Σχετικά έγγραφα
2 ο εργαστήριο ιαµορφωτική Ανάλυση Συστηµατική αναζήτηση Τυχαία δειγµατοληψία Μοριακή υναµική 2

Μοριακά πρότυπα. Σε τι διαφέρουν από τα μεταλλικά συστήματα; Παραδείγματα τύπων ατόμων. Η έννοια του τύπου ατόμου

Ενεργειακή ανάλυση βιομορίων

ΦΑΡΜΑΚΩΝ WORKSHOP ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ

Εισαγωγή στη Μοριακή Προσοµοίωση

ΚΛΑΣΙΚΗ (ΧΗΜΙΚΗ) ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΜΟΡΙΑ, ΥΛΙΚΑ, ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

1.12 Ηλεκτρονιακά κύματα και χημικοί δεσμοί

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΜΟΡΙΑ, ΥΛΙΚΑ, ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Ασκήσεις 1 & 2. Βάσεις Δεδομένων. Εργαλεία Αναζήτησης ClustalW & Blast

ΠΙΑΣ ΑΤΟΣΚΟΠ ΦΑΣΜΑ ΑΣ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑ ΝΤΙΚΗΣ ΕΣ ΚΒΑΝ ΑΡΧΕ

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 1: ΑΤΟΜΑ ΚΑΙ ΔΕΣΜΟΙ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

Στοιχεία Φυσικοχηµείας και Βιοφυσικής

Μάθημα 20 ο. Το σχήμα των μορίων

Επίλυση γεωµετρικών περιορισµών σε µικρά µόρια µε αλγεβρικές µεθόδους

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 8 η : Υγρά, Στερεά & Αλλαγή Φάσεων. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

1.12 Ηλεκτρονιακά κύματα και χημικοί δεσμοί

Προσοµοιώσεις µοριακής δυναµικής

Οι δομές, οι οποίες δεν περιέχουν τυπικά φορτία υψηλά (δηλαδή είναι 2) είναι:

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 10 η : Χημική κινητική. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 4: Θερμοδυναμική και Κινητική της Δομής. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Σύζευξη σπιν-σπιν J = 0 J 0

ΚΛΑΣΙΚΗ (ΧΗΜΙΚΗ) ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Κεφάλαιο 2 Χημικοί Δεσμοί

ΑΠΟΦΑΣΗ ΑΔΑ: Β42Α9-Ο97 ΦΕΚ 2893 Β ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΑΘΛΗΤΙΣΜΟΥ ----

1.1. Ιστορική Εξέλιξη των Αντιλήψεων για τα Άτομα Η Φύση του Φωτός. Τα Φάσματα των Στοιχείων Το ατομικό πρότυπο του Bohr...

Περίληψη Κεφαλαίου 3

Δελτίο μαθήματος (Syllabus): ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Βασικές αρχές της Φασµατοσκοπίας NMR

Μάθημα 21 ο. Το σχήμα των μορίων. Θεωρία VSEPR. Θεωρία Δεσμού Σθένους- Υβριδισμός

Εισαγωγικές έννοιες. Μερικές εφαρμογές. Τεχνικές προσομοίωσης και σχεδιασμού υλικών σε ΗΥ. Υπολογιστικές μέθοδοι στην επιστήμη των υλικών

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Μετατροπή από καρτεσιανό σε κυλινδρικό σύστηµα Απειροστές ποσότητες... 7

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΤΟΜΟΣ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ & ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 6

Διάλεξη 7: Μοριακή Δομή

Οργανική Χημεία. Κεφάλαιο 4: Στερεοχημεία αλκανίων και κυκλοαλκανίων

Η Ψ = Ε Ψ. Ψ = f(x, y, z, t, λ)

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΣΤΗ ΓΕΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΜΑΤΑ

Σχ. 1: Τυπική μορφή μοριακού δυναμικού.

6. ιαμοριακές δυνάμεις

της Γ Λυκείου, η φιλοσοφία τους και η διαχείριση τους

Υλικά Ηλεκτρονικής & Διατάξεις

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό δυναμικό. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

ΜΕΡΟΣ Α' (Διάρκεια εξέτασης: 15 min)

Μάθημα 7 α) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό β) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

ΑΝΩΤΕΡΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S. Organic Chemistry; Oxford University Press, Oxford, UK, 2012.

