molekula modellez s n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Molekula-modellezés PowerPoint Presentation
Download Presentation
Molekula-modellezés

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 43

Molekula-modellezés - PowerPoint PPT Presentation


  • 193 Views
  • Uploaded on

Molekula-modellezés. megértés adatgyűjtés tervezés. Ajánlott irodalom. W.J. Hehre, L. Radom, P.v.R. Schleyer, J.A. Pople, Ab Initio Molecular Orbital Theory, Wiley, New York, 1985. G. Náray-Szabó, P.R. Surján, J.G. Ángyán, Applied Quantum Chemistry, Akadémiai, Budapest, 1987.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Molekula-modellezés' - zaria


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
molekula modellez s

Molekula-modellezés

megértés

adatgyűjtés

tervezés

aj nlott irodalom
Ajánlott irodalom
  • W.J. Hehre, L. Radom, P.v.R. Schleyer, J.A. Pople, Ab Initio Molecular Orbital Theory, Wiley, New York, 1985.
  • G. Náray-Szabó, P.R. Surján, J.G. Ángyán, Applied Quantum Chemistry, Akadémiai, Budapest, 1987.
  • K.B. Lipkowitz, D.B. Boyd, Reviews in Computational Chemistry, VCH, New York, Vols. 1-14, 1990-2002.
  • Keserű Gy., Náray-Szabó G., Molekulamechanika, Kém. újabb eredm. 80. köt., Akadémiai, 1995, 7-98. old.
anyagi tulajdons gok
Anyagi tulajdonságok
  • Legtöbb esetben visszavezethetők a molekulák tulajdonságaira
  • hullámfüggvény  mérhető mennyiségek
  • molekulatulajdonságok + kölcsönhatások + statisztikus leírás = makroszkopikus mennyiségek
dirac egyenlet
Dirac-egyenlet
  • ih/2π.Φ/t = Hrel.Φ
  • Hrel = c.( + e/c.A) - eV + mc2
  • A: vektorpotenciál
  • V: skalárpotenciál
  • : spinnel összefüggő 4x4 mátrix
  • : egységmátrixból épül fel
  • Φ: négy komponensű vektor
  • spin-spin, spin-pálya csatolás leírásánál közvetlen,
  • nehéz (Z > 40) atomoknál közvetett jelentőség
schr dinger egyenlet
Schrödinger-egyenlet
  • ih/2π.Φ/t= HΦ
  • H = T + V
  • Φ(r,R,t)
  • r: elektronkoordináták
  • R: magkoordináták
  • t: idő
  • általános megoldás:
  • ab iníció molekuladinamika
  • bonyolult kémiai reakcióknál fontos
stacion rius rendszerek
Stacionárius rendszerek
  • Hn = En.n
  • n (r,R)
  • T =  i
  • V = Vee + Vem+ Vmm
  • Vee =  1/rij
  • Vem=  Za/ri -Ra
  • Vmm=  Za Zb/Ra- Rb
born oppenheimer k zel t s
Born-Oppenheimer közelítés
  • A magok sokkal nehezebbek, mint az elektronok, ezért mozgásuk szétcsatolható
  • (r,R)  el(r).m(R)
  • E = Ee + Em
  • a magok az elektronok által meghatározott potenciálfelületen mozognak
  • kivétel: pl. vibronikus kölcsönhatások
konfigur ci s k lcs nhat s ci
Konfigurációs kölcsönhatás (CI)
  • hullámfüggvény
  • ψ = det|φi (j)|
  • el = ΣCLψL
  • a kémiai intuíció alapján választjuk ki a fontos konfigurációkat
  • N5, N6 függés, 10-20 nehéz atom
  • fontos az alábbi esetekben:
  • - elektrongerjesztések
  • - kötések torzulása
  • - diszperziós kölcsönhatások
hartree fock m dszer hf
Hartree-Fock módszer (HF)
  • HF = det|φi (j)|
  • elektronkorreláció:
  • vs. HF
  • N4 függés
  • nagy bázis: 50-60 nehéz atom
  • minimális bázis: 200 nehéz atom
  • egy-elektron tulajdonságok megbízhatóan számíthatók
lcao m dszer
LCAO módszer
  • φi = ciu
  • Fci = iSci
  • Fock operátor
  • F = H +
  • P [() - 1/2()]
atomp ly k ao
Atompályák (AO)
  • Slater-függvény
  • unlm(r,θ,φ)=Nrn-1 exp(-ζn.r)Ylm(θ,φ)

