Métodos de Química Cuántica Semiempíricos

Los métodos semiempíricos aceleran los cálculos de orbitales moleculares al ignorar o aproximar las integrales más costosas y reemplazarlas con parámetros ajustados a los datos.

Definition

Métodos aproximados de orbitales moleculares que conservan el marco de Hartree-Fock pero reducen drásticamente el costo al parametrizar u omitir integrales seleccionadas utilizando datos empíricos.

Scope

Cubre los esquemas de aproximación integral que definen los métodos semiempíricos, la familia de métodos de "neglect-of-diatomic-differential-overlap" (NDDO) que incluye MNDO, AM1 y PM3, reparametrizaciones más recientes y enfoques de "tight-binding density functional", así como las compensaciones en precisión, transferibilidad y velocidad.

Core questions

• ¿Qué integrales se omiten o parametrizan, y por qué esto ahorra tanto costo?
• ¿Cómo se determinan los parámetros semiempíricos y a qué datos de referencia se ajustan?
• ¿Cómo difieren los principales métodos NDDO en alcance y precisión?
• ¿Dónde tienen éxito los métodos semiempíricos y dónde fallan?

Key theories

Negligencia del solapamiento diferencial

Descarta sistemáticamente las integrales pequeñas dependientes del solapamiento, reduciendo el número de integrales de dos electrones de un orden cuártico a un número manejable y permitiendo cálculos muy rápidos.

Parametrización empírica de integrales

Las integrales retenidas se reemplazan por expresiones paramétricas ajustadas a propiedades experimentales o cálculos de nivel superior, codificando implícitamente la correlación y otros efectos.

Clinical relevance

Los métodos semiempíricos permiten el tratamiento químico-cuántico de moléculas muy grandes, búsquedas conformacionales y cribado de alto rendimiento, y sirven como motores rápidos dentro de tuberías multiescala y de aprendizaje automático.

History

Arraigada en las teorías de Hückel y Pariser-Parr-Pople, la línea NDDO avanzó a través de MNDO y AM1 de Dewar, PM3 y posteriores parametrizaciones PMx de Stewart, y los métodos modernos de "tight-binding density functional" que amplían la cobertura y la precisión.

Key figures

• Michael Dewar
• James Stewart
• Walter Thiel
• Rudolph Pariser

Seminal works

• dewar1985
• thiel2014

Frequently asked questions

¿Son fiables los resultados semiempíricos?

Son razonablemente precisos para sistemas que se asemejan a sus datos de entrenamiento, particularmente moléculas orgánicas, pero pueden fallar para enlaces inusuales, y sus errores son más difíciles de anticipar que los de las jerarquías ab initio sistemáticas.

¿Cuánto más rápidos son que los métodos ab initio?

Al omitir la mayoría de las integrales de dos electrones, los métodos semiempíricos son típicamente órdenes de magnitud más rápidos, lo que permite tratar cuánticamente moléculas con miles de átomos.