Εύρεση διαμορφωμερών ελάχιστης ενέργειας με χρήση του προγράμματος Spartan 08 v

Εισαγωγικές έννοιες. Μερικές εφαρμογές. Κλασσική ατομιστική προσομοίωση. Υπολογιστικές μέθοδοι στην επιστήμη των υλικών

Θεωρητική Εξέταση. Τρίτη, 15 Ιουλίου /3

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Ενότητα:

Γεωμετρία Μορίων Θεωρία VSEPR

Οργανική Χημεία. Κεφάλαιο 1: Δομή και δεσμοί

και χρησιμοποιώντας τον τελεστή A r P αποδείξτε ότι για

Σεµινάριο Αυτοµάτου Ελέγχου

Επαγγελµατικής Εκπαίδευσης του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου, όπως

2

7 ο Κεφάλαιο Οργανική Χημεία. Δ. Παπαδόπουλος, χημικός

κατά το χειµερινό εξάµηνο του ακαδηµαϊκού έτους ΕΜ-351 του Τµήµατος Εφαρµοσµένων Μαθηµατικών της Σχολής Θετικών

Εισαγωγή στην Πυρηνική Φυσική και τα Στοιχειώδη Σωμάτια

Ο Πυρήνας του Ατόμου

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1

Φυσική Στερεών στις Πρωτεΐνες

Μοριακή Μοντελλοποίηση ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

Ασκήσεις Φασµατοσκοπίας

Από τις σημειώσεις του καθηγητή Stewart McKenzie c.uk/teaching.html. Μοριακά ενεργειακά επίπεδα. τυπικά

Αριστοτέλης ( π.χ) : «Για να ξεκινήσει και να διατηρηθεί μια κίνηση είναι απαραίτητη η ύπαρξη μιας συγκεκριμένης αιτίας»

Άσκηση 7. Προσομοίωση 3D Δομών Βιομορίων μέσω. Ομολογίας & Threading

[1] Εύρεση διαμορφωμερών ελάχιστης ενέργειας με χρήση του προγράμματος

Γενική Μεταπτυχιακή Εξέταση - ΕΜΠ & ΕΚΕΦΕ-" ηµόκριτος"

Ανόργανη Χημεία. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ενότητα 5 η : Ομοιοπολικοί δεσμοί & μοριακή δομή. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής

Μοριακή δομή Ο2 σύμφωνα με VB διαμαγνητικό

Μάθημα 7 α) QUIZ β-διάσπαση β) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό γ) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Κεφάλαιο 1 Χημικός δεσμός

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΟΝ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝ

Spin του πυρήνα Μαγνητική διπολική ροπή Ηλεκτρική τετραπολική ροπή. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Μοντέρνα Φυσική. Κβαντική Θεωρία. Ατομική Φυσική. Μοριακή Φυσική. Πυρηνική Φυσική. Φασματοσκοπία

Κεφάλαιο 39 Κβαντική Μηχανική Ατόμων

ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Μοριακή Μοντελλοποίηση ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΔΟΚΙΜΑΣΙΑ ΠΡΟΟΔΟΥ ΣΤΗ ΓΕΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Μοριακή Δομή Ι Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

Εργαστηριακή άσκηση Ιδιότητες οργανικών από προσομοίωση Μοριακής Δυναμικής

Οι ιδιότητες των αερίων και καταστατικές εξισώσεις. Θεόδωρος Λαζαρίδης Σημειώσεις για τις παραδόσεις του μαθήματος Φυσικοχημεία Ι

Μεταλλικός δεσμός - Κρυσταλλικές δομές Ασκήσεις

Ανόργανη Χημεία. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ενότητα 4 η : Ιοντικοί Δεσμοί Χημεία Κύριων Ομάδων. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής

Χημεία Γ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης

υναµική ισορροπία Περιορισµένη περιστροφή Αναστροφή δακτυλίου Αναστροφή διάταξης Ταυτοµέρεια

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ - ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ

δ. έχουν πάντα την ίδια διεύθυνση.