s p

dxy dz2

atomp ly k ao1
Atompályák (AO)
  • Gauss-függvény
  • primitív: guvw(r)= Nxuyvzwexp(-ζuvw.r2)
  • kontrahált: unlm(r,θ,φ) = Σ guvw(r)
  • az egzakt AO-nak „hegye” van (cusp)
b zisrendszerek
Bázisrendszerek
  • minimális (STO-3G): atompályánként 1 bázisfüggvény
  • split valence: vegyértékpályánként 2 bázisfüggvény (pl. 3-21G, törzs: 3, vegyérték: 2+1)
  • double zeta (DZ): atompályánként 2 bázisfüggvény
  • polarizációs: nagyobb mellék-kvantumszámú AO-k is, pl. 6-31G*
  • diffúz: polarizációs+igen kis pályaexponensű tagok, pl. 6-31+G**
molekulap ly k mo
Molekulapályák (MO)
  • atompályák lineáris kombinációja
  • φi = Σ cia ua
  • kanonikus: sok atomon, megfelel a molekula szimmetriájának
  • lokalizált: döntő részben kötésben lévő atomokon

elektronkonfiguráció:

MO-k és betöltési számok rendszere,

egy-determináns hullámfüggvény

rövidített jelölése

a,b: C2 + vagy -; 1,2: Cv + vagy -

v z kanonikus mo k
Víz kanonikus MO-k

1a122a123a121b221b12

1sO2nσOH2σOH2σOH2nπOH2

pszeudopotenci l
Pszeudopotenciál
  • belső héjak leírása effektív potenciállal (csak a vegyérték-elektronokat vesszük figyelembe)
  • analitikus függvények illeszthetők a numerikus potenciálra
  • nehéz atomokat tartalmazó rendszereknél fontos az alkalmazása
s r s gfunkcion l m dszer
Sűrűségfunkcionál módszer
  • Kohn-Sham-tétel: alapállapotú rendszer energiája felírható mint az elektronsűrűség funkcionálja
  • E = T(ρ) + V(ρ) + Exc(ρ)
  • Hci = iSci
  • H= T + VC + Vem+ Vmm + Vxc(σ)
  • parametrizált, lokális
  • kicserélődési és korrelációs potenciál
  • (Gáspár)
  • Vxc(σ)[ρ(r),Δρ(r)]
  • homogén elektrongázra egzakt képlet
szemiempirikus m dszerek
Szemiempirikus módszerek

Zérus differenciális átfedés

ua(r).ub(r) = δab

Pople: parametrizálás HF eredményekre

Dewar: parametrizálás kísérleti eredményekre

lineáris skálázással: 10 ezer atom

extended h ckel m dszer
Extended Hückel módszer
  • Fock-operátor szétcsatolva
  • F = 1/2K.S (H + H)
  • E = 2 Σocci
  • nincs iteráció
  • átmenetifém-komplexek és
  • fémfelületek nagy modelljeinél még ma is alkalmazzák
h ckel m dszer
Hückel módszer

σ-π szeparálhatóság, ortogonális pz-pályák

  • Hci = ici

H = α

H = β, μ,ν kötésben

H = 0, egyébként

H = α.I+ β.A

I egységmátrix

A szomszédossági mátrix

Molekula = csúcsok (atomok) + élek (kötések)

k miai gr felm let
Kémiai gráfelmélet

1

9

10

2

8

7

3

5

4

6

0 1 0 0 0 0 0 0 0 1

1 0 1 0 0 0 0 0 0 0

0 1 0 1 0 0 0 0 0 0

0 0 1 0 1 0 0 0 0 0

0 0 0 1 0 1 0 0 0 1

0 0 0 0 1 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0 1 0 1 0 0

0 0 0 0 0 0 1 0 1 0

0 0 0 0 0 0 0 1 0 1

1 0 0 0 1 0 0 0 1 0

molekula mechanika
Molekula-mechanika

molekula = rugókkal összekötött gömbök

a potenciálfelület nyújtás, hajlítás, torzió, nemkötő, csatolási tagok egyszerű összege

illesztés kísérleti (I. osztály) vagy pontos kvantumkémiai (II. osztály) adatokhoz

különböző atomfajtákra (sp2, sp3, aromás szén, amin-N, amid-N, stb.) különböző paraméterek

