaccions organometàl·liques,amb la finalitat de poder controlari millorar els processos. Els càlculsproporcionen mesures quantitatives depropietats moleculars, estructurals (geometries),termodinàmiques (estabilitats,distribució de productes) i de reactivitat(barreres de reacció, mecanismes de reacció).La col·laboració amb grups experimentalses fa tan en el disseny dels experimentscomputacionals com en l’avaluacióde l’eficiència de les modificacions delscatalitzadors que es poden suggerir a partirdels resultats dels càlculs.La recerca que s’està portant a termeen el projecte es pot classificar encinc grans apartats:1. Química d’hidrurs de metalls detransició i activació de dihidrogen.En col·laboració amb grups experimentalsi en el marc d’un projecte europeuper al desenvolupament de la químicad’hidrurs, s’estudien els enllaços d’hidrogenhidrur-protó i la protonació d’aquestscomplexos per àcids de diferent força.Es vol també avançar en la química decomplexos hidrurs paramagnètics.2. Activació d’enllaços poc reactiusC-Y (Y = H, F). Es considera de manerageneral la interacció d’enllaços σ (E-H)amb metalls de transició. S’estudia l’activaciód’enllaços C-H en èters. Es busquennoves vies per a l’activació d’enllaçosC-F, basades en l’elevada nucleofilicitatdels sulfurs en pont en complexosamb anells {Pt 2 S 2 }.3. Química organometàl·lica en mediaquós. Els factors mediambientals iProducte de la ruptura d’un enllaç C-F de la perfluoropiridinapel complex [Pt 2 (µ-S) 2 (dppp) 2 ], optimitzatamb càlculs IMOMM.de cost econòmic han portat a un graninterès per dur a terme les reaccions organometàl·liquesi els processos catalíticsen aigua com a dissolvent. En el marcd’un projecte europeu amb aquesta finalitat,s’estudien els mecanismes de les reaccionsorganometàl·liques en aigua.4. Reaccions d’acoblament creuat(formació d’enllaços C-C). S’estudienels mecanismes d’un seguit de reaccionsque tenen una gran utilització als laboratorisde síntesi per a la formació d’enllaçosC-C.5. Catàlisi asimètrica. Es duu a termeel modelatge computacional de processosde catàlisi enantioselectiva amb participacióde compostos quirals basats enel lligand R,R-Adam-pybox: la ciclopropanaciócatalitzada per complexos decoure i diferents reaccions catalitzadesper lantànids. L’objectiu a mitjà termini éscol·laborar en la millora i el disseny delligands.■PUBLICACIONS• “Influence of Media and HomoconjugatePairing on Transition Metal Hydride Protonation.An IR and DFT Study on Proton Transferto CpRu(CO)(PCy 3 )”. Journal of the AmericanChemical Society, vol. 125, 2003, p. 7715-7725.• “The Effect of “Inert” Counter-anions in theDeprotonation of the Dihydrogen ComplexTrans-[FeH(_ 2 -H 2 )(dppe) 2 ] + : Kinetic and TheoreticalStudies”. Journal of the American ChemicalSociety, vol. 126, 2004, p. 2320-2321.• “Elongated Dihydrogen Complexes. Whatremains of the H-H Bond? Chemical SocietyReviews, vol. 33, 2004, p. 175-182.• “A Measurable Equilibrium between IridiumHydride-Alkene and Alkylidene Isomers”. AngewandteChemie International Edition, vol.43, 2004, p. 3708-3711.

Química teòricaDes de la química molecular fins ala biologia molecular: alguns fenòmensdeguts a la dinàmica dels nuclis“Més enllà del problema electrònic, és la dinàmica dels nuclis la que permetentendre els fonaments dels fenòmens químics i biològics.”En aquest projecte es pretén estudiarteòricament una sèrie defenòmens químics reals que noméspoden ser compresos i reproduïtsteòricament anant més enllà del càlcul dela funció d’ona i de l’energia electròniquesdels sistemes implicats. Els nostresobjectius poden classificar-se en quatregrans grups:1. Dinàmica semiclàssica de reaccionsquímiques en l’estat electrònicfonamental i en estats electrònicsexcitats. El grup del Prof. W. H. Millerha desenvolupat el mètode semiclàssicIVR (Initial Value Representation) perdescriure efectes quàntics presents ensistemes físics o químics i incorporar-losa simulacions de dinàmica molecular basadesen trajectòries clàssiques. L’avantatged’aquest mètode rau en el fet quepermet el tractament d’un nombre de dimensionsmolt més gran. Aquest mètodes’ha aplicat sobretot a models moltsenzills amb un nombre molt reduït deCap Josep Maria LluchIntegrantsM. Moreno, À. González, R. Gelabert,M. Garcia, O. Vendrell, I. Tejero, N. González,E. Puig, J. M. Ortiz i J. M. RamírezPeríode 1996-2004Nombre de publicacions 98Hores usades (6,59%)CPQ: 61.304 hN/V: 36.642 hIBM: 160.536 hAltres: 4.946 hLa biologia molecular està esdevenint de formaprogressiva en un camp natural d’aplicació delsmètodes de la química teòrica.nuclis. Ens proposem estendre la sevaaplicació a sistemes químics reals degrandària mitjana.2. Transferències protòniques fotoinduïdes.Alguns dels compostos fotocròmicsmés comuns impliquen reaccionscom ara una isomerització cis-transo una transferència protònica fotoinduïda(PIPT). La PIPT és una conseqüència de laredistribució electrònica que acompanyal’excitació electrònica en una molècula,cosa que produeix grans canvis en l’acidesao basicitat dels grups funcionals enels estats excitats, tot permetent salts delprotó que potser són impossibles (o moltdifícils) a l’estat fonamental. El nostre objectiués l’estudi teòric de diverses PIPTque tenen lloc dins l’escala de temps desdel femtosegon fins al picosegon, a la recercade sistemes que puguin actuar coma memòries òptiques moleculars o com afotosensors moleculars, tot examinanttambé l’efecte modulador de diversos entornssupramoleculars.3. Teoria de l’estat de transició variacional:aplicacions a la químicaatmosfèrica. Per tal d’obtenir una descripciódetallada dels processos químicsque tenen lloc a l’atmosfera de la Terra,predir els seus comportaments i, fins itot, controlar-los, es necessita un coneixementcomplet dels valors numèrics deles constants de velocitat de les diferentsetapes elementals acoblades que configurenel mecanisme complex. Actualment,l’únic mètode pràctic per tal d’obtenirconstants de velocitat suficientmentexactes dins un ampli rang de temperaturesés la teoria de l’estat de transició i,concretament, la teoria variacional del’estat de transició amb contribucionsmultidimensionals de túnel. El nostre objectiués, d’una banda, tractar d’incorporara la teoria nous algoritmes dinàmics,millorar els càlculs de l’estructuraelectrònica i avançar en l’acoblamentdels càlculs electrònics amb els dinàmicsi, de l’altra, aplicar la teoria variacionalper tal de calcular constants de velocitatd’un ampli ventall de reaccions importantsdins la química atmosfèrica.4. Biologia molecular teòrica. El nostrepropòsit és contribuir des del campde la química teòrica a l’esforç conjuntper portar a terme una investigacióbiomèdica i biotecnològica de qualitat,especialment en el camp de la proteòmica.El nostre objectiu és el desenvolupamenti aplicació d’estratègies teòriquesi computacionals que permetinaprofundir en la comprensió dels mecanismesmoleculars que determinen el reconeixementmolecular i la reactivitat ensistemes biològics.■PUBLICACIONS• “Determination of the Temperature Dependenceof the H - D Spin-Spin Coupling Constantand the Isotope Effect on the ProtonChemical Shift for the Compressed DihydrideComplex [Cp*Ir(P-P)(H 2 )] 2+ ”. Journal of theAmerican Chemical Society, 127, 5632 -5640 (2005).• “Molecular Dynamics of Excited State IntramolecularProton Transfer: 2-(2'hydroxyphenyl)-4-methyloxazole in Gas Phase, Solutionand Protein Environments”. Journal of PhysicalChemistry B, 108, 6616 - 6623 (2004).• “Synthesis and Properties of CompressedDihydride Complexes of Iridium: Theoreticaland Spectroscopic Investigations”. Journal ofthe American Chemical Society, 126, 8813 -8822 (2004).• “Fast Hydrogen Elimination from the[Ru(PH 3 ) 3 (CO)(H) 2 ] and [Ru(PH 3 ) 4 (H) 2 ] Complexesin the First Singlet Excited States. A DiabaticQuantum Dynamics Study”. Journal ofChemical Physics, 121, 6258 -6267 (2004).• “Variational Transition State Theory as a Toolto Determine Kinetic Selectivity in ReactionsInvolving a Valley-ridge Inflection Point”. Journalof the American Chemical Society, 126,13089 - 13094 (2004).TERAFLOPOctubre 2005

