Kuantum kimyasal ve moleküler dinamik yöntemler kullanılarak (statik QM/PCM, QM/MM ve dinamik QM/MM olarak) boyar maddelerin farklı polariteye sahip ortamlarda soğurma-ışıma enerjileri ve elektronik yapı hesabı

Soğurma ve emisyon olaylarında çözgene bağlı solvatokromik ve Stoke's kaymalarını İndole molekülünün metil sübstitüenti ve Coumarin molekül türevlerinin Asetontiril (ACN), Diklorometan (DCM) ve Siklohekzan (CHX) çözgenleri içinde camB3LYP/LR ve SS yöntemleri kullanılarak araştırmalar yapılmıştır. Aynı şekilde bu moleküllerin soğurma ve emisyon spektraları aynı çözgenler içinde alınmış, polarite artıkça emisyonlarında batokromik (kırmızı) bölgeye doğru kaydığını hem deneysel hem de PCM/SS (non-eq) metotu ile gösterilmiştir. Tüm çözgen kaymaları polaritesi en düşük olan CHX göre referans alınmıştır. Çözgenin polaritesi artıkça SS metottu LR metotuna göre daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Bununla birlikte, soğurmadaki deneysel kaymalar, CHX'e göre 0.17 nm ile 5 nm arasında kalmıştır. Hesaplanan soğurmanın 2 nm'nin altına kaydığında, L.R. teorisinden deneysel ile daha iyi sonuçlar alırken, bu fark 5 nm'ye yükseldikçe S.S. yönteminin daha doğru kaymalar vereceği görülmüştür. Deneysel ve teorik hesaplamalardan elde edilen soğurma bant şekillerinde benzerliği yakalamak ve hesaplanan durumların iç vibronik titreşimini işaretlemek için Franck-Condon (FC) hesaplaması yapılmıştır. Hesaplamalı yöntemlerde rijit moleküllerin dinamik emisyon olayını aydınlatmak çok zor yöntemdir. Fakat son yıllardaki teknolojik gelişmeler deneysellerle elde edilen sonuçlara yakın gerçekçi bir modelin yapılmasını mümkün kılmıştır. Bu çalışmada XIV gerçekçi bir yaklaşıma yapmak adına Hibrit yöntem olan kuantum mekanik ve moleküler mekanik yöntemleri birleştirip eş zamanlı çözümüne imkân sunan bir simülasyon tekniği geliştirilerek modellenmiştir. Hibrit yöntem sayesinde hedef molekülü ile onun etrafını saran çözelti molekülleri arasındaki etkileşimler verimli bir şekilde hesaplanmıştır. Bu bağlamda COBRAMM arayüz protokolü kullanılarak mekanik seviyede AMBER, kuantum seviyesinde GAUSSİAN 16 AVX2 paket programları aracılığı ile TIP3P su molekülü içinde ve oda sıcaklığında 50 nanometrelik bir çap içinde su moleküleri mobil faz olarak ayarlanmıştır. Eş zamanlı olarak QM/MM hesabı ile hem taban hem de uyarılmış durumda tüm sistem optimize edilmiştir. S1 optimizasyonu 120 döngü içinde tamamlanırken, S0 optimizasyon döngüsü bazı su moleküllerin ani librasyon hareketlerinden kaynaklı hesaplama süreleri uzamıştır. Böylesi durumlarda optimizasyon RMS/D değerleri kaosa neden olması nedeniyle mobil fazların sayıları azaltılmıştır. Optimizasyon işleminden sonra sistemin S0-S3 arasındaki dört enerji 150 ile 200 femtosaniye (fs) zaman aralığında hesaplanmıştır. Ultra hızlı zaman aralığında hesaplanan bu değerler sayesinde çözücü molekülünün fiziksel olarak hedef molekülden nasıl etkilendiği ve aralarındaki etkileşmeleri açıklamak için ortalama zayıf etkileşim analizi (aRDG) ve radyal dağılım fonksiyonları (RDF) hem tek hem de çok boyutlu olarak hesaplanıp açıklanmıştır. Dinamik süreç boyunca taban ve uyarılmış enerji durumlarındaki dalgalanmalardan yola çıkarak soğurma ve emisyon enerjileri, spektrum şekline dönüştürülmüştür. Her yöntemin birbirine göre üstünlüğü ve eksik yanları tartışılmasının yanı sıra hibrit yöntemin istatiksel bir yorumla daha iyi sonuçlar verdiği kaydedilmiştir.