molekula mechanika1
Molekula-mechanika

+ kevert tagok

m dszerek sszehasonl t sa
Módszerek összehasonlítása

Módszerpontosságméretmax. nem-H atom

CCSD(T)/QTZ kvantitatív N6 5-6

MP2/DZP félkvantitatív N4 10-50

DFT/DZP félkvantitatív N3 50-100

HF/DZ kvalitatív N3 100-200

szemiemp. félkvalitatív N2-3 1000

mol. mech. félkvantitatív

(interpoláció) N2-3 10.000

molekulagrafika
Molekulagrafika

vonalas ábrázolás (szuperpozíció)

dopamin-receptorhoz kötődő

ligandumok

molekulagrafika1
Molekulagrafika

térkitöltő: reverz transzkriptáz-RNS-DNS illeszkedés

molekulagrafika2
Molekulagrafika

molekulafelszín (neuraminidáz)

elektrosztatikus potenciál a felszínen (balra)

szintvonalas ábrázolás (jobbra)

be gyaz sos qm mm m dszerek
Beágyazásos (QM/MM) módszerek

A legtöbb kémiai reakció viszonylag kis térrészre lokalizált

Warshel, Náray-Szabó--Surján

Q1: nagy bázis, Q2: kis bázis

POL: minimális bázis (polarizálható),

MM: molekulamechanika

határ-régió: lokalizált pályák vagy

pszeudoatomok

be gyaz sos qm mm m dszerek1
Beágyazásos (QM/MM) módszerek

H(Q12) = T + V(Q12) + V(Q12;POL) + V(Q12;MM) + Vhatár(Q12/POL)

E(Q12) = Ekin(Q12) + Epot(Q12) + Epot(Q12;POL) + Epot(Q12;MM) + Epot(Q12/POL) + Epot(Q12/KONT)

kontinuum m dszerek
Kontinuum-módszerek

töltéseloszlás folytonos

dielektrikumban

- elektron és irányítási polarizáció

- üregképződés

- diszperzió

- oldószer átrendeződése

Poisson-Boltzmann modell:

mozgékony ionfelhő

rr - r2r = - 4r

: dielektromos állandó : elektrosztatikus potenciál : töltéssűrűség

 = 1 az oldószerben, 0 az oldott anyagban

2 arányos az ionerősséggel

kontinuum m dszerek1
Kontinuum-módszerek

Szemiempirikus modellek

polarizáció: oldószerkörnyezet figyelembe vétele a Fock-mátrixban

üregképződés: energiája arányos a nedvesített felülettel

paramétereket kísérleti adatokhoz illesztik

ajánlott módszerek:

AMSOL program (AM1 parametrizáció)

SASA (Solvent Accessible Surface Area)

molekuladinamika
Molekuladinamika

molekula: tömegpontok rendszere

klasszikus mozgásegyenlet

miai = fi

fi = - iV(r1,r2,…,rN)

megoldási algoritmus:

- rendezett vagy véletlenszerű térbeli eloszlás, Maxwell-Boltzmann sebességeloszlás

- ri(t),vi(t),ai(t)  ri(t+Δt),vi(t +Δt),ai(t+Δt)

pl. Verlet algoritmus

- új fi, ai

- új ri(t),vi(t)

- iteráció az egyensúly eléréséig

molekuladinamika1
Molekuladinamika

kondenzált fázisok: periodikus határfeltétel

hőmérséklet

T = C.mivi2

monte carlo m dszer
Monte Carlo módszer

egyensúlyi állapotban, időtől független, átlagolt mennyiségek kiszámítása

energia: Boltzmann-eloszlás

n+1-ik állapot csak az n-iktől függ (Markov lánc)

- V0tetszőleges kiindulási állapotban

- Vi egy részecske véletlenszerű elmozdítása után

- Vi < Vi-1 új konfiguráció, ViVi-1 Boltzmann súlyozás

- iteráció konvergenciáig

- bejárjuk az egész fázisteret

p rkorrel ci s f ggv ny
Párkorrelációs függvény

kölcsönhatási potenciál

V(R) = v1(ri) + v2(ri,rj) + …

V(R)  Veff(R)

párkorrelációs függvény, g(r): annak a véletlenszerű eloszláshoz viszonyított valószínűsége, hogy adott részecskesűrűség mellett két részecskét éppen egymástól r távolságban találunk

energia=kinetikus+potenciális

E/N = 3kBT/2 + 2π v2(r)g(r)r2dr