Química teòricaEstabilitat química i enzimàtica de nous antibiòticsbeta gamma-lactàmics“Els mètodes de càlcul teòric permeten determinar les característiquesquímiques i estructurals que han de tenir els nous antibiòtics.”Els antibiòtics beta-lactàmics hanestat durant molts anys el tractamentmés eficaç contra les malaltiesproduïdes per bacteris. Els bacterishan desenvolupat diferents mecanismesde protecció enfront de l’atac d’aquesttipus d’antibiòtics, el principal d’ellsés l’acció de les beta-lactamases. Aquestsenzims inactiven els antibiòtics abans quepuguin exercir el seu efecte terapèutic. Acausa d’això, amb el pas dels anys els antibiòticsbeta-lactàmics clàssics (penicil·linesi cefalosporines) han anat perdentpoder terapèutic. Existeixen fonamentalmentdos camins per evitar aquest problema.El primer d’ells és l’ús d’inhibidorsenzimàtics (també anomenats substratssuïcides), és a dir, compostos betalactàmicsque són capaços d’inhibir lesbeta-lactamases. L’altre camí és el dissenyde noves estructures que siguin potentsantibiòtics i al mateix temps establesa la hidròlisi enzimàtica.CapFrancesc MuñozIntegrantsJ. Donoso, J. Frau, B. Vilanova, M. Coll,R. C. Gacias, A. Salvà i C. Fenollar-FerrerPeríode1997-2004Nombre de publicacions 36Hores usades (6,48%)CPQ: 25.827 hN/V: 23.516 hIBM: 209.493 hAltres: 1 hEn aquest projecte es pretén realitzarun estudi teòric de l’estabilitat químicai enzimàtica de noves estructures per trobarcaps de sèrie per al disseny de novesfamílies d’antibiòtics. L’estudi es realitzaràen dos grans apartats.Reactivitat química. Perquè elsantibiòtics siguin efectius han de presentaruna certa reactivitat química per inactivarles carboxipeptidases i transpeptidases(enzims implicats en la síntesi dela paret bacteriana). D’altra banda, hande ser suficientment estables per poderarribar al bacteri abans que s’hagi descompost.Els mètodes de càlcul teòricpermeten predir d’una manera precisa lareactivitat química de les noves estructuresproposades, sense necessitat de procedira la seva síntesi.Interacció enzim-substrat. Addicionalmenta una certa reactivitat química,els antibiòtics beta-lactàmics han depresentar una estructura tridimensionalCentre actiu d’una beta-lactamase amb una cefalosporina(en granat).adient perquè puguin interaccionar ambels aminoàcids que formen el lloc actiuenzimàtic.Mitjançant mesures d’R-X s’ha determinatl’estructura tridimensional de diferentsbeta-lactamases, la qual cosa permetla realització d’estudis teòrics de lainteracció dels antibiòtics beta-lactàmicsi estructures anàlogues amb els diferentsaminoàcids implicats al lloc actiu enzimàtic,per tal d’establir el mecanisme químicd’hidròlisi enzimàtica.Una vegada establert el mecanismed’hidròlisi i el paper de cada aminoàcidimplicat al lloc actiu es poden determinarles característiques estructurals que hande presentar els antibiòtics perquè siguinestables a l’acció enzimàtica o perquèactuïn com a substrats suïcides, inactivantles beta-lactamases.■PUBLICACIONS• “Molecular Modeling of Henry-Michaelis andAcyl-enzyme Complexes between Imipenemand Enterobacter Cloacae P99 Beta-lactamase”.Chem. Biodiv. 2, 645-656 (2005).• “Molecular Modeling and Chemical Reactivityof Sanfetrinem and Derivatives”. Phys.Chem. B, 109, 9780-9786 (2005).• “Theoretical Study of the Alkaline Hydrolysisof Tricyclic Carbapenern”. Helv. Chim. Acta,88, 774-781 (2005).• “Theoretical Study of Thiolysis in Penicillinsand Cephalosporins”. Int. J. Chem. Kinet. 37,434-443 (2005).• “Density Functional Theory Studies on Transiminationof Vitamin B6 Analogues ThroughGeminal Diamine Formation”. Phys. Chem. A,108, 11709-11714 (2004).

Química teòricaEnginyeria de cristalls moleculars d’interèstecnològic“Estudi de l’estructura electrònica i empaquetament dels cristalls molecularscom a propietats conductores, magnètiques o superconductores.”El principal objectiu del nostreprojecte és establir la metodologianecessària per portar a termeel disseny de cristalls moleculars ambpropietats magnètiques, conductores del’electricitat o superconductores. Per això,estudiem les interaccions intermolecularsque es produeixen en els mateixos permètodes ab initio i mirem com és possiblefer-les més fortes i/o més direccionals. Necessitemaquest tipus d’estudis perquè eldisseny de sòlids amb les propietats tecnològiquesassenyalades abans està limitat,actualment, pel desconeixement delsfactors que defineixen la presència d’aquestespropietats dins del sòlid, de la sevarelació amb l’estructura del sòlid i laforma de controlar aquesta estructura.L’interès per trobar una resposta a aquestesqüestions rau en el fort interès tecnològicque presenten aquests sòlids a la vistadel potencial que presenten en la seva utilitzacióindustrial reemplaçant a materialsinorgànics a causa del seu menor pes, icom a font de materials amb propietatsCapJuan J. NovoaIntegrants F. Mota, M. Deumal,J. Ribas, E. D’Oria, I. García Yoldi i D. TurPeríode 1997-2004Nombre de publicacions 68Hores usades (2,77%)CPQ: 32.467 hN/V: 59.726 hIBM: 17.931 hAltres: 502 hque avui dia no estan presents, com sónles magnetoòptiques o magnetosuperconductores,per exemple.Tot i així, els resultats d’aquest projectesón importants també, de fet ja s’hanusat per això, per tal d’identificar polimorfscristal·lins de fàrmacs, o millorar lacomprensió de les interaccions en unmedi condensat.Per dur a terme l’objectiu general jadescrit, s’analitza l’empaquetament delscristalls d’interès, per tal de trobar aquellesinteraccions que són bones candidatesa ser les dominants dins de totes lespresents en el cristall. Un cop fet això, esduen a terme càlculs ab initio mecanoquànticssobre aquestes interaccions enun entorn semblant al trobat en el cristall(és a dir, reproduint tant el possible efecteinductiu creat pels substituents, com elsefectes col·lectius o del camp cristal·lí).Amb aquests càlculs establim una escalaenergètica que permet determinar les interaccionsresponsables de l’estructuraprimària, secundària, terciària, etc., delcristall. Això permet establir, per a famílies,models d’empaquetament, susceptiblesde ser modificats a voluntat variantl’estructura de les molècules ques’empaqueten dins del cristall. Es tractaara, d’un efecte competitiu entre les diferentspossibilitats d’empaquetament,que poden tractar-se de forma qualitativa,usant mapes de potencial electrostàtic,per exemple, o bé quantitativa, comels mètodes estadístics, Monte Carlo ode dinàmica molecular, com els de tipusCar-Parrinello.Estructura del cristall de CuPH3TCNE (a dalt) i d’undels dímers en els quals es produeixen enllaçosC-C intradímer a una distància propera a 2.9 Å.Quan aquesta informació es creuaamb la informació que ens diuen lesorientacions relatives dins de les que podemtrobar la propietat d’interès a nivellmicroscòpic, estem en condicions de racionalitzari modificar a voluntat la propietattecnològica d’interès en base a modificarl’empaquetament. L’estudi de la propietatd’interès (magnetisme, conductivitat,superconductivitat) es fa mitjançantmètodes ab initio mecanoquàntics o usantmètodes aproximats. Quan no es tenenmètodes adients dels dos tipus ja assenyalats,es recorre a models que relacionenl’estructura i la propietat desitjada. ■PUBLICACIONS• “Chemical Reduction of 2,4,6-tricyano-1,3,5-triazine and 1,3,5-trucyanobenzene.Formation of the Novel 4,4’,6,6’ Tetracyano-2,2’-Bitriazine and its Radical Anion”. J. Org.Chem., 68, 3367-3379, 2003.• “The Origin of the Magnetic Moments inPressed Polymeric-C 60 Crystals”. Angew.Chem., Int. Ed. Engl., 43, 577, 2004.• “The Choice of Coordination Number in d 10Complexes of Group 11 Metals”. J. Am.Chem. Soc., 126, 1465, 2004.• “The Mechanism of the Magnetic Interactionsin the Bulk Ferromagnet p-(methylthio)Phenyl Nitronyl Nitroxide, YUJ-NEW. A First Principles Bottom-up TheoreticalStudy.” Chem. Eur. J.,10, 6422, 2004.• “Broken Inter-C 60 Bonds as Cause of Magnetismin Polymeric C 60 : A Density FunctionalStudy Using C 60 Dimers”. J. Phys. Chem.,109, 4979, 2005.TERAFLOPOctubre 2005