14 ο VIDEO 21/11/2013 Από 1ω,5λ έως το τέλος

Ασκήσεις. Γράψτε μια δομή Lewis για καθένα από τα παρακάτω μόρια και βρείτε τα τυπικά φορτία των ατόμων. (α) CΟ (β) ΗΝO 3 (γ) ClΟ 3 (δ) ΡΟCl 3

Ασκήσεις 5& 6. Διαμόρφωση Βιομορίων μέσω Φασματοσκοπίας NMR. Σύγκριση & Ανάλυση Δομών Βιομορίων

ΧΗΜΙΚΟΣ ΕΣΜΟΣ ΙΙ : ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΟΥ ΕΣΜΟΥ

Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών

Το πρόγραµµα ALGOR και εφαρµογές σε ναυπηγικές κατασκευές

Απαντησεις στις ερωτησεις της εξετασης της 24 ης Ιουνιου 2005

Κεφάλαιο 3 ο. Χημική Κινητική. Παναγιώτης Αθανασόπουλος Χημικός, Διδάκτωρ Πανεπιστημίου Πατρών. 35 panagiotisathanasopoulos.gr

Transcript:

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΕΘΝΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΕΡΕΥΝΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ & ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ

1 ο εργαστήριο (Α µέρος) Βασικές αρχές Μοριακής Μοντελοποίησης Μοριακά µοντέλα Συστήµατα µοριακών συντεταγµένων Μοριακά γραφικά

ιαµορφωτική Ανάλυση Μοριακή Μοντελοποίηση

ιαµορφωτικήανάλυση Εύρεση του διαµορφωτικού χώρου ενός µορίου µε χρήση µοριακής µοντελοποίησης. H Μοριακή µοντελοποίηση είναι µια τεχνική που µπορεί να βοηθήσει στην τρισδιάστατη αναπαράσταση µοριακών συστηµάτων, καθώς και στον υπολογισµό ή πρόβλεψη των φυσικοχηµικών και βιοχηµικών τους ιδιοτήτων µε τη χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή. Αποτελεί τη γέφυρα µεταξύ θεωρίας και πειράµατος

Μοριακή Μοντελοποίηση 1) Τρισδιάστατη αναπαράσταση της µοριακής δοµής 2) Χρήση µοριακών γραφικών για το χειρισµό του συστήµατος 3) Υπολογισµός και ελαχιστοποίηση της ενέργειας του συστήµατος 4) ιαµορφωτική Ανάλυση 5) Προσοµοίωση µοριακού συστήµατος 6) Υπολογισµός µοριακών ιδιοτήτων 7) Υπέρθεση µοριακών συστηµάτων 8) Μελέτη πρόσδεσης µορίων σε υποδοχείς (docking) 9) Μελέτη σχέσης δοµής δράσης (QSAR)

Mοριακά Μοντέλα: Απεικόνιση δοµών στον τρισδιάστατο χώρο

Πηγέςµοντέλωνµορίων.. Βάσεις δεδοµένων από κρυσταλλογραφία ακτινών-χ. Συνδυασµός τµηµάτων µορίων µε καθορισµένη γεωµετρίαστοχώροαπόβιβλιοθήκες. Σχεδιασµός µορίου σε 2D αυτόµατη προσαρµογή του σε 3D. (ChemDraw, HyperChem, Quanta, Sybyl, Felix, )

Μοντέλααπόβάσειςδεδοµένων κρυσταλλογραφίαςακτίνωνχ RCSB Protein Data Bank http://www.rcsb.org

Λογισµικάσχεδιασµούµοντέλων Χωρίς κόστος (για ακαδηµαϊκή χρήση): Cn3D, VMD, Rasmol, Yasara etc Tripos, Accelrys, Hyperchem, etc

Από 2D σε 3D

Από 2D σε 3D (συνέχεια...)

