Hisoblash kimyosi

Hisoblash kimyosi – kimyoviy muammolarni hal qilishda kompyuter simulyatsiyasidan foydalanadigan kimyo boʻlimi. U molekulalar, molekulalar guruhlari va qattiq jismlarning tuzilishi va xossalarini hisoblash uchun kompyuter dasturlariga kiritilgan nazariy kimyo usullaridan foydalanadi.

Hisoblash natijalari odatda kimyoviy tajribalar natijasida olingan maʼlumotlarni toʻldirsa-da, u baʼzi hollarda shu paytgacha kuzatilmagan kimyoviy hodisalarni oldindan aytib berishi mumkin. Yangi dori vositalari va materiallarni loyihalashda keng qoʻllanadi.

Bunday xususiyatlarga misollar: tuzilish (yaʼni, tarkibiy atomlarning kutilgan pozitsiyalari), mutlaq va nisbiy (oʻzaro taʼsir) energiyalar, elektron zaryad zichligi taqsimoti, dipollar va undan yuqori koʻp qutbli momentlar, tebranish chastotalari, reaktivlik yoki boshqa spektroskopik miqdorlar va boshqa zarralar bilan toʻqnashuv uchun kesmalar.

Amaldagi usullar statik va dinamik vaziyatlarni qamrab oladi. Barcha holatlarda kompyuter vaqti va boshqa resurslar (masalan, xotira va disk maydoni) oʻrganilayotgan tizim hajmi bilan tez ortadi. Bu tizim molekula, molekulalar guruhi yoki qattiq boʻlishi mumkin. Hisoblash kimyosi usullari juda taxminiydan yuqori aniqlikgacha oʻzgarib turadi, ikkinchisi odatda faqat kichik tizimlar uchun amal qiladi. Ab initio usullari butunlay kvant mexanikasi va asosiy fizik konstantalarga asoslangan. Boshqa usullar empirik yoki yarim empirik deb ataladi, chunki ular qoʻshimcha empirik parametrlardan foydalanadi.

Ham ab initio, ham yarim empirik yondashuvlar taxminiy maʼlumotlarni oʻz ichiga oladi. Masalan, koʻpgina ab initio hisob-kitoblari Born-Oppengeymer yaqinlashuvini amalga oshiradi, bu esa Shredinger tenglamasini hisoblash jarayonida yadrolar oʻz oʻrnida qoladi deb taxmin qilish orqali sezilarli darajada soddalashtiradi. Printsipial jihatdan ab initio usullari oxir-oqibatda asosiy tenglamalarning aniq yechimiga yaqinlashadi, chunki yaqinlashishlar soni kamayadi. Biroq, amalda, barcha taxminlarni yoʻq qilish mumkin emas va qoldiq xato muqarrar ravishda saqlanib qoladi. Hisoblash kimyosining maqsadi bu qoldiq xatoni minimallashtirish, shu bilan birga hisob-kitoblarni barqarorlashtirishdir.

Baʼzi hollarda elektron strukturaning tafsilotlari molekulalarning uzoq vaqt fazali fazoviy xatti-harakatlariga qaraganda kamroq ahamiyatga ega. Bu oqsillar va oqsil-ligand bogʻlovchi termodinamikaning konformatsion tadqiqotlarida sodir boʻladi. Potensial energiya yuzasiga klassik yaqinlashishlar, odatda molekulyar mexanika kuch maydonlari bilan qoʻllanadi, chunki ular elektron hisob-kitoblarga qaraganda kamroq intensiv boʻlib, molekulyar dinamikani uzoqroq simulyatsiya qilish imkonini beradi. Bundan tashqari, kimyoformatika fizik-kimyoviy xususiyatlarga asoslangan mashinani oʻrganish kabi yanada empirik (va hisoblash jihatidan arzonroq) usullardan foydalanadi. Kimyoformatikaning odatiy muammolaridan biri dori molekulalarining maʼlum bir maqsadga bogʻlanish yaqinligini taxmin qilishdir. Boshqa muammolarga bogʻlanishning oʻziga xosligini, maqsaddan tashqari taʼsirini, toksikligini va farmakokinetik xususiyatlarini prognoz qilish kiradi.