Química teòricaEstudi teòric de reaccions d’oxidació d’interèsen la química de la troposfera“Les eines de la química teòrica permeten l’estudi de processos que tenenlloc en la química de l’atmosfera.”CapSantiago Olivella i Josep M. AngladaIntegrantÀ. MansergasPeríode 1996-2004Nombre de publicacions 42Hores usades (2,18%)CPQ: 30.955 hN/V: 34.661 hIBM: 21.390 hAltres: 2 hEsquema del camí de reacció de l’oxidació de l’àcid fòrmic pel radical HO en fase gasosa a traves de latransferència de protó acoblada a la transferència d’electró (PCET). Els orbitals naturals involucrats en latransferència d’electró es representen a la part superior de l’esquema.El coneixement de les reaccionsquímiques que tenen lloc a latroposfera té una importànciamolt gran pel seu impacte en processosde pol·lució atmosfèrica i, en definitiva,en l’àmbit de la salut humana. Cada anyl’atmosfera rep aproximadament 4x10 12kg de gasos que provenen de la superfíciede la Terra. Aquesta quantitat immensade matèria es degrada per una sèriede reaccions químiques en les qualsmolts dels seus productes son espèciesmolt reactives (radicalàries o biradicalàries)que, a la vegada, inicien altres reaccionsquímiques i fan de l’atmosfera unsistema molt complex. L’interès de laquímica de l’atmosfera és, per tant, evidentsi a més es considera que el consummitjà d’una persona adulta és de12,5 kg d’aire per dia comparat amb els1,2 kg de menjar i per dia.En aquest projecte s’empren les einesde la química teòrica per investigaruna sèrie de reaccions d’oxidació que tenengran importància en la química de latroposfera, en les quals intervenen l’ozó,òxids de nitrogen, àcids, radicals HO x i radicalsperòxid. L’interès de la nostra recercase centra en la determinació del’estructura electrònica i reactivitat d’aquestesespècies. Així, l’objectiu fonamentalés esbrinar els possibles mecanismesde reacció que tenen lloc i avaluarels paràmetres termodinàmics i cinèticscorresponents. Els resultats que obtenimpermeten predir el comportament de diferentscontaminants atmosfèrics i contribueixena desenvolupar models per a lasimulació de la qualitat de l’aire.Per realitzar aquest treball es fanservir mètodes de la química quànticaacoblats a tècniques computacionalsd’optimització no-lineal desenvolupadesen el nostre grup de recerca. La naturalesaelectrònica de les espècies ques’investiguen fa que s’hagin d’emprardiferents metodologies, des del funcionalde la densitat (DFT) fins a mètodesab-initio del tipus CASSCF, CASPT2 oCCSD(T), que requereixen l’ús continuatde grans recursos de càlcul intensiu(tant de memòria com de disc i tempsde CPU) com els que hi ha disponiblesal CESCA.■PUBLICACIONS• “Theoretical Studies on Isoprene Ozonolysisunder Tropospheric Conditions. 1. Reaction ofSubstituted Carbonyl Oxides with Water”.J. Phys. Chem. A., 2003, 107, 5798-5811.• “Theoretical Studies of the Isoprene Ozonolisisunder Tropospheric Conditions. 2. Unimolecularand Water-Assited Decompositionof the α-Hydroxy Hydroperoxides”. J. Phys.Chem. A., 2003, 107, 5812-5820.• “The Gas-Phase Hydrogen Bond Complexesbetween Formic Acid with Hydroxyl Radical:A Theoretical Study”. ChemPhysChem,2004, 5, 183-191.• “Mechanism of the Hydrogen Transfer fromOH Group to Oxygen-Centered Radicals: Proton-CoupledElectron-Transfer versus RadicalHydrogen Abstraction”. Chem. Eur. J., 2004,10, 3404-3410.• “Complex Mechanism of the Gas Phase Reactionbetween Formic Acid and Hydroxyl Radical.Proton Coupled Electron Transfer versusRadical Hydrogen Abstraction Mechanisms”.J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 9809-9820.

Química teòricaModels teòrics per a l’estudi de processosrellevants en catàlisi heterogènia“La química computacional permet simular processos reactius sobre catalitzadorsheterogenis amb una precisió comparable a l'experiment, permetentla comprensió de la catàlisi a nivell molecular.”La catàlisi heterogènia juga un paperdecisiu en la manipulació i elcontrol de moltes reaccions químiques,sent la base del 80% de la produccióquímica actual. La complexitatdels processos catalítics fa difícil la sevamillora sistemàtica i el mètode més emprata la pràctica és el de prova i error.Per tal d’evitar aquest procediment calconèixer a fons les etapes del procéscatalític a escala molecular. En aquestsentit, l’estudi de l’adsorció de petitesmolècules sobre metalls és un tema clauper a la comprensió de la catàlisi heterogènia.Amb aquest estudi es preténarribar a descriure els processos físics iquímics que hi ha darrera de l’adsorciómolecular, amb l’objectiu d’aconseguiruna millora en les propietats catalítiquesdels materials, i fins i tot la predicció idisseny de nous catalitzadors.CapJosep Manel RicartIntegrantsA. Clotet, A. Gil, B. Martorell, G. Novell iA. ValcárcelPeríode1997-2004Nombre de publicacions39Hores usades (1,36%)CPQ: 22.758 hN/V:7.692 hIBM: 23.711 hRecentment s'ha estudiat l’adsorcióde propè i propí en diferents superfíciesmetàl·liques, els intermedis de reaccióde la reacció de descomposició de propèa propilidí sobre Pt(111) i els factors quecontrolen la selectivitat de la reacció d’hidrogenacióde butadiè sobre Pt(111) iPd(111), reacció de gran importància enla indústria petroquímica. Els nostres càlculsens permeten concloure que la diferentselectivitat d’aquestes dues superfíciesve determinada per la diferent estabilitatd’alguns del intermedis de reacció.També s'han estudiat molècules que contenennitrogen (CN, HCN, N 2 O) sobremetalls.La fase actual del projecte se centraen tres objectius:L'estudi de l'oxidació catalítica d'amoníac,en col·laboració amb el Dr. JavierPérez Ramírez (ICIQ). L’estudi s’iniciaamb la caracterització dels possiblesintermedis NH 2 , NH i N, en la fragmentaciód'amoníac sense presència d’oxigen.També es calcularan les barreresenergètiques corresponents. El següentpas és analitzar les reaccions en presènciad’oxigen, que facilita la fragmentació,obtenint-se radicals OH superficials, quepoden reaccionar amb els diferents fragmentsproduint aigua. Un punt clau és determinar,en presència de co-adsorbats,quin és el fragment predominant sobre lasuperfície, per poder abordar les reaccionsde formació de N 2 (producte afavorit,però no desitjat) i NO (el productedesitjat). També s’abordarà en quinesDiferència d'energies d'activació per la hidrogenacióde butadiè sobre platí i pal·ladi.condicions es pot afavorit la produccióde N 2 O, determinant així la selectivitatdel procés. Aquests càlculs es realitzaransobre superfícies de platí i rodi.L’estudi de l’adsorció de materialsmoleculars orgànics (MMO), en concretde tetratiafulvalè (TTF) i tetraselenfulvalè(TSF) sobre Ag(110), mitjançant modelsperiòdics i càlculs DFT, en col·laboracióamb els grups experimentals del Dr. Fraxedas(ICMAB-CSIC) i del Dr. Pascual(Institut für Experimentalphysik, Freie Universität-Berlin),en determinarà el moded’adsorció, s’analitzarà la interacció is’obtindran els espectres d’IR i les imatgesSTM d’aquests sistemes. Aquesta informacióserà obtinguda prèviament alstreballs experimentals i es transferirà alsgrups experimentals.Volem agrair l’ajut inestimable detots el membres del CESCA-CEPBA perla seva dedicació. Agraïm també el suportde les institucions que financen lanostra recerca (Generalitat de Catalunya,Ministerio de Ciencia y Tecnología, UniversitatRovira i Virgili, Unió Europea i YaraTechnology Centre Porsgrunn). ■PUBLICACIONS• “Selectivity Control for the Catalytic 1,3-ButadieneHydrogenation on Pt(111) andPd(111) Surfaces: Radical versus Closed-Shell Intermediates”. J. Phys. Chem. B, 2005,109, 14175.• “Structure and Catalytic Processes of N-containing Species on Rh(111) from First Principles”.J. Catal., 2005. 232, 179.• “Comparative Theoretical Study of theStructure and Bonding of Propyne on thePt(111) and Pd(111) Surfaces”. Chem. Phys.,2005. 309, 33.• “Comparative DFT Study of the Adsorptionof 1,3-butadiene, 1-butene and 2-cis/transbuteneson the Pt(111) and Pd(111) Surfaces”.Surf. Sci., 2004. 549, 121.• “Theoretical Studies of N 2 O Adsorption andReactivity to N 2 and NO on Rh(111)”. J. Phys.Chem. B, 2004. 108, 17921.• “Structural and SpectroelectrochemicalStudy of Carbonate and Bicarbonate Adsorbedon Pt(111) and Pd/Pt(111) Electrodes”.J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 17928.TERAFLOPOctubre 2005