Συστήµατασυντεταγµένων στημοριακήμοντελοποίηση - Καρτεσιανόσύστηµα (x, y, z) - Σύστηµα εσωτερικών συντεταγµένων Άτοµο Φ Τύπος ατόµου Απόσταση ΦΧ Άτοµο Χ Γωνία ΦΧΨ Άτοµο Ψ ίεδρη ΦΧΨΩ Άτοµο Ω 1 C 3 6 2 C 1,54 1 5 1 2 C C 8 3 H 1,0 1 109,5 2 4 H 1,0 2 109,5 1 180,0 3 7 4 5 6 H H 1,0 1,0 1 2 109,5 109,5 2 1 60,0-60,0 4 5 7 H 1,0 1 109,5 2 180,0 6 8 H 1,0 2 109,5 1 60,0 7

-Σφαίρες-ράβδοι (Β&S) -Ράβδοι (Sticks only) -Συµπαγείς σφαίρες (spacefill) -Κορδέλα (Ribbon) -Κύλινδρος (Cylinders) -Σωλήνας (Tubes)

Αναπαράσταση Μοριακών Ιδιοτήτων µε χρήση Επιφανειών -Μοριακά φορτία - ιπολική ροπή -Ηλεκτροστατικά δυναµικά -Μοριακά τροχιακά -Λιποφιλικότητα - έκτες- ότες δεσµών Η Λιποφιλικότητα και επιφάνειες σχηµατισµού δεσµών Η µεχρήση MOLCAD SYBYL6.8/Tripos

Μοριακές επιφάνειες για τις µη-δεσµικές αλληλεπιδράσεις

1 ο εργαστήριο (Β µέρος) Εισαγωγή στην Ενέργεια του Συστήµατος Μοριακή Μηχανική Τύποι ατόµων Ατοµικά φορτία Επιφάνειες υναµικής Ενέργειας Αλγόριθµοι Ελαχιστοποίησης της Ενέργειας

Ατοµικές κινήσεις Τα άτοµα δεν έχουν µια σταθερή θέση στο χώρο Εξωτερικές και εσωτερικές δυνάµεις οδηγούν σε ατοµικές κινήσεις Το Μοριακό Σύστηµα βρίσκεται σε µια υναµική Ισορροπία Οι ατοµικές κινήσεις µπορούν να έχουν κάποιο χηµικό-βιολογικό αποτέλεσµα Παράδειγµα: Πρόσδεση ενός µορίου σε έναν υποδοχέα µπορεί να επάγει ατοµικές κινήσεις στον υποδοχέα που οδηγεί στη διαµορφωτική του αλλαγή κάνοντάς τον απρόσιτο σε άλλα µόρια.

ιαµόρφωση και Ενέργεια Κινήσεις των ατόµων του συστήµατος ιαµορφώσεις (γεωµετρία) του µορίου εσµικές, Μη δεσµικές αλληλεπιδράσεις Ε Τυχαίες µοριακές κινήσεις Ε Κ Ε ΕΣ

Τύποι Ενέργειας Κινητική Ενέργεια Σχετίζεται µε τη µάζα και την ταχύτητα ενός συστήµατος. Όσο µεγαλύτερη η ταχύτητα και η µάζα τόσο περισσότερο έργο µπορεί να παράγει. υναµική Ενέργεια Η υναµική Ενέργεια σχετίζεται µε τη διαµόρφωση του µορίου. Αυτό προτιµά να βρίσκεται σε γεωµετρία που χαρακτηρίζεται από χαµηλή ενέργεια. Η υναµική Ενέργεια προσδιορίζεται από τις ενδο- και δια-µοριακές αλληλεπιδράσεις καθώς και τις δυνάµεις που ασκούνται από το περιβάλλον στο µοριακό σύστηµα

Ενέργεια (KJ/mol) 14 0,8 Κάθε διαµόρφωση έχει συγκεκριµένη εσωτερική ενέργεια εξαιτίας των µη δεσµικών αλληλεπιδράσεων. Μετριέται σε kj/mol ή σε kcal/mol ιαµορφώσεις χαµηλής, µεσαίας, υψηλής ενέργειας

Μετάβαση Ε # Μεταβατική Κατάσταση Ε 2 ιαµορφωµερές 2 Ε 1 ιαµορφωµερές 1

Ε # Μεταβατική Κατάσταση Ε 2 ιαµορφωµερές 2 Ε 1 ιαµορφωµερές 1 Η µετατροπή µιας διαµόρφωσης ενός µορίου σε µια άλλη περνά από ένα στάδιο (διαµόρφωση) υψηλής ενέργειας που ονοµάζεται µεταβατικό στάδιο. Λειτουργεί ως φράγµα για την µετατροπή από τη µία διαµόρφωση στην άλλη. Το ενεργειακό φράγµα ~ στερικών, ηλεκτρονιακών αλλαγών κατά τη µετατροπή. Το ύψος του είναι συνάρτηση των αλλαγών.

