Kimyoviy kompyuter modellash




Download 14.25 Mb.
bet3/23
Sana23.12.2019
Hajmi14.25 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23


bu yerda, €ijva σij potensial o’ra chuqurligini ifodalovchi kattaliklar.



Kulon ta’sirni to’liq ifodalovchi formulalar quyidagicha:
bu yerda, q1 va q2 o’zaro ta’sirlahsyotgan ikkita zarrachaning zaryadi, r- qx va q2 orasidagi masofa, £0 - elektr doimiysi: £0 =8.85-10"12 Farada/metr , £ - zaryad atrofidagi muhitning dielektrik singdiruvchanligi.

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.



-Jadval. MM usulida atomlarning turlari va raqamlanishi


Raqam

Simvol

Tavsifi

Raqam

Simvol

Tavsifi

1

С

sp3-uglerod

28

H

enol yoki amid

2

С

sp2-uglerod, alken

48

H

ammoniy

3

С

sp3-uglerod, C=0(N)

36

D

deyteriy

4

С

sp-uglerod

20

EJ

electron juft

22

С

Siklopropan

15

S

sulfide, R2S

29

С-

radikal

16

S+

R3S+

30

С+

karbokation

17

s

Sulfoksid, R2SO

38

С

sp2-uglerod,siklopropen

18

s

R2SO2

50

С

sp2-uglerod, aromatik

42

s

sp2-S, tiofen

56

С

sp3-C, siklobutan

11

F

ftorid

57

С

sp2-C, siklobuten

12

Cl

xlorid

58

С

Karbonil, siklobutanon

13

Br

bromid

67

С

C=0, siklopropanon

14

I

yodid

68

С

Karbonil, keten

26

В

Boron, trigonal

71

С

Keton uglerodi

27

В

Boron, tetroganal

8

N

sp3-azot

19

Si

silan

9

N

sp3-azot, amid

25

P

Fosfin, R3P

10

N

sp-azot

60

P

5 valentli P

37

N

Azo yoki piridin, -N=

51

He

geliy

39

N+

sp3-N, R4N+

52

Ne

neon

40

N

sp2-azot, pirrol

53

Ar

argon

43

N

Azoksi, -N=N-0

54

Kr

kripton

45

N

Azid

55

Xe

ksenon

46

N

Nitro, -N02

31

Ge

germaniy

72

N

Imin, oksim, =N-

32

Sn

qalay

6

0

sp3-kislorod

33

Pb

Qo’rg’oshin, R4Pb

7

0

sp2-kislorod, karbonil

34

Se

selen

41

0

sp2-kislorod, furan

35

Те

tellur

47

0"

karboksilat

59

Mg

magniy

49

0

epoksi

61

Fe

Temir (II)

69

0

Amin oksid

62

Fe

Temir (III)

70

0

keton

63

Ni

Nikel (II)

5

H

Vodorod

64

Ni

Nikel (III)

21

H

Spirtlardagi, OH

65

Co

Kobalt (II)

23

H

Amin, NH

66

Co

Kobalt (III)

24

H

Karboksil, COOH










Bugungi kunda, ko’pchilik hisoblash majmualari uchun MM usullari yaratilgan va 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.

MM usuli kvant-kimyoviy usullarga nisbatan juda tezkor usul sanaladi. Lekin, aniqligi yarim empirik va noempirik usullarnikiga nisbatan past. MM usullarida N, O kabi atomlaridagi bog’lanmagan elektron juft ta’sirlashuvlari to’liq inobatga olinmagan. Tautomerlar, konformerlar va boshqa birikmalarning umumiy energiyasi hisobida tajriba bilan mos tushadigan ma’lumotlar olingan.

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


Keyingi vaqtlarda MM usulining tezkorligi asosida kvant-kimyo va MM usullari birlashtirgan, gibrid usullar (QM/MM) yaratish ustida izlanishlar olib borilmoqda. Bunga misol qilib Morokumaning ONIOM usulini misol qilib keltirish mumkin.

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 (ri) 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 = Еbog ’+ Еvb + Еtb + ЕVdV + ЕKulon 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.



Zarrachaning x o’qi bo’yicha dastlabki (t vaqtdagi) holati va tezligini quyidagicha aniqlab olsak:





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.

4-MA’RUZA

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.



Klassik mexanikada x o’qi bo’ylab xarakadanayotgan zarrachaning umumiy energiyasi E=T+U ifoda bilan topiladi. Kvant mexanikasida esa uning umumiy energiyasi gamiltonian operatori (H) yordamida aniqlanadi:

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




Elektronning harakati koordinatalar o’qining hamma qismida qaraladigan bo’lsa 2-chi ifoda quyidagi ko’rinishga keladi:

yoki


bu yerda Δ-Laplas operatori.



Download 14.25 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23




Download 14.25 Mb.

Bosh sahifa
Aloqalar

    Bosh sahifa



Kimyoviy kompyuter modellash

Download 14.25 Mb.