Química teòricaEstudi i disseny de processos catalíticsenantioselectius promoguts per complexoslantànids salins“La catàlisi enantioselectiva és la quarta dimensió de la química.”R. Noyori, premi Nobel de químicaUn objectiu transcendental de laquímica (i de la química orgànicaen particular) del segle XXI ésdisposar de metodologia eficaç (en termesde rendiment químic i estereoquímic)i neta (en termes d’economia d’àtoms,d’acord amb la definició de B. M.Trost) per a la fabricació de productesquímics complexos i de gran valor afegit.En efecte, el desenvolupament de mètodescatalítics enantioselectius (ja siguin directeso indirectes) en aquests últims deuanys està essent, certament, vertiginós.Conseqüents amb aquesta preocupació,perseguim en el nostre projected’investigació quatre grans objectius:a. Dissenyar mètodes de síntesis que usenquantitats subestequiomètriques de catalitzadorsfàcilment reusables (o reciclables).b. Dissenyar mètodes de síntesis enantioselectius,ja que això augmenta molt elseu valor afegit.c. Conèixer el mecanisme íntim de la seqüènciad’etapes que constitueixen el ciclecatalític complet.CapJosé M. SaáIntegrants F. Tur, J. MansillaNombre de publicacions 11Període 1996 - 2004Hores usades (4,13%)CPQ: 15.857 hN/V: 54.695 hIBM: 94.499 hd. Aconseguir mètodes de síntesi enantioselectivacapaços d’operar en medisaquosos.Durant els darrers anys hem exploratl’ús de catalitzadors bifuncionals del tipusALBB (Àcids de Lewis-Bases de Brönsted),això és, posseïdors de un centre àcid de Lewisi un centre base de Brönsted, en reaccionsquímiques promogudes per la dobleactivació dels reactius implicats (generalmentun nucleòfil i un electròfil). En concret,hem demostrat que derivats metàl·lics d’aluminide binaftolamines (binolam, això és,3,3'-bis-dialquilaminometil-2,2'dihidroxi1,1'-binaftalè)són excel·lents catalitzadorsper a la sililcianació, cianoformilació i cianofosforilacióenantioselectiva d’aldehids. Càlculsteòrics HF/6-31G* i B3LYP/6-31G* ambun model molt proper: nolam-AlCl, han posatde manifest detalls mecanístics fonamentalsd’aquests processos.Tractem ara d’aconseguir mètodesde síntesi enantioselectiva capaços d’operaren medis aquosos. Per això hemdecidit estudiar el següent:1. Si binolam, i composts afins, formencomplexos quirals estables de sals lantànides(III) [des de lantà a luteci, a més amés dels congèneres escandi i itri (III)].2. Si aquests complexos resisteixen lahidròlisi.3. Si aquests complexos tenen capacitatper catalitzar reaccions químiques de formaenantioselectiva.En relació amb aquests objectius,podem afirmar el següent:Estructura electrònica B3LYP/6-31G*//B3LYP/6-31G* del complex de lantà ∆,S,S,S-(binolam)3.La(OTf)3 modelitzat.1. Binolam i binolamo (el N-òxid de binolam)formen complexos 3:1 estables derivatsde triflats comercials de lantànids;aquests complexos són quirals en el centremetàl·lic.2. Tan sols els derivats de les sals d’escandi(III) resisteixen l’acció del aigua; laresta s’hidrolitzen.3. Els complexos ∆,S,S,S-(binolam)3.La(OTf)3, en un mitjà típicament orgàniccom ara acetonitril, catalitzen de formaenantioselectiva la reacció de condensaciónitroaldòlica (reacció d’en Henry) tanten la presència com en la falta d’una baseexterna afegida, com ara DBU, TMG o“proton sponge”; disposem de càlculsteòrics HF/6-31G* i B3LYP/6-31G* querecolzen l’estructura i estereoquímicaproposades.■PUBLICACIONS• “Binolam, a Recoverable Chiral Ligand forBifunctional Enantioselective Catalysis: theAsymmetric Synthesis of Cyanohydrins”. OrganicLetters, 2002, 4, 2589.• “An HF and DFT ab Initio Study on the Mechasmof Ortho-directed Lithiation of Hydricand Non-hydric Aromatic Compounds IncorporatingAggregation and Discrete Solvation:the Role of N,N',N'',N'''-Tetramethylethane-1,2-diamine (TMEDA) in Lithiation Reactions”.Helvetica Chimica Acta 2002, 85, 814.• “Self-Assembly of a Stereoselective TrinuclearSodium/Lithium Triple Helix” Journal ofthe Chemical Society, Chemical Communications2002, 1982.• “Enantioselective Cyanoformylation of AldehydesMediated by Binolam-AlCl, a MonometallicBifunctional Catalyst”. TetrahedronAsymmetry, 2003, 14, 197.• “Enantioselective Synthesis of Cianohydrins-O-phosphates Mediated by the BifunctionalCatalyst Binolam-AlCl”. Angewandte ChemieInternational Edition 2003, 42, 3143.• “A DFT Computational Study on ElectrophilicSubstitutions upon a-Oxy-substitutedBnezylorganolithium Compounds: Lithium Catalysisis the Hidden Piece of the Puzzle”.Journal of the American Chemical Society,2004, 126, 16738.• “Enantioselective Addition of TrimethylsilylCyanide to Aldehydes by Bifunctional BINO-LAM_AlCl vesus monofunctional BINOL-AlClComplexes” Tetrahedron 2004, 60, 10487.

Química teòricaProcessos catalítics en fluxos hipersònics:estudi teòric des de primers principis“En un futur proper les simulacions basades en càlculs teòrics, químicsi físics permetran entendre i predir les característiques principals delsdiferents tipus de processos catalítics.”teòric des de primersprincipis dels processosL’estudigas-superfície és d’interèsbàsic per poder entendre bé la catàlisiheterogènia, els processos d'adsorció obé algunes de les propietats de les superfíciessòlides, essent també d’utilitaten diferents processos industrials (p. ex.,automòbils, aeronàutica, microelectrònica,etc.).En els darrers anys, part de la nostrarecerca s'ha centrat en l'estudi teòricdels processos químics que tenen llocen vols supersònics (≥ 5 Mach) de vehiclesespacials en l'atmosfera terrestre(p. ex., el Shuttle americà). En aquestsvols es produeixen fluxos multicomponentsa altes temperatures amb reaccionsquímiques tipus gas-gas i gassuperfície.Aquests processos, que tenenlloc en el fluid que envolta el vehicle osobre la seva superfície, tenen una grantranscendència sobre la calor transferidaal vehicle espacial, produint-se en condicionsde no-equilibri tèrmic (p. ex., T gas ,T sup ). Les simulacions de dinàmica deCapRamón SayósIntegrantsC. Arasa i P. GamalloPeríode2002-2004Nombre de publicacions13Hores usades (1,04 %)CPQ: 21.008N/V: 1.093fluids (CFD) dels processos físics i químicsimplicats necessiten emprar informacióacurada, generalment no accessibleexperimentalment, raó per la qualcal recórrer a models simples semiempírics.També cal estimar la quantitat decalor transferida al vehicle, que té un sistemade protecció tèrmica habitualmentfet en base a materials ceràmics (p. ex.,SiC, SiO 2 , CC).En aquest context, i en una primerafase, vàrem realitzar inicialment estudisteòrics d'algunes reaccions elementalsen fase gas (p. ex., N + NO) des de primersprincipis, emprant càlculs ab initiod'estructura electrònica de les superfíciesd'energia potencial (SEP) més importants,fent estudis cinètics (Teoria Variacionalde l'Estat de Transició) i dinàmics(mètode de trajectòries quasiclàssiquesi mètode dels paquets d'ona), quehan permès arribar generalment a unbon acord amb les dades experimentalsdisponibles.En una segona fase hem començatl'estudi teòric d'alguns processos gassuperfície,si bé en aquest cas hem usatla Teoria del Funcional de la Densitat(DFT) per calcular la SEP fonamental,emprant càlculs DFT periòdics amb unmodel d'slab. Així, estem estudiant elsprocessos d'adsorció d’oxigen i nitrogenatòmic sobre ß-cristobalita (SiO 2 ) i α-alúmina (Al 2 O 3 ), que constitueixen lesprimeres etapes en les reaccions de recombinacióatòmica d'O i N sobreaquestes superfícies, a través dels mecanismestipus Eley-Rideal o Langmuir-Hinshelwood. Per això estem fent unReacció de recombinació d'oxigen i nitrogenatòmics sobre la superfície d'un vehicle espacialdurant la seva entrada a l'atmosfera terrestre.ajust analític de la SEP fonamental basadaen càlculs DFT per poder fer l'estudidinàmic del procés de col·lisió d'O sobreß-cristobalita, el qual ens permetrà,per exemple, determinar el coeficientinicial d'sticking, entre altres propietats.Més endavant es realitzaran els estudisde reaccions de recombinació atòmica(p. ex., O + O-ß-cristobalita) i de reaccionsmoleculars (p. ex., N + NO-ß-cristobalita),cosa que permetrà aportaruna valuosa informació a les principalsreaccions elementals implicades en elsdiferents mecanismes totals proposatsen els fluxos hipersònics.■PUBLICACIONS• “Adsorption of Atomic Oxygen andNitrogen at ß-cristobalite (100): a DensityFunctional Theory Study”. J. Phys. Chem. B,2005. 109, 14954-14964.• “Quantum Wave Packet Dynamics of the1 3 A” N( 4 S) + NO (X 2 ∏) → N 2 (X 1 ∑ + g ) +O( 3 P) Reaction”. J. Chem. Phys. 2003. 119,7156-7162.• “Ab Initio Derived Analytical Fits of the twoLowest Triplet Potential Energy Surfaces andTheoretical Rate Constants for the N( 4 S) +NO (X 2 ∏) system”. J. Chem. Phys. 2003.119, 2545-2556.• “Ab Initio Study of the two Lowest TripletPotential Energy Surfaces Involved in theN( 4 S) + NO (X 2 Π) Reaction”. J. Chem. Phys.2003. 118, 10602-10610.TERAFLOPOctubre 2005