Μοριακό Σύστηµα = υναµικό Σύστηµα Κινητική (kinetics) Θερµοδυναµική Ταχύτητα εναλλαγής µεταξύ των διαµορφώσεων Απαραίτητη η γνώση του ενεργειακού φράγµατος Εξίσωση Arhenius Ορίζει την κατάσταση ισορροπίας µεταξύ των διαµορφώσεων. Σχετίζεται µε τον πληθυσµό της κάθε διαµόρφωσης. Βασική Αρχή: Η διαµόρφωση µε τη χαµηλότερη ενέργεια έχει και το µεγαλύτερο πληθυσµό. Εξίσωση Boltzmann

Παραδείγµατα κινητικής Αιθάνιο: 12 kj/mol, 10 11 /sec Κυκλοεξάνιο: 45 kj/mol, 500000/sec Αµιδικός δεσµός: 75 kj/mol, 1/10sec

Υπολογισµός της ενέργειας του συστήµατος Χρειαζόµαστε µια τεχνική προσοµοίωσης που θα υπολογίζει την Ενέργεια του Μοριακού Συστήµατος ως συνάρτηση της γεωµετρίας του.

Υπολογισµός της ενέργειας του συστήµατος Κβαντική Μηχανική (QM) Λαµβάνονται υπ όψη οι κινήσεις των ηλεκτρονίων των ατόµων Η ενέργεια υπολογίζεται από την επίλυση της εξίσωσης Schroedinger ΗΨ=ΕΨ. Η κυµατοσυνάρτηση περιλαµβάνει πληροφορίες για τις ιδιότητες του συστήµατος, συµπεριλαµβανοµένης και της συνολικής ενέργειας. ιακρίνεται σε ab initio και σε semi empirical ανάλογα µε το αν γίνονται προσεγγίσεις ή όχι. Μοριακή Μηχανική (ΜΜ) Η ενέργεια υπολογίζεται ως συνάρτηση των θέσεων των πυρήνων των ατόµων. Τα άτοµα συµπεριφέρονται ως σφαίρες πάνω στις οποίες ασκούνται δυνάµεις. Οι δεσµοί θεωρούνται ως ελατήρια µεταξύ 2 µαζών. Η αλληλεπίδραση µεταξύ των ατόµων περιγράφεται από τους νόµους της κλασσικής µηχανικής

ΜΟΡΙΑΚΗΜΗΧΑΝΙΚΗ (ΜΜ) Τυπικά πεδία δυνάµεων (Force Fields) είναι σετ µαθηµατικών εξισώσεων και παραµέτρων που χρησιµοποιούνται για τον υπολογισµό της ενέργειας ενός µοριακού συστήµατος ΜΜ/ForceFields AMBER CHARMm ECEPP GROMOS SYBYL MM2/3 MACROMODEL OPLS Σχεδιαστές University of California, San Francisco/HyperChem Harvard University/ Accelrys, Inc. Cornell University University of Groningen/ Biomos Tripos, Inc. University of Georgia/ Chem3D Columbia University Yale University/ HyperChem

Μόριο = Σύστηµα ατόµων + δεσµών =Σύστηµασφαιρών + ελατηρίων E MM = E τάση + E κάµψη + E δίεδρη + E vdw + E ηλεκτρο + Ε περιορ. δεσµικές µη-δεσµικές τάση κάµψη δίεδρη H H C H H C H H Ε ηλεκτρο + Ε Η-δεσµού

Τάξη µεγέθους ενεργειακών συνεισφορών Average energy scale for various interactions : Energy Term Bond stretching Angle Bending Torsion Hydrogen Bond Electrostatic interaction Van der Waals Scale (Kcal/mol) 100 10 1 2 0.5 0.1

