計算化学 – ウィキペディア、無料​​百科事典

コンピューティング化学 – 分子化学的問題を実装する分子モデリングプログラムを使用して、分子の物理化学的特性を予測するなど、実際の化学的問題を解決する理論化学の分野。断熱または上位分子システム。

計算化学によって予測できる物理的特性の例は、分子構造（分子幾何学 – 分子対称を含む分子の原子を配置する方法）、分子の総エネルギー、分子間の影響、荷重、双極子のモーメント、および高次の特性施設で活動する高次の分子の瞬間の膨大なモーメント、双極性モーメント、および多極のモーメントです。他の多く。時々日付 コンピューティング化学 コンピューター科学と化学の共通エリアが決定されます。コンピューティング化学の最大の沈み込みは、電子構成の理論です。

締め切り 理論化学 化学の数学的記述、および日付として定義できます コンピューティング化学 通常、数学的な方法が十分に開発されている場合は、コンピュータープログラムを使用して使用できるように使用されます。ここでは、この領域では言葉が使用されていないことを強調する必要があります 正確 私 完全 、徹底的に計算できるものはほとんどないためです。それにもかかわらず、化学のほとんどの側面は、定性的または近似の定量的コンピューティングスキームで説明できます。

分子は、量子力学が適用されるtest丸と電子で作られています。計算の化学者は、多くの場合、シュレディンガーの非翻訳者方程式を解決しようとし、相対論的補正を追加しようとしますが、シュレディンガーの完全な相対論的方程式を解決するためのいくつかの進歩がすでに行われています。基本的に、Schrödingerの方程式の解決策は、時間と独立した形式の両方で可能ですが、非常に小さなシステムでのみ行うことができます。非常に多くの近似方法が導入されており、これは精度と計算コストの間の妥協を構成します。現在のコンピューティング化学は、10〜40電子を含む分子の特性を日常的かつ徹底的に計算できます。密度関数理論（DFT、密度汎関数理論）などの方法を使用する場合、より大きなシステムを使用することが可能です。現在、これらの方法が、生化学で発生した複雑な化学反応の適切な説明に適しているかどうか、議論が進行中です。大きな分子は、おおよそのsemmpiricメソッドで研究できます。古典的なメカニクス法は、さらに大きな分子に使用できます – SO -Called分子力学法。

理論化学では、化学者、物理学者、数学者がアルゴリズムを開発し、コンピュータープログラムを作成して、原子と分子の特性を予測し、化学反応の反応経路を予測します。化学者互換性のある既存のソフトウェアと方法論を使用して、特定の化学的問題を解決します。

計算化学には2つの異なる側面があります。

• コンピューティングテストを実施して、実験室合成の出発点を見つけたり、分光スペクトルのピークの位置などの実験データの理解を促進したりすることができます。
• コンピューティングの研究を使用して、新しい分子の可能性を予測し、実験的な方法では続くことができない反応メカニズムをテストできます。

したがって、コンピューティング化学は、新しい研究施設を探す際に、実験者を化学者に同行する可能性があります。

コンピューティング化学内で、いくつかの領域を分離できます。

• シミュレーションの助けを借りて分子の構造を予測します。シミュレーションでは、開始構造のtest丸の位置を変更すると、定常ポイントが潜在的な超表面になることが求められています。この点は、（quasi）分子の等価構造（表面上の最小）または一時的な反応（最初のタイプのサドルポイント）に対応します。
• 化合物のデータの保存と検索（化学データベース）
• 分子の化学構造とその特性の間に相関関係を見つける（QSPRとQSAR）
• 化学合成をサポートする計算方法
• 他の分子と特定の方法で相互作用する分子を設計するための計算方法（例：薬物設計）

特定の化学パターンは、多くの異性体を表すことができます。各異性体は、エネルギー表面の最小（ポテンシャルエネルギーの表面とも呼ばれます）に対応します – この分子を形成するすべてのtest丸の座標関数としての分子の総エネルギー。固定点は、すべてのtest丸がゼロであるエネルギー誘導体がゼロであるジオメトリです。 ローカル最小（エネルギー） それは静止した点であり、そこからtest丸のすべてのシフトが分子のエネルギーの増加を引き起こします。特定の分子のエネルギーが最も低い局所最小値は、 最小グローバル そして、それは最も安定した異性体に対応します。特定の座標が正確に1つある場合、その変化が2つの方向に分子の総エネルギーの減少を引き起こす場合、そのような静止点は 移行状態 、そしてこの座標は反応座標と呼ばれます。固定点を検索するプロセスが呼び出されます ジオメトリの最適化 。

ジオメトリの最適化の結果として分子構造を決定することは、すべての核座標に対して最初の誘導体を計算する方法が利用可能な場合、日常的な手順である可能性があります。関連する2番目の誘導体の計算により、分子の調和振動を想定して、通常の振動の頻度を予測できます。ただし、通常の振動の計算は、最適化で得られた固定点の特性評価を可能にするため、はるかに重要です。通常の振動の頻度は、2番目の微分行列の独自の値に関連付けられています（マトリックス hessianu ）。すべての独自の値がプラスの場合、周波数はリアルであり、受信したデスクトップポイントは 最小ローカル 。ただし、独自の値の1つが負の場合（周波数は複雑です）、固定点は 移行状態 。複数の独自の価値が否定的である場合、私たちはより複雑な静止点を扱っています。これは通常、化学の観点からは面白くありません。そのようなポイントが発生した場合、可能な限り、それはジオメトリの最適化から最小限のローカルまたは移行状態に削除する必要があります。

総エネルギーは、通常は相対論的なメンバーを考慮せずに、シュレディンガーの方程式の時間に応じて近似ソリューションによって決定され、電子とtest丸の速度の大きな違いのおかげで、電子運動からの精巣運動の大きな違いのおかげで、生まれたooppenheimerの近似を使用します。これにより、確立されたtest丸の電子エネルギーの合計と精巣反発の試験として、総エネルギーの計算が可能になります。重要な例外は、同時にtest丸と電子を記述する直接量子化学と呼ばれる特定の方法です。密度汎関数の理論（DFT）に基づく方法は、そのような計算の他のバリアントです。驚異的な方法や分子力学法などの簡略化された手法は、非常に大きなシステムに使用されます。ただし、後者は分子の総エネルギー値を与えませんが、使用される強度フィールドのパラメーター化に応じて、固定エネルギーのみを与えます。その結果、同様の分子間の相対エネルギーの違いのみを比較することができます。分子力学の方法は、大規模な分子システムのジオメトリを最適化するのに非常に適しています。タンパク質。

化学を計算する最も重要な方法 [ 編集 | コードを編集します ]

• 半経験的方法（例：AM1、PM3）
• 分子力学方法（強度フィールドのシミュレーション、MM2、MM3、Amberなど）
• 方法 最初から
• 密度機能の理論（DFT）に基づく方法
• 分子動力学シミュレーション（MD）