Química teòricaEstructura i reactivitat de complexos ambmetalls de transició: aplicacions en químicaambiental i en sistemes d’interès bioquímic“La química teòrica és una eina molt eficient per ampliar el nostre coneixementdels sistemes químics.”CapMariona SodupeIntegrants J. Bertran, A. Oliva,V. Branchadell, L. Rodríguez Santiago,M. Noguera, O. Illa, A. Gil, E. Constantino,A. Rimola, R. Rios i C. AcostaPeríode 1996-2004Nombre de publicacions 65Hores usades (8,69%)CPQ: 148.498 hN/V: 37.594 hIBM: 157.291 hAltres: 3.790 hEl projecte consisteix en l’estudi,mitjançant els mètodes de laquímica teòrica, de l’estructura ireactivitat de complexos amb metalls detransició. Com és ben sabut, els complexosamb metalls de transició juguen unpaper fonamental en molts àmbits de laquímica. El coneixement precís de la sevaestructura i reactivitat, de les espèciesintermèdies que es generen i de les barreresenergètiques involucrades en elsdiferents processos és indispensable percomprendre el seu mecanisme d’acció.La química experimental es trobamolt limitada en l’obtenció d’aquesta informació,ja que les espècies a determinarsolen tenir un temps de vida massacurt per ser caracteritzades amb les tècniquesfisicoquímiques habituals. És enaquest punt on la contribució de la químicateòrica és crucial.Gràcies a l’aparició d’ordinadorscada dia més potents i al desenvolupamentd’algorismes de càlcul més eficients,és actualment possible determinaramb precisió l’estructura de moltscomplexos metàl·lics, així com el mecanismede processos catalítics de gran interès.Els aspectes concrets del projecteque s’estan estudiant són els següents:a) Emmagatzematge d’hidrogenmolecular en materials microporosos.Aquests estudis són de granimportància en l’ús d’hidrogen com afont d’energia alternativa. S’han estudiantels llocs de coordinació dels cations Cu +en la zeolita Cu-CHA i la seva interaccióamb hidrogen molecular. Properaments’analitzaran altres materials porosos ications metàl·lics.b) Processos de fragmentacióde pèptids induïts per cationsmetàl·lics o per reaccions d’oxidació.L’estudi d’aquests processos en sistemesmetall-lligand i en radical cationsés de gran interès per tal d’aprofundir enla comprensió de molts processos bioquímics.Igualment, el coneixement delspatrons de fragmentació pot ser de granutilitat per interpretar els experimentsd’espectrometria de masses, usats en laseqüenciació de pèptids.c) Activació de les nucleobasesdel DNA. S’estan analitzant diferents tipusde processos com ara les transferènciesprotòniques intermoleculars en elsparells de bases, la hidròlisi de l’enllaçN-glicosídic, o les reaccions de deaminació.Tots ells participen en processos mutagènics.Adsorció de H 2 a la zeolita Cu-CHA.Aquest projecte, encara que de recercabàsica, podria tenir una gran aplicabilitatpràctica. D’una banda pot ajudara comprendre quins són els millors materialsper l’emmagatzematge d’hidrogen i,de l’altra, pot tenir beneficis directes enel coneixement de processos bioquímicsde gran importància. Els càlculs es duena terme amb mètodes químic quànticssofisticats i, per tant, atesa la complexitatdels sistemes estudiats, es requereixensistemes de càlcul massius com aquellsde què disposa el CESCA.■PUBLICACIONS• “Interaction of Co + and Co 2+ with Glycine. ATheoretical Study”. J. Phys. Chem. A, 109,224, 2005.• “Peptide Bond Formation Activated by theInterplay of Lewis and Bronsted Catalysts”.Chem. Phys. Lett., 408, 295, 2005.• “Can Cu + -exchanged Zeolites Store MolecularHydrogen? An Ab-initio Periodic StudyCompared with Low Temperature FTIR”. J.Phys. Chem. B, 108, 8278, 2004.• “Triplet (π, π, *) Reactivity of the Guanine-Cytosine DNA Base Pair: Benign Deactivationversus Double Tautomerization via IntermolecularHydrogen Transfer”. J. Am. Chem. Soc.,126, 12770, 2004.• “Gas Phase Dissociation Energies of SaturatedAH + n Radical Cations and AHn Neutrals(A = Li-F, Na-Cl). Dehydrogenation, Deprotonationand Formation of AH + n-2 -H 2 Complexes”.J. Am. Chem. Soc., 125, 7461, 2003.• “Gas Phase Reactivity of Ni + with Urea.Mass Spectrometry and Theoretical Studies”.J. Phys. Chem. A, 107, 9865, 2003.

Química teòrica“Estructura electrònica i reactivitat de l’estatfonamental i dels estats excitats de molèculesorgàniques”“El càlcul mecanoquàntic rigorós de l’estructura electrònica de molèculesorgàniques en els estats fonamentals i excitats permet predir la seva reactivitattèrmica i fotoquímica.”velocitat de càlcul quees pot aconseguir avui diaL’altaamb els nous processadorsde 64 bits, junt amb l’eficient implementacióde mètodes mecanoquàntics rigorososde càlcul de l’estructura electrònicadels àtoms, molècules i sòlids, fanpossible en general l’estudi teòric de lareactivitat química amb un grau de fiabilitatacceptable. En el cas concret de lesmolècules orgàniques, el valor predictiud’aquest tipus de càlculs és remarcablementgran. Això fa que sigui possiblel’estudi des del punt de vista teòric delmecanisme de les reaccions orgàniquesamb un grau de fiabilitat alt.Un dels avantatges principals del’estudi teòric de la reactivitat és quepermet investigar la formació de possiblesintermedis de reacció de vida moltefímera (com per exemple radicals lliures,biradicals, complexos ió-molèculaneutra, etc.), que difícilment es podenCapAlbert SoléIntegrantS. OlivellaPeríode1996-2004Nombre de publicacions56Hores usades (1,54%)CPQ: 15.564 hN/V: 22.301 hIBM: 23.682 hEstructures de transició calculades per al trencamentdels enllaços CO-CF 3 i CO-CF 2 de l’intermeditetraèdric format en l’addició de l’anió HO ala 1,1,1,3,3-pentafluoro-4-hidroxipentan-2-ona.detectar amb experiments de captura oemprant tècniques espectroscòpiques.Els càlculs mecanoquàntics són fonamentalsper determinar l’estructuraelectrònica i la reactivitat d’aquestesespècies.Un altre tipus de reaccions orgàniquesen que l’estudi experimental del seumecanisme de reacció presenta grans dificultatssón les reaccions fotoquímiques.L’estudi teòric d’aquestes reaccions comportael càlcul mecano-quàntic de l’estructuraelectrònica d’estats excitats, laqual cosa només es pot fer de forma rigorosaemprant mètodes multiconfiguracionalsque tenen un cost computacionalmolt elevat. Malgrat aquesta dificultatcomputacional, el valor predictiu delsresultats d’aquests càlculs multiconfiguracionalsés molt valuós per als químicsque treballen experimentalment en elcamp de la fotoquímica orgànica.En aquest projecte es pretén estudiarcomputacionalment l’estructuraelectrònica dels estats electrònics fonamentali/o excitats de menor energia dediverses molècules orgàniques per poderpredir la seva reactivitat i elucidar elsmecanismes de les reaccions adiabàtiquesi no adiabàtiques que poden tenirlloc en les superfícies d’energia potencialassociades a aquests estats.Cal destacar que les molècules iles reaccions que s’estudien en aquestprojecte tenen un interès real pels grupsde recerca en química orgànica experimental.En el passat recent, la col·laboraciódel nostre grup de recerca en químicateòrica amb grups de recerca experimentalsha donat lloc a resultats degran rellevància que han estat publicatsen revistes científiques de química interdisciplinàriaamb un alt impacte. ■PUBLICACIONS• “Thermal and Photochemical Rearrangementof Bicyclo[3.1.0]hex-3-en-2-one to the KetonicTautomer of Phenol. Computational Evidencefor the Formation of a Diradical Rather than aZwitterionic Intermediate”. J. Am. Chem. Soc.,vol. 124, 2002, p. 15375-15384.• “Mechanism of 1,3-Migration in AllylperoxylRadicals: Computational Evidence for the Formationof a Loosely Bound Radical-DioxygenComplex”. J. Am. Chem. Soc., vol. 125, 2003,p. 10641-10650.• “Mechanism of the Hydrogen Transfer fromOH Group to Oxygen-Centered Radicals: Proton-CoupledElectron-Transfer versus RadicalHydrogen Abstraction”. Chem. Eur. J., vol. 10,2004, p.3404-3410.• “Unimolecular Decomposition of ß-HydroxyethylperoxyRadicals in the HO • -Initiated Oxidationof Ethene: A Theoretical Study”. J. Phys.Chem. A., vol. 108, 2004, p. 11651-11663.• “New Selective Haloform-type Reaction Yielding3-Hydroxy-2,2-difluoroacids: TheoreticalStudy of the Mechanism”. J. Am. Chem. Soc.,vol. 127, 2005, p. 2620-2627.TERAFLOPOctubre 2005

