Mezimolekulové interakce

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Mezimolekulové interakce"

Drahomíra Havlová
před 5 lety
Počet zobrazení:

interakcí výpočetní metody empirické metody kvantové metody metody výpočtů Gibbsovy energie harmonická

1 Mezimolekulové interakce, od teorie po interakce biomolekul s grafenem Pavel Banáš Mezimolekulové interakce slabé mezimolekulové interakce fyzikální původ mezimolekulárních interakcí poruchová teorie mezimolekulárních interakcí výpočetní metody empirické metody kvantové metody metody výpočtů Gibbsovy energie harmonická aproimace dynamické metody možné aplikace systém grafen - grafen hydrogenace grafenu systém GNRA tetraloop - grafen 1

2 Slabé mezimolekulové interakce Kovalentní vazba ~ 4 kj/mol H-H ~ 6 kj/mol C=C Iontová vazba ~ 4 kj/mol Vodíková vazba ~ kj/mol Disperzní interakce ~ kj/mol interakce permanentních a indukovaných elektrických multipólů Interakce mezi fluktuacemi elektronové hustoty disperzní interakce Slabé mezimolekulové interakce aktní řešení Schrödingerovy rovnice D INT = AB - A - B Symmetry-Adapted Perturbation Theory H = F A + F B + W A + W B + V Intermolekulární interakční operátor Fockovy operátory monomerů Møller-Plessetovy fluktuační operátory D INT = ls + -Rep + Ind + Disp +

Slabé mezimolekulové interakce aktní řešení Schrödingerovy rovnice D INT = AB - A - B Symmetry-Adapted Perturbation Theory D INT = ls + -Rep + Ind + Disp + Hydrofobní efekt Stačí

3 Slabé mezimolekulové interakce aktní řešení Schrödingerovy rovnice D INT = AB - A - B Symmetry-Adapted Perturbation Theory D INT = ls + -Rep + Ind + Disp + Hydrofobní efekt Stačí dobrý popis ls a Disp nutný popis entropie Chandler, Nature 5 Výpočetní metody Molekulová mechanika D INT = ls + -Rep + Disp + Ind + Uspokojivá přesnost Velmi dobrý popis Chybí!! 3

4 Výpočetní metody Molekulová mechanika D INT = ls + -Rep + Disp + Ind + Uspokojivá přesnost Velmi dobrý popis Chybí!! Velmi levná výpočetní metoda Relativně dobrý popis mezimolekulárních interakcí Dobrý popis konformačního chování biomolekul Možnost dynamiky na škálách ~1 ns 1 ms Popis systémů se ~1 atomy Nepopíše chemickou reakci Nepopíše polarizační efekty a charge transfer Výpočetní metody Kvantová mechanika D INT = ls + -Rep + Disp + Ind + Coupled Clusters aktní popis systému reakce, D INT, etc. Chybí v DFT!! Velmi drahá metoda Nelze počítat dynamiku Popis systému s ~ 1-1 atomů Metody funkcionálů hostoty Relativně dobrý popis systému reakce, D INT, etc. Možnost dynamiky na škálách ~1 ps Popis systému s ~ 1 atomů Chybí disperze dodává se empiricky 4

Výpočetní metody Hybridní QM/MM metody Spojuje výhody obou metod, částečně eliminuje nevýhody Časová náročnost jako QM metoda Výpočetní metody Hybridní QM/MM metody Spojuje výhody obou metod,

5 Výpočetní metody Hybridní QM/MM metody Spojuje výhody obou metod, částečně eliminuje nevýhody Časová náročnost jako QM metoda Výpočetní metody Hybridní QM/MM metody Spojuje výhody obou metod, částečně eliminuje nevýhody Časová náročnost jako QM metoda mpirický popis celé biomolekuly popř. systému grafen - biomolekula MM QM Přesný popis elektronové struktury Kvantový popis chemické reakce 5

6 Metody výpočtů Gibbsovy energie harmonická aproimace... 1 analyticky řešitelná partiční funkce Není potřeba dynamiky samplování fázového prostoru Relativně levný výpočet optimalizace geometrie +.

6 6 Metody výpočtů Gibbsovy energie harmonická aproimace... 1 analyticky řešitelná partiční funkce Není potřeba dynamiky samplování fázového prostoru Relativně levný výpočet optimalizace geometrie +. derivace energie Kompletní zanedbání anharmonicity vibrací molekul Vypočte Gibbsovu energii asociovanou s jedním makrostavem Metody výpočtů Gibbsovy energie harmonická aproimace... 1 analyticky řešitelná partiční funkce Není potřeba dynamiky samplování fázového prostoru Relativně levný výpočet optimalizace geometrie +. derivace energie Kompletní zanedbání anharmonicity vibrací molekul Vypočte Gibbsovu energii asociovanou s jedním makrostavem

7 Metody výpočtů Gibbsovy energie dynamické metody Accelerated molecular dynamic chemical flooding Free energy sampling potential of mean force techniques Umbrella sampling ~ ep G RT Thermodymanic integration G d Metody výpočtů Gibbsovy energie dynamické metody Accelerated molecular dynamic chemical flooding Free energy sampling potential of mean force techniques Velmi levné pro systém, kde stačí MM - ~1 ns 1 ms Započtena anharmonicita Středování přes všechny teplotně dostupné metastabilní makrostavy Popis hydrofóbního efektu nutnost robustního samplingu problém pro QM Relativně drahé pro chemické reakce - ~1 ps 7

neperiodické modely koronen, ovalen, periodické modely

8 Modelování grafenu Molekulová mechanika neperiodický model periodický model modifikace softwaru Kvantová mechanika neperiodické modely koronen, ovalen, periodické modely Interakce grafen - grafen Fleibilita jednoho solvatovaného grafenu 8

9 Interakce grafen - grafen Fleibilita jednoho solvatovaného grafenu Fleibilita dvou grafenů Oddělených monomolekulární vrstvou vody Interakce grafen - grafen Fleibilita jednoho solvatovaného grafenu Fleibilita dvou grafenů Oddělených monomolekulární vrstvou vody Ve stacku Potention of mean force 9

10 Hydrogenace grafen Vhodné pro QM/MM metody lias, D.C., Science 9 Funkcionalizace povrchu biomolekulami Detekce nanotubiček biosenzor funkcionalizovaný G-kvadrupley Peng, Y., JACS 9 1

11 Laboratoř výpočetní chemie Michal Otyepka Iveta Bártová Petr Jurečka Pavel Banáš František Karlický Karel Berka Petr Sklenovský Tomáš Zelený Petra Florová Marie Zgarbová Tereza Hendrychová Mikuláš Kocman Vojtěch Mlýnský 11

Podobné dokumenty

Mezimolekulové interakce

Mezimolekulové interakce Interakce molekul reaktivně vzniká či zaniká kovalentní vazba překryv elektronových oblaků, mění se vlastnosti nereaktivně vznikají molekulové komplexy slabá, nekovalentní, nechemická,