Molecular Modelling Für Anwender: Anwendung Von Kraftfeld- Und Mo-Methoden in Der Organischen Chemie

ISBN-13: 9783519035114 / Niemiecki / Miękka / 1991 / 245 str.

Roland W. Kunz

Opis

Es existieren kontroverse Ansichten dariiber, ob "Black Box"-Anwendungen in der computergesrutzten Chemie sinnvoll seien oder nicht. Die Berurworter weisen dabei auf die immer besser ausgebauten Beniitzerschnittstellen von modemen Softwarepa keten hin, wahrend die Gegner dieses Ansatzes zurecht auf viele schlecht kontrollierte Berechnungen hinweisen. In Datenbankanwendungen, wo eine nicht optimale Suchstrategie wohl die Arbeit verlangsamt, die Resultate sofort und offensichtlich in brauchbar und unbrauchbar unterschieden werden konnen, ist die Kontrolle ausreichend. 1m Molecular Modelling liegt der Sachverhalt etwas komplizierter. Der "Black Box"-Ansatz lasst sich meiner Meinung nach trotzdem vertreten. Dabei ist allerdings streng darauf zu achten, dass die Beniitzerschnittstelle (Interface) seIber nicht zum Bereich der "Black Box" gehOrt. Urn die Beniitzerschnittstelle verstehen zu konnen, benotigt man einige Kenntnisse iiber Modelle, mathematische Methoden usw., nicht aber iiber die programmiertech nische Realisation. Das kombinierte Verhalten aller Komponenten der "Black Box" un ter den Vorgaben des Inputs wird auf die Beniitzerschnittstelle zuriickprojiziert. Betrachten wir als einfachen Fall einer "Black Box" eine elektronische Schaltung, wel che als Input einen Impuls erwartet und als Output den invertierten Impuls urn das 100fache verstarkt angibt, sofern der Input grosser als 0.3 V ist. Eine solehe "Black Box" enthalt also logisch einen Diskriminator, einen Pulsinverter und einen Verstarker (ob dies physikalisch auch so ist, bleibt unbekannt).

Spis treści

1: Komponenten des Molecular Modelling.- 1.1 Das chemische Problem.- 1.1.1 Der Strukturbegriff.- 1.1.2 Struktur und Energie. Die geometrischen Eigenschaften von Energiehyperflächen.- 1.1.3 Wege minimaler Energie und intrinsische Reaktionskoordinaten.- 1.1.4 Zusammenfassung der Teilaspekte des chemischen Problems.- 1.1.5 Verletzungen der BO-Approximation.- 1.1.6 Diabatische Reaktionen.- 1.1.7 Numerische Darstellung der geometrischen Struktur.- 1.2 Das physikalische Modell.- 1.3 Die programmtechnische Realisierung.- 1.3.1 Die Benützeroberfläche.- 1.3.2 Die numerischen Methoden (Minimizer).- 1.3.2.1 Grundbegriffe der Optimierung.- 1.3.2.2 Anforderungen.- 1.3.2.3 Hill-Climbing Methoden.- 1.3.2.4 Least-Squares Methoden.- 1.3.2.5 Die Simplex-Methode.- 1.3.2.6 Gemeinsame Eigenschaften und Probleme.- 1.3.3 Die implementierten Modelle.- 1.4 Pre- und Postprocessing.- 1.4.1 Preprocessing.- 1.4.2 Das Auffinden approximativer Strukturen.- 1.4.2.1 Systematische Suchen.- 1.4.2.2 Distanzgeometrieansätze.- 1.4.2.3 Wissensbasierende Systeme.- 1.4.2.4 Moleküldynamik.- 1.4.2.5 Monte Carlo Suchen.- 1.4.3 Postprocessing.- 2: Typische Modelle und Programme.- 2.1 Kraftfeldprogramme.- 2.1.1 Vor- und Nachteile von Kraftfeldern.- 2.1.2 Kraftfelder für grosse Moleküle.- 2.1.3 Kraftfelder für kleine Moleküle.- 2.1.4 Mathematische Form von Kraftfeldtermen.- 2.1.5 Parametrisierung.- 2.1.5.1 Ad hoc Parametrisierungen.- 2.1.6 Typischer Ablauf einer Kraftfeldrechnung.- 2.1.7 Anwendungen.- 2.2 MO-Programme.- 2.2.1 Hierarchie der quantenchemischen Methoden.- 2.2.2 Ab initio Programme.- 2.2.2.1 Methoden.- 2.2.2.2 Basissätze.- 2.2.2.3 Typische ab initio-Programme.- 2.2.3 Semiempirische Programme.- 2.2.4 Berechnung von physikalischen Eigenschaften und Hilfsgrössen für die Interpretation von Wellenfunktionen.- 2.2.4.1 Geometrie.- 2.2.4.2 Reaktivität.- 2.2.4.3 Spektroskopie.- 3: Beispiele.- 3.1 Energien.- 3.1.1 Bildungswärmen.- 3.1.2 Solvatationsenergie.- 3.1.3 Energiedifferenzen.- 3.1.3.1 Gleichgewichte und Kinetik.- 3.1.3.2 Spektroskopie und Photochemie.- 3.1.4 Differentielle Eigenschaften der Energiehyperfläche.- 3.1.4.1 IR/RAMAN-Spektroskopie.- 3.2 Geometrie.- 3.2.1 Molekulare Abmessungen.- 3.2.2 Molekülinterne Detailstruktur.- 3.2.2.1 Vicinale Kopplungen.- 3.2.2.2 Long-Range-Kopplungen.- 3.2.2.3 NOE-Kontakte.- 3.2.2.4 Festlegung eines Strukturisomeren mit Hilfe von Molecular Modelling und NMR-Eigenschaften in Lösung.- 3.3 Modellgebundene Strukturen.- 3.3.1 Molekülorbitale.- 3.3.1.1 Darstellung kanonischer Orbitale.- 3.3.1.2 Grenzorbitale.- 3.3.1.3 Fragment-MO’s.- 3.3.2 Atome in Molekülen.- 3.3.2.1 Atomladungen.- 3.3.2.2 Reaktivitätsindizes.- 3.3.3 Bindungen in Molekülen.- 3.3.3.1 Bindungsordnung.- 3.3.3.2 Lokalisierung von MO’s.- 3.3.4 “Klassische” Elektronenstruktur versus MO-Resultate.- Verzeichnis nützlicher Programme.- Sachwortverzeichnis.