Química teòricaEstadística i simulacióde sistemes complexos“Les tècniques de simulació basades en la mecànica estadística permetenla comprensió dels sistemes i processos químics complexos.”El projecte es basa en l’estudi,mitjançant tècniques de la mecànicaestadística, de càlcul numèrici de simulació, de sistemes i processosquímics complexos. És a dir, sistemes iprocessos en els quals intervenen ungran nombre de partícules (àtoms omolècules) i que tenen lloc en medis homogeniscondensats (líquids), en medisheterogenis (macromolècula/dissolució,elèctrode/dissolució), i en medis de difusiórestringida (crowding molecular) comés el cas de l’interior de les cèl·lules.Els objectius i la metodologia sónels següents:a. Estudi per simulació de l’estructurai propietats de líquids i dissolucions.L’objectiu principal és l’estudidel canvi en l’equilibri conformacionalque experimenten les molècules no rígidesen passar de fase gas a estat líquid.S’estudien casos significatius de líquidspurs i de dissolucions que permeten establirquin paper juguen els diferentes tipusde forces intermoleculars en aquestCapEudald VilasecaIntegrantsF. Mas, J. L. Garcés, S. Madurga i F. OrtegaPeríode1999-2004Nombre de publicacions23Hores usades (0,75%)CPQ: 8.797 hN/V: 11.477 hIBM: 9.881 hprocés. És d’especial interès esbrinar laimportància de les forces de polaritzaciói també els efectes de l’enllaç pont d’hidrogenen els líquids on aquest és present.S’apliquen les tècniques de simulacióMonte Carlo i de dinàmica molecularmitjançant programes elaborats pel propigrup. També s’efectuen càlculs mecanoquànticsper obtenir les superfíciesd’energia conformacional de les molèculesno rígides i per calcular l’energiade la primera esfera de solvatació.b. Estudi de models de complexaciód’interès ambiental i/o fisiològic.L’objectiu és l’elaboració de modelsque permetin explicar els processosde complexació macromolècula/lligandtant en sistemes aquàtics naturals, on l’especiacióde metalls pesants hi juga unpaper primordial, com en medis fisiològicson la complexació lligand-proteïnaés clau per poder descriure i/o modelarles principals rutes metabòliques. Per realitzaraquest estudi s’ha desenvolupatun formalisme termodinàmic tant macroscòpiccom microscòpic/estadístic on ésclau el concepte d’heterogeneïtat i on,per les tècniques experimentals emprades,cal resoldre un sistema d’equacionsde reacció-difusió acoblades a problemesde convecció i adsorció sobre superfícies(elèctrodes). Per a les no-linealitatsdel sistema d’equacions s’han implementatuna sèrie de mètodes numèrics deresolució d’equacions diferencials en derivadesparcials tant de transformació integralcom d’elements finits.c. Estudi de processos d’agregaciói creixement d’interfases.Freqüència relativa de les conformacions de lamolècula de dicloropropà en aigua obtinguda desimulacions Monte Carlo.L’estudi es basa en la caracteritzaciódel procés de formació i creixementde dipòsits en superfícies electròdiques.Interessa conèixer de quina manera lespropietats de l’elèctrode i de la dissolucióamb què està en contacte afectenl’estructura i la dinàmica de creixementd’aquests dipòsits. S’utilitzen tècniquesde simulació Monte Carlo que mitjançantla descripció del comportament microscòpicde la dissolució i l’elèctrode permetenmonitoritzar tot el procés d’agregaciói creixement.d. Estudi de processos en medisde difusió restringida. Es tractad’estudiar l’efecte de la difusió de substànciesen medis d’elevada densitat,com és el cas del citoplasma cel·lular(crowding molecular), en les cinètiquesde reacció enzimàtiques. S’utilitzen tècniquesde simulació Monte Carlo i deDinàmica Browniana per veure el caràcterfractal (cinètica no clàssica) de lacatàlisi enzimàtica.■PUBLICACIONS• “Free Energy and Entropy Calculations inthe Conformational Equilibrium of 1,2-Dichloroethanein Water”. Chem. Phys. Lett., 406(2005) 409-414.• “Voltammetry of Heterogeneous Labile Metal-macromolecularSystems for any Ligandto-metalRatio. Part IV. Binding Curve fromthe Polarographic Wave”. J. Electroanal.Chem., 577 (2005) 311-321.• “Solvent Effect on Conformational Equilibriumof 1,2-Dichloroethane in Water. TheRole of Solute Polarization”. J. Phys. Chem.A, 108 (2004) 8439-8447.• “Brownian Dynamics Simulation of Nucleationand Growth Processes at Electrode Surfaces:Instantaneous Nucleation”. J. Electroanal.Chem., 569 (2004) 95-109.• “Affinity Distribution Functions in MulticomponentHeterogeneous Adsorption. AnalyticalInversion of Isotherms to Obtain Affinity Spectra”.J. Chem. Phys., 120 (2004) 9266-9276.

Modelització biomolecularEstructura i propietats dels polímers: càlculselectrònics, simulacions atomístiques imodels coarse-grained“Apliquem càlculs quàntics per obtenir camps de força que són usats en simulacionsatomístiques, les quals a la vegada s’usen per elaborar models de coarse-grained, cosaque ens permet establir una connexió entre les escales atòmica i mesoscòpica.”Un dels objectius de la ciència il’enginyeria dels materials és lapredicció de les propietats delsproductes manufacturats amb plàsticspartint de la composició i morfologia deles molècules constituents i de les condicionsa les quals han estat sotmesosdurant el seu processament. El mètodetradicional per descriure el comportamentcomplex d’aquests materials fa úsúnicament de la mecànica del medicontinu i de relacions fenomenològiquesextretes de l’experiència. No obstantaixò, aquests models no condueixen auna millor comprensió del comportamentdel material i, sobretot, no sónapropiats per a certes aplicacions queexigeixen un alt grau d’especificitat.CapCarles AlemánIntegrantsD. Curcó, J. Casanovas, D. Zanuy,F. Rodríguez-Ropero, C. OcampoPeríode2003-2004Nombre de publicacions22Hores usades (2,41%)CPQ: 1.137 hN/V: 47.900 hIBM: 46.408 hAltres: 983 hL’alternativa és un modelatge rigorósbasat en ciència fonamental i partintd’informació molecular.En el cas dels polímers, el rangd’escales de temps i d’espai que esveuen involucrades en el seu estudi éstan ampli que resulta impossible prediramb exactitud una propietat macroscòpicaa partir de la fórmula d’una cadenamacromolecular. Es fa necessari l’ús demetodologies de simulació que permetin,d’una manera jeràrquica i ordenada,estudiar les propietats que resulten rellevantsa escala atòmica i molecular ipoder utilitzar-les per dur a terme l’estudide propietats a una escala superior.En aquest procés es poden eliminar,progressivament en ascendir d’un nivella l’immediatament superior, l’efecte devariables microscòpiques que en un nivellmesoscòpic poden ser incorporadescom a simple soroll.L’estratègia seguida en aquest projecteés la utilització d’una sèrie de tècniquesde simulació que s’encavalquin,de manera que els paràmetres que descriuenel sistema en cada nivell (un rangd’escales de temps i longitud) estiguinbasats, mitjançant principis fonamentals,en càlculs realitzats en el nivell dedescripció immediatament inferior.Concretament, usen càlculs quàntics perestudiar interaccions entre àtoms i desenvoluparcamps de forces que sónusats posteriorment en simulacions dedinàmica molecular i Monte Carlo. Elsresultats obtinguts a partir d’aquestessimulacions atomístiques s’utilitzen perelaborar models de coarse grained, laqual cosa s’aconsegueix eliminant progressivamentel nivell de detall i, a la vegada,el nombre de graus de llibertat. ■Model del niló 6 en estat amorf (ρ= 1.083 g/cm3)obtingut mitjançant algoritmes de generació i relaxaciódesenvolupats pel grup. Els ponts d’hidrogenentre grups a mida veïns s’indiquen engroc.PUBLICACIONS• “Thermal Stability of the Secondary Structureof Poly(α,L-glutamate) in Self-AssembledComplexes as Studied by MolecularDynamics in Chloroform Solution”. J. Am.Chem. Soc. 2004, 126, 704.• “Impact of the Solvent on the ConformationalIsomerism of Calix[4]arenes: A Study Basedon Continuum Solvation Models”. J.Org. Chem. 2004, 69, 951.• “Theoretical Investigation of the 3,4-EthylenedioxythiopheneDimer and UnsubstitutedHeterocyclic Derivatives”. J. Phys. Chem. A.2004, 108, 1440.• “Theoretical Strategy to Provide AtomisticModels of Comblike Polymers: A GenerationAlgorithm Combined with ConfigurationalBias Monte Carlo”. J. Chem. Phys. 2004,121, 9744.• “Generation-Relaxation Algorithms toConstruct Representative Atomistic Modelsof Amorphous Polymers: Influence of the RelaxationMethod”. J. Phys. Chem. B, 2004,108, 20331.• “Unusually High Pyramidalization Geometryof the Bicyclic Amide Nitrogen in a Complex7-Azabicyclo[2.2.1]heptane Derivative: TheoreticalAnalysis Using a Bottom-up Strategy”.J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 11836.TERAFLOPOctubre 2005

