Kompyuter kimyo

bu yerda, €_ijva σ_ij potensial o’ra chuqurligini ifodalovchi kattaliklar.

MM usuli programmalari С atomlarini va boshqa atomlarni gibridlanish holati va strukturasining o’ziga xos xususiyadarini to’liq namoyon etishi uchun parametrlash jarayonida qaytadan nomerlangan (-jadval). Masalan, har bir sinf birikmalaridagi С atomining electron tuzilishlarini inobatga olgan holda С atomi uchun 15 ta raqamlash kiritilgan. Alkenlardagi sp²-gibridlangan С atomi karbonildagi sp²-gibridlangan С atomidan farq qilishi maktab kimyosidan ma’lum. Kislorod atomi uchun 7 xil, N atomi uchun 10 xil raqamlash kiritilgan.

1. 
   MM2 (ChemOffice);
   
2. 
   MMX (PCModel);
   
3. 
   MM+, Amber, OPLS, BIO+ (HyperChem);
   
4. 
   Ghemical, MMFF94, MMFF94s, UFF (Avogadro);
   
5. 
   UFF, Dreiding, Amber (Gaussian). UFF-universal force field (Universal kuch maydoni), MMFF-Merk Molecular Force Field.
   

Ayrim MM usullari atom zaryadlari va hosil bo’lish issiqligini hisoblashga parametrlangan.

Molekulyar dinamika

Molekulyar dinamika molekulalarning harakatini mikrodarajada modellash orqali ma’lum birikmalarning fizikaviy makroxarakteristikalarini aniqlash imkonini bermoqda. Makroxarakteristikalar - molekulalarning ma’lum vaqt davomida fazodagi harakati natijasida qoldirgan izi, ya’ni trayektoriyasini qayd qilish orqali aniqlanadi.

Molekulyar dinamikada zarrachalarning harakati (dinamikasi) Nyuton qonunlari bilan ifodalashnadi (F=ma, F=-F). Atomlarning harakatini modellashtirish jarayonida har bir atomga ta’sir qiluvchi kuch (F) quyidagicha topilishi mumkin:

bu yerda, U-potensial energiya funktsiyasi, r-i atomning holati. Tezlanish (a), tezlik (v) va holat o’zgarishi (r_i) quyidagi ifodalar bilan aniqlanadi.

Umumiy energiya kinetik (k) va potensial (u) energiya yig’indisidan aniqlanadi. Potensial energiya mm usuludagi umumiy energiyani toppish formulasidan, yani: u = Е_{bog ’}+ Е_vb + Е_tb + Е_VdV + Е_Kulon topiladi. Kinetik energiya quyidagi ifoda yordamida hisoblanadi:

Zarrachalarning ma’lum bir vaqt ichidagi harakatining (trayektoriyasining) sanoqli yechimini topish uchun funksiyalarni Taylor qatoriga yoyish kabi amaliyotlaridan foydalaniladi.

t+Δt vaqtdagi holati (sistema dinamikasining 1-chi qadami) quyidagicha aniqlanadi:
x(t+ Δt) yordamida x(t+2Δt) aniqlanishi mumkin. Xuddi shuningdek, dasdabki tezlik v(t) yordamida keyingi qadamdagi tezlik v(t+At) aniqlanishi mumkin.

Trayektoriyani vaqt bo’yicha ifodalash qoidalari.

Trayektoriyalar temperature va bosim ta’sirini o’zgarishi ta’sirini inobatga olgan holda yozilishi mumkin. Vaqt o’lchovi sifatida - femtosekund (10^-15s.), pikosekund (s) yoki nanosekund olinadi. Quyida vaqt davomida sistema energiyasi o’zgarishini ko’rsatuvchi diagramma keltirilgan.

Vaqt davomida sistema energiyasi o’zgarishini ko’rsatuvchi MD hisoblash diagrammasi.

Bugungi kunda biologik makromolekulalarni o’rganishda MD usullari keng qo’llanilmoqda. MD usullarida ta’sirlashayotgan biologik sistemalarning energetik sathdagi global minimumini topish makromolekulada mavjud bo’lgan ko’pchilik lokal minimumlar tufayli juda murakkab. Shuning uchun ham tarkibida 1000-dan ortiq suv molekulasini, ligand molekulasini va makromolekulani birgalikda qo’shib hisoblaydigan MD hisoblashlari asosan superkompyuterlarda olib boriladi. Masalan, quyidagi oqsil molekulasini (a) MD usulida o’rganish uchun 15800-ta suv molekulasini tutgan sferik yacheyka hosil qilingan (b):


Oqsil molekulasini va 15800-ta suv molekulasini tutgan sferik yacheyka.

Ushbu ko’rinishdagi sistemalarni talab qilingan qadam (500 qadam/1 ps) va tezlikni (24 qadam/sek) inobatga olgan holda 30 ns davomidagi dinamikasini shaxsiy kompyuterlarda hisoblash uchun qariyb 20000 soat (833 kun) vaqt ketadi. Superkompyuterlarda qariyb 1 oy mobaynida hisoblash mumkin.

MD hisoblashlarini uchun mo’ljallangan Gromacs, LAMMPS, AMBER, Monte Carlo va boshqa programmalar mavjud. HyperChem programmasida ham kichik molekulalar uchun MD hisoblashlarini ma’lum vaqt davomida qizdirish yoki sovitish natijasida umumiy energiya o’zgarishini hisoblash mumkin. Undan tashqari, birikmalarni suv muhitidagi (200-dan ortiq suv molekulasini tutgan to’rtburchak yacheyka) ma’lum bir vaqt oralig’idagi dinamikasini hisoblash mumkin.
Foydalanilgan adabiyotlar:

1. 
   J.C.Cramer, Essentials ofcomputational chemistry. Theories and Models. Second Edition. John Wiley.2004.
   
2. 
   A.G.Eshimbetov, A.X.Xayitboyev, S.A.Maulyanov, H.S.Toshev. Kompyuter kimyosi. O’zMU. 2015. 112 b.
   
3. 
   Кларк Т. Компьютерная химия, М., Мир, 1990.
   

MO AOChK (MO ЛКAO) Valent elektronlar yondoshuvi. Yarim empirik usullar

Reja:

1. 
   Kvant-mexanikasining asosiy tenglamasi
   
2. 
   Atom orbitallar va molekulyar orbitallar
   
3. 
   Sleyter va Gaussian tipidagi atom orbitallar
   

Kvant-mexanikasining asosiy tenglamasi

Kvant-mexanika qoidalariga muvofiq, molekulaning tuziUshi va xususiyatlari uning to’lqin funksiyalari(ᴪ) orqali aniqlanishi mumkin. To’lqin funksiya kvant-mexanikasining asosiy tenglamasi hisoblangan Shredinger tenglamasi asosida hisoblab topilishi mumkin:
HΨ = EΨ (1)

Ma’lumki, Shredinger tenglamasi faqat bir elektronli sistemalar (H, H₂⁺ va He⁺ ) uchun yechimga ega.

bu yerda, LT-potensial energiya bo’lib, klassik mexanika va kvant mexanikasida z zaryadli zarrachaning yadro yaqinidagi potensial energiyasi –ze²r ifoda bilan aniqlanadi. 2-Tenglamaning birinchi qismi kinetik energiyani ifodalaydi

yoki

bu yerda Δ-Laplas operatori.