Τύποι ατόµων Ατοµικός αριθµός Υβριδισµός Περιβάλλον γειτνιαζόντων πυρήνων Συνολικό φορτίο Σπιν π.χ. Άτοµο C sp3, sp2, sp, CO, κυκλικά παράγωγα, καρβανιόντα

Ατοµικά φορτία είχνουν την κατανοµή του φορτίου και αναπαράγουν τις ηλεκτροστατικές ιδιότητες του µορίου. Αν περιορίζονται στα κέντρα των πυρήνων των ατόµων αναφέρονται ως µερικά ατοµικά ή καθαρά ατοµικά φορτία Τα µερικά ατοµικά φορτία χρησιµοποιούνται στα πεδία δυνάµεων της Μοριακής Μηχανικής για τον υπολογισµό των ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων µε το νόµο Coulomb. Χρησιµοποιούνται επίσης για την ποιοτική κατανόηση της δοµής και της ικανότητας αντίδρασης των µορίων.

Τοποθέτηση ατοµικών φορτίων σε διαφορετικές θέσεις από τους πυρήνες. Παράδειγµα µοριακού αζώτου Μαγνητική ροπή = 0 Συνολικό φορτίο =0 2 µηδενικάατοµικάφορτία, ένασεκάθεπυρήνα Ν Ν Αναπαράσταση Τετραπολικής ροπής ;; + Ν 2- Ν +

Επιφάνειες υναµικής Ενέργειας (PES) Ένα σύστηµα Ν ατόµων προσδιορίζεται από 3N Καρτεσιανές συντεταγµένες. Αυτές ορίζουν την πολυδιάστατη επιφάνεια ενέργειας (PES). Το PES εξαρτάται από το πεδίο δυνάµεων που εφαρµόζεται. Κάθε σηµείο του PES αντιπροσωπεύει µια διαµόρφωση που χαρακτηρίζεται από συγκεκριµένη δυναµική ενέργεια. Η ενέργεια είναι συνάρτηση των συντεταγµένων των ατόµων του µορίου και το αντίστροφο. ιαµόρφωση Υψηλής Ενέργειας ενέργεια Τοπικό ελάχιστο συντεταγµένες Ολικό ελάχιστο

Επιφάνειες υναµικήςενέργειας (συνέχεια..) Το PES χαρακτηρίζεται από: Ελάχιστα (σταθερές διαµορφώσεις) Μέγιστα Αυχενικά σηµεία Οι χαµηλής ενέργειας διαµορφώσεις είναι σταθερότερες Ενέργεια Συντεταγµένες

Ελαχιστοποίηση της Ενέργειας F(X) = F(Xo) + (X Xo)F (Xo) + ½(X Xo)F (Xo) + Αλγόριθµοι ΠρώτηςΤάξης :ΑπότοµηςΚατάδυσης (steepest descent) ΒαθµιδωτήςΣύζευξης (conjugate gradient) Powell εύτερης τάξης: Newton-Raphson Μηδενικήςτάξης: Simplex Πρώτης τάξης: Κλίση της καµπύλης της PES εύτερης τάξης: Κλίση και καµπύλωση της επιφάνειας PES

ύοβασικάερωτήµατα Πού (κατεύθυνση)? Πόσο (µέγεθος βήµατος)? f(x,y) Θέλουµε να φτάσουµε εδώ

Προβλήµατααλγορίθµων ελαχιστοποίησης Οι περισσότεροι αλγόριθµοι ελαχιστοποίησης της ενέργειας απλώς «κυλούν» µέχρι να συναντήσουν το πλησιέστερο ενεργειακό ελάχιστο. Καµίαµέθοδοςδεµπορείναεγγυηθείγιατηνεύρεσητου ολικού ελάχιστου. εν υπάρχει καλύτερη µέθοδος. Η κάθε µία είναι καλή για συγκεκριµένο πρόβληµα.

Κριτήρια Σύγκλισης Μηχανισµοί τερµατισµού της διαδικασίας ελαχιστοποίησης Αριθµός βηµάτων Ε<χ (x,y,z)<i RMS gradient of energy