Modelització biomolecularDinàmica molecular dels complexosd’inclusió: ciclodextrines i rotaxans“Els rotaxans poden ser els xips del futur”Els complexos d’inclusió són estructuressupramoleculars en lesquals una espècie, anomenadahost, acull una altra, anomenada guest,que es mantenen unides per forces intermoleculars.Aquestes darreres paraulestenen una importància cabdal ja que sies considera que la unió metall-lligandexistent en els compostos de coordinacióés una força intermolecular, tots els compostosde coordinació seran, doncs, estructuressupramoleculars.Moltes de les estructures supramolecularestan formades per associaciód’espècies neutres. Les ciclodextrines(CDs), oligòmers cíclics de diverses unitatsde _-D-glucopiranosa _(1_4) enllaçades,i els rotaxans són dues de les estructuresmés abundants en aquesta àrea deCapCarles JaimeIntegrantsI. Maestre, M. de Federico, P. Ivanov, M.Palomino, K. Burusco i J. PérezPeríode1995-2004Nombre de publicacions30Hores usades (0,90%)CPQ: 16.289 hN/V: 18.805 hAltres: 945 ha) Visió superior d’un carcerand derivat de la beta-ciclodextrina;b) Visió lateral del mateix carcerand;c) Esquema d’un [2]rotaxà en el qual el macrociclecanvia la seva posició en reduir-se (movimentesquematitzat per una fletxa de color verd).la química. Les CDs formen complexosd’inclusió amb altres espècies orgàniques,normalment neutres. Els rotaxanssón molècules (no supramolècules) formadesper dues unitats (un macrocicle iuna cadena lineal) unides mecànicament.Aquest fet, l’enllaç mecànic, és el que faque malgrat els rotaxans siguin molècules,es pugui considerar que les interaccionsexistents entre el macrocicle i la cadenalineal siguin de la mateixa naturalesaque les existents en les supramolècules:intermoleculars. A més, els rotaxanssón sistemes basats en la lògica binària.El nombre d’àtoms (uns 300) quecomponen aquestes estructures i l’elevatnombre d’àtoms amb els quals es treballaquan s’inclou un model de solvatacióexplícit (uns 3000-5000) imposa l’ús demètodes de càlcul basats en la mecànicaclàssica per estudiar les seves estructuresamb un preu i velocitat raonables.Tres punts són importants en l’estudid’aquestes supramolècules: l’estequiometria,la constant de formació i l’arquitecturamolecular, o estructura tridimensional.Els dos primers poden ser, i de fetho són, estudiats per diverses tècniquesexperimentals com ara l’RMN. És en eltercer on la modelització molecular ésmés emprada.La química computacional, i en concretla dinàmica molecular, ens ofereixcobrir totes les possibilitats en un únictreball. La combinació de tècniques experimentals(com ara l’RMN que ens permetconcloure l’existència de la inclusió)amb els càlculs teòrics és una eina moltpoderosa en l’estudi d’aquests complexos,tant pel que fa a l’aspecte estructuralcom pel que fa a la comprensió de lesforces conductores dels processos (inclusióen les CDs o salt entre estacions enels rotaxans).■PUBLICACIONS• “Molecular Recognition by Beta CyclodextrinDerivatives: FEP vs MM/PBSA Study”.Comb. Chem. High Throughput Screening,vol. 4, 2001, p. 605-611.• “Molecular Recognition by Beta-CyclodextrinDerivatives: Molecular Dynamics, FreeEnergy Perturbation and Molecular Mechanics/Poisson-BoltzmannSurface Area Goalsand Problems”. Theor. Chem. Acc., vol. 108,2002, p. 286-292.• “Structure and Thermodynamics of alfa-,beta- and Gamma-Cyclodextrin Dimers. MolecularDynamics Studies of the Solvent Effectand Free Binding Energies”. J. Org. Chem.,vol. 67, 2002, p. 8602-8609.• “Computational Studies on Pseudorotaxanesby Molecular Dynamics and Free EnergyPerturbation Simulations”, J. Org. Chem., vol.68, 2003, p. 1539-1546.• “Shuttling Process in [2]Rotaxanes. Modelingby Molecular Dynamics and Free EnergyPerturbation Simulations”. J. Phys. Chem. B,vol. 107, 2003, p. 7582-7588.• “Insights into the Structures of Large-RingCyclodextrins through Molecular Dynamics Simulationsin Solution”, J. Phys. Chem. B, vol.108, 2004, p. 6261-6274.

Modelització biomolecularReconeixement molecular“No estem massa lluny del moment en què la teoria sigui capaç d’obrir novesvies en la nostra manera de contemplar els éssers vius.”El nostre objectiu principal és lacomprensió de les bases físiquesi químiques dels processosque tenen lloc en els sistemes biològics.Aquest objectiu cobreix una àmplia varietatde fenòmens, que van des de l’organitzaciódel material genètic fins almecanisme d’acció d’enzims o el plegamentde les proteïnes. Un aspecte destacatdel nostre treball és l’estudi de les interaccionsentre biomolècules que tenenun impacte notori en l’àmbit farmacològic.Per la diversitat de fenòmens biològics,el treball de recerca portat a terme enel nostre grup cal realitzar-lo fent servir unampli ventall de tècniques computacionals.De fet, des del començament de la nostratasca científica, un dels objectius més destacatsha estat el desenvolupament de noveseines computacionals, simultàniament ala seva aplicació per a l’estudi de sistemesbioquímics i farmacològics concrets.CapModesto OrozcoIntegrantsF. J. Luque, X. de la Cruz, J. M. López, J.L. Gelpí, C. Ferrer, M. Rueda, J. Muñoz,A. Bidon, I. Soteras, A. Pérez, A. Noy, T.Meyer, O. Huertas, O. Carrillo, I. Párraga,I. Marchán, I. Sánchez, L. Zamacola, J. F.Recio, D. Piedra, D. Talavera i R. GoñiPeríode 1991-2004Nombre de publicacions 143Hores usades (7,50%)CPQ: 93.177 hN/V: 84.861 hIBM: 121.485 hAltres: 398 hMés específicament, el treball delnostre grup cobreix quatre àrees no estanques:estudi de modelització en proteïnes,estudis de formes inusuals delsàcids nucleics, estudis bioinformàticsd’alt rendiment i, finalment, desenvolupamentd’eines per a l’estudi d’interaccionsmoleculars en fases condensades.A la primera àrea, el nostre treballs’ha centrat a l’estudi del mecanisme dereconeixement i catàlisi de diferents proteïnesd’interès biomèdic, com són AdenosineDesaminase, Catalase, XanthineOxidase, Thymidine Kinase i Acetylcholinesterase,entre d’altres. Molts d’aquestsestudis han tingut impacte en el desenvolupamentde nous candidats a fàrmacs.En el segon camp, ens han interessat diversesestructures inusuals de l’ADNd’impacte biomèdic com les triples hèlixd’ADN (paral·leles i antiparal·leles), lestètrades telomèriques, els híbrids d’ARNi ADN amb altres oligonucleòtids, les doblescadenes paral·leles d’ADN i les estructuresamb APN. En aquesta àrea, hemcontribuït a dissenyar noves estructuresd’ADN (com els llaços paral·lels) ambutilitat amb teràpies antisentit i d’antigen.El nostre grup està realitzant un esforçmolt important en l’aprofitament de lainformació derivada dels projectes genoma.En aquesta àrea, treballem amb tècniquesbioinformàtiques fent servir informacióde seqüència, així com d’estructura.Els nostres interessos inclouen l’estudi deles implicacions estructurals de l’empalmamentalternatiu, el desenvolupamentde tècniques d’intel·ligència artificial pera la predicció del caràcter patològic demutacions puntuals, la caracterització deSimulació d’un fragment de DNA de 28 parells debases amb pax6, un factor de transcripció proteic,usant tècniques de dinamització molecular.centres d’unió de proteïnes i, finalment, lapredicció de regions de contacte proteïna-proteïna.Finalment, una de les línies detreball tradicional del grup ha estat el desenvolupamentd’eines teòriques per a ladescripció de sistemes en fases condensades.En aquesta àrea som especialmentactius en el desenvolupament de mètodesmecanoquàntics continus per a la descripcióde l’efecte del solvent i de tècniquesper a la descripció mecanoquànticad’interaccions no covalents.La varietat de temes requereix lautilització d’una gamma molt diversa detècniques computacionals que variendes de mètodes de mecànica quànticafins a tècniques de mineria de dades ianàlisis de seqüència, passant per lestècniques de mecànica clàssica. Les nostresnecessitats computacionals impliquen,doncs, no només una elevada velocitaten operacions de coma flotant, sinótambé accés a grans espais de disc, xarxesde comunicació molt ràpides i velocitatelevada de treball amb sencers. ■PUBLICACIONS• “Unique Tautomeric Properties of Isoguanine”.J. Am. Chem. Soc. (2004), 126, 154-164.• “Theoretical Study of the Guanine- 6- ThioguanineSubtitution in Duplexes, Triplexes andTetraplexes”. J. Am. Chem. Soc. (2004), 126,14642-14650.• “Theoretical Study of the Truncated HemoglobinHbN: Exploring the Molecular Basiss ofthe NO Detoxification Mechanism”. J. Am.Chem. Soc. (2005), 127, 4433-4444.• “Structure, Recognition Properties, and Flexibilityof the DNA.RNA Hybrid”. J. Am. Chem.Soc. (2005), 127, 4910-4920.• "Nature of Minor-Groove Binders-DNA Complexesin the Gas Phase". J. Am.Chem. Soc. (2005), 127, 11690-11698.TERAFLOPOctubre 2005

