Reaktions- und Eigenschaftsvorhersage
Der Nutzen der computergestützten Chemie ist die Vorhersage: wie Reaktionen ablaufen, wie schnell, und der strukturellen, elektronischen und spektroskopischen Eigenschaften von Molekülen, bevor sie hergestellt oder gemessen werden.
Definition
Das gesammelte Ziel und die Methoden der computergestützten Chemie, die darauf abzielen, das Reaktionsverhalten und die molekularen Eigenschaften zur Interpretation und zum Design vorherzusagen.
Scope
Umfasst die computergestützte Charakterisierung von Reaktionsmechanismen und -kinetiken durch Übergangszustände und Reaktionspfade, die Abschätzung molekularer Eigenschaften und biologischer Aktivität durch quantitative Struktur-Eigenschafts- und Struktur-Wirkungs-Beziehungen, die Behandlung von Lösungsmitteleffekten mit Kontinuums- und expliziten Modellen sowie die Vorhersage von Spektren. Wendet die Methoden der anderen Bereiche auf chemische Fragestellungen an.
Sub-topics
Core questions
- Wie werden Reaktionsmechanismen, Barrieren und Geschwindigkeiten aus Berechnungen gewonnen?
- Wie werden Eigenschaften und Aktivitäten aus der Molekülstruktur vorhergesagt?
- Wie werden Lösungs- und Umwelteffekte berücksichtigt?
- Wie werden Spektren berechnet und zur Interpretation von Experimenten verwendet?
Key theories
- Übergangszustandstheorie
- Bezieht Reaktionsgeschwindigkeiten auf die Eigenschaften des Übergangszustands auf der potenziellen Energieoberfläche und liefert den Rahmen, der berechnete Barrieren mit der Kinetik verbindet.
- Struktur-Eigenschafts-Beziehungen
- Eigenschaften und Aktivitäten von Molekülen können aus Merkmalen ihrer Struktur vorhergesagt werden, sei es durch physikalisch berechnete Größen oder statistische Modelle, was ein eigenschaftsgesteuertes Design ermöglicht.
Clinical relevance
Die computergestützte Vorhersage von Reaktivität, Eigenschaften und Spektren leitet die Syntheseplanung, das Katalysator- und Materialdesign, die Bewertung des Umweltverhaltens und die Interpretation experimenteller Messungen in der gesamten Chemie.
History
Verwurzelt in Eyrings Übergangszustandstheorie und Hanschs quantitativen Struktur-Aktivitäts-Beziehungen, wuchs die computergestützte Vorhersage mit zuverlässigen elektronischen Struktur- und Solvatationsmethoden und wurde zu einem routinemäßigen Partner des Experiments in der Chemie und der Arzneimittelentwicklung.
Key figures
- Henry Eyring
- Christopher Cramer
- Donald Truhlar
- Corwin Hansch
Related topics
Seminal works
- cramer2004
- jensen2017
Frequently asked questions
- Wie genau sind computergestützte Vorhersagen von Reaktionen?
- Die Genauigkeit hängt stark von der Methode und dem System ab; Barrieren aus hochrangigen Methoden können für kleine Moleküle sehr zuverlässig sein, während große oder stark korrelierte Systeme größere und weniger vorhersagbare Unsicherheiten aufweisen.
- Welche Arten von Eigenschaften können computergestützt vorhergesagt werden?
- Dazu gehören Geometrien, Energien und Barrieren, Dipolmomente, Aziditäten, Redoxpotentiale, Löslichkeiten, Spektren und biologische Aktivitäten, unter Verwendung physikalischer Berechnungen, statistischer Modelle oder beidem.