Modelització biomolecularModelització i simulació de processosbiològics“De les matemàtiques a la medicina: un repte per a la bioinformàtica”d’ordinadors ha esdevingutun fet força habitual en disciplinesmèdiques tan diferents L’úscom ara la biofísica, biologia molecular iestructural, biomedicina, bioquímica, biotecnologia,farmacologia, o immunologiaen ordre alfabètic d’especialitats. Aquestincrement en l’estudi de processos biològics,mitjançant tècniques de simulacióassistida per ordinador, és degut a dosfactors fonamentals. D’una banda, lesnoves generacions d’ordinadors que proporcionenuna major potència de càlcul irepresentació gràfica i, de l’altra, el desenvolupamentde nous mètodes i algoritmesen camps com la bioestadística, bioinformàtica,física o química. Aquest grupd’investigació aplica eines bioinformàtiques,com alineament múltiple de seqüència,mètodes estadístics, recerquesen bases de dades, gràfics moleculars,3D-QSAR, i simulacions de dinàmicamolecular, per al disseny molecular de lligandsi per estudiar les relacions estructura-funcióde receptors acoblats a proteïnesG. Aquests receptors són la quartafamília més nombrosa en el genomahumà amb més de 1000 seqüències i ladiana farmacológica del 50% dels fàrmacsusats clínicament.Mecanismes de transduccióde senyalsEls receptors de membrana units a sistemesefectors a través de proteïnes G, representenun dels mecanismes cel·lularsmés importants de transducció de senyals.Aquests receptors són capaços de reconèixersenyals químics (neurotransmissors,hormones, pèptids, sabors, olors,entre altres), com físics (fotons de llum) iregular multitud de funcions fisiològiques.Com a exemple, podem indicar que estanrelacionats amb malalties neurodegenerativescom ara el Parkinson o l’Alzheimer;regulen funcions com per exemple l’ansietat,la demència, l’esquizofrènia, la depressió,etc.; són el major coreceptor del virusde la sida sent responsables de la transmissióde la malaltia, i són responsables demalaties hereditàries per mutacions espontàniesen l’estructura que els fan constitutivamentactius. Són, per tant, una dianafonamental d’empreses farmacèutiques,en el seu afany per tal de dissenyar nousfàrmacs. La construcció de models de receptor(vegeu figura) a partir de tècniquesde modelització molecular assistida perordinador, ha esdevingut una eina útil pera aquest disseny.■CapLeonardo PardoIntegrantsM. Campillo, X. Deupi, N. Doelker,J. Opacic i I. RodríguezPeríode1995-2003Nombre de publicacions29Hores usades (2,31%)CPQ: 27.174 hN/V: 63.715 hIBM: 1.168 hAltres: 323 hTots els membres de la família de receptors acoblatsa proteïnes G tenen un N-terminal extracel·lular,un C-terminal intracel·lular, i set hèlixsque travessen la membrana cel·lular (en vermell),units per llaços hidrofílics. Són capaços de reconèixersenyals extracel·lulars i transmetre’lscap a l’interior de la cèl·lula, mitjançant un canviconformacional.PUBLICACIONS• “Dihydro-β-agarofuran Sesquiterpenes asInhibitors of the Multidrug-Resistance Phenotype”.J. Med. Chem. 2004. 47, 576-587• “Ser and Thr Residues Modulate the Conformationof Pro-kinked α-helices”. Biophys.J. 2004. 86, 105-115.• “Modulation of Ligand Selectivity Associatedwith Activation of the FSH Receptor”. Mol.Endocrinol. 2004. 18, 2061-2073.• “A Molecular Dissection of the GlycoproteinHormone Receptors”. Trends Biochem. Sci.2004. 29, 119-126.• “Computational Simulation of Ligand-ReceptorInteraction of 5-HT1AR Agonists”.J. Med. Chem. 2005. 48, 2548-2558.• "Linking Ligand Binding to Activation of theHistamine H1 Receptor”. Nature Chem. Biol.,1, 98-103 (2005).• “An Activation Switch in the Rhodopsin Familyof G Protein Coupled Receptors”. J. Biol.Chem., 280, 17135-17141 (2005).• “A Three-Dimensional Pharmacophore Modelfor 5-HT6 Receptor Antagonists”. J.Med. Chem., 48, 4216-4219 (2005).

Modelització biomolecularAnàlisi computacional de biomolècules“L'ús de tècniques de simulació, des de microscòpiques amacroscòpiques, per entendre el funcionament dels processos onparticipen biomolècules.”El projecte té com a objectiu generalla modelització mitjançantmètodes computacionals de sistemesmoleculars d'interès biològic.Aquests processos són molt variatsi els nostres estudis van des de la comprensióa nivell microscòpic de l'origende la reactivitat enzimàtica, o les interaccionsmoleculars, fins a la modelitzacióde xarxes de regulació gènica en sistemesmulticel·lulars.En particular, hem usat els recursosde supercomputació en camps tan diversoscom l'estudi de la reactivitat enzimàticaen selenoproteïnes i en GTPases, elsmecanismes de regulació de l'activitatenzimàtica mitjançant interacció de proteïnesen el cas d'enzims que hidrolitzenGTP i ATP, la caracterització mitjançantpotencials d'interacció molecular delcentre d'unió de la transcriptasa inversadel virus de la sida a diversos inhibidors,Cap Jordi Villà i FreixaIntegrants M. Barbany, A. Nonell, M.Johnston, A. L. Garcia-Lomana, A. KareemKhan, J. C. Corchado (Universidad deExtremadura), i F. Sanz.Visitants: G. Caltabiano (Università di Catania),G. de Fabritiis (University CollegeLondon) i A. Obarska (International Instituteof Molecular and Cell Biology, Polònia)Període 1992-2004Nombre de publicacions 26Hores usades (1,62%)CPQ: 23.479 hN/V: 16.083 hIBM: 24.664 hAltres: 647 hla simulació del potencial químic en canalsiònics o la simulació mitjançat extensossistemes d'equacions diferencials delprocés de diferenciació cel·lular durantel desenvolupament de la placoda òticaen vertebrats i la seva relació amb la xarxade regulació gènica subjacent. De fet,un dels camps de màxim interès en elspropers mesos és la integració de dadesd'expressió gènica temporal provinentsessencialment de micromatrius de DNA id'experiments ChIP-on-chip en els nostresmodels macroscòpics.Per tal de poder assolir aquests objectius,el grup ha treballat de forma especialen el desenvolupament de noves einesde simulació (http://diana.imim.es/software.php).En concret, tres grans paquets deprogramari propi (i en dos casos de codilliure) s'han instal·lat i utilitzat en les màquinesdel CESCA. El primer programa, MIP-Sim va ser desenvolupat a la fi de la dècadadels 90 i ha estat revisat i actualitzat profundamenten els darrers anys. MIPSim, escriten Fortran77, consisteix en un conjuntde programes per a l'anàlisi de la similaritatmolecular entre molècules basat encamps d'interacció molecular.El segon paquet desenvolupat, elprograma Adun, constitueix una peçaCaracterització de la interfície d’unió entre CDK2 iCiclina A en funció de l'estabilitat dels residus implicats.clau en la majoria dels projectes de simulaciómicroscòpica del grup. El programa,desenvolupat en C i Objective C,treu el màxim profit de les capacitats delsegon llenguatge per tal de construir unmarc general on altres investigadors puguinimplementar de forma senzilla elsmòduls que desenvolupin.Finalment, el programa ByoDyn, escriten Python, suposa un embolcalladient per a la interacció del biòleg experimentalamb el programari de càlcul,per tal de testejar els seus models macroscòpicsde processos dinàmics enxarxes metabòliques, de proteïnes o deregulació gènica.■notch NOTCH NOTCHGLI deltaSimulació de l’estat estacionari del procés de formació de patró en el desenvolupament de la placodaòtica en pollet.PUBLICACIONS• “The Role of Residue Stability in TransientProtein-Protein Interactions Involved in EnzymaticPhosphate Hydrolysis. A ComputationalStudy”. Proteins: Structure, Function andBioinformatics, 2005, in press.• “Framework Based Design of a New all-PurposeMolecular Simulation Application: TheAdun Simulator”. J. Comp. Chem., 2005, 26,1647-1659.• “Towards a MIP-Based Alignment and Dockingin Computer-aided Drug Design”.Proteins: Structure, Function and Bioinformatics,2004, 56, 585-594.• “On the Generation of Catalytic Antibodiesby Transition State Analogs”. ChemBioChem,2003, 4, 277-285.TERAFLOPOctubre 2005

Els 10 projectesde més consumDes del 1996 a la fi del 20041. Estructura electrònica de molècules isòlids inorgànicsSantiago Álvarez (UB, 11%)2. Estructura i reactivitat de complexosamb metalls de transició: aplicacionsen química ambiental i en sistemesd’interès bioquímicMariona Sodupe (UAB, 9%)123. Reconeixement molecularModesto Orozco (UB, 8%)4. Modelització molecular de sistemesamb metalls de transicióAgustí Lledós (UAB, 7%)345. Models ab initio en catàlisi heterogèniai ciència de materialsFrancesc Illas (UB, 7%)6. Des de la Química Molecular fins laBiologia Molecular: alguns fenòmensdeguts a la dinàmica dels nuclisJosep Maria Lluch (UAB, 7%)567. Estabilitat química i enzimàtica de nousantibiòtics beta gamma-lactàmicsFrancisco Muñoz (UIB, 6%)8. Estudi i disseny de processos catalíticsenantioselectiusJosé M. Saà (UIB, 4%)789. Dinàmica de reaccions químiques elementalsAntoni Aguilar (UB, 4%)10. Enginyeria de cristalls molecularsd’interès tecnològicJuan José Novoa (UB, 3%)910EditaGran Capità, 2-408034 BarcelonaTel. 93 205 6464Fax: 93 205 6979http://www.cesca.esteraflop@cesca.esPatrocinaUniversitat de BarcelonaUniversitat Autònomade BarcelonaUniversitat Politècnicade CatalunyaUniversitat Pompeu FabraUniversitat de GironaUniversitat Rovira i VirgiliUniversitat de LleidaUniversitat Obertade CatalunyaUniversitat Ramon LlullCSICAmb el suportTERAFLOPDIRECTORMiquel HuguetCOORDINACIÓTeresa ViaREDACCIÓElisabeth MartíSílvia SalgadoCOL·LABORACIÓGlòria Fontova (TERMCAT)DISSENY I PRODUCCIÓSubirà-Associats.comExemplar gratuït D L: B-33512-94 ISBN: 1134-6671