Предсказание реакций и свойств
Результатом вычислительной химии является предсказание: как протекают реакции, с какой скоростью, а также структурных, электронных и спектроскопических свойств молекул до того, как они будут синтезированы или измерены.
Definition
Совокупность целей и методов вычислительной химии, направленных на предсказание реакционного поведения и молекулярных свойств для использования в интерпретации и дизайне.
Scope
Охватывает вычислительную характеристику механизмов реакций и кинетики через переходные состояния и пути реакций, оценку молекулярных свойств и биологической активности посредством количественных соотношений структура-свойство и структура-активность, рассмотрение эффектов растворителя с помощью континуальных и явных моделей, а также предсказание спектров. Применяет методы других областей к химическим вопросам.
Sub-topics
Core questions
- Как из расчетов получают механизмы реакций, барьеры и скорости?
- Как предсказываются свойства и активности на основе молекулярной структуры?
- Как учитываются эффекты растворителя и окружающей среды?
- Как вычисляются спектры и используются для интерпретации эксперимента?
Key theories
- Теория переходного состояния
- Связывает скорости реакций со свойствами переходного состояния на поверхности потенциальной энергии, обеспечивая основу, которая связывает вычисленные барьеры с кинетикой.
- Соотношения структура-свойство
- Свойства и активности молекул могут быть предсказаны на основе особенностей их структуры, будь то посредством физически вычисленных величин или статистических моделей, что позволяет осуществлять дизайн, ориентированный на свойства.
Clinical relevance
Вычислительное предсказание реакционной способности, свойств и спектров направляет планирование синтеза, разработку катализаторов и материалов, оценку экологической судьбы и интерпретацию экспериментальных измерений во всей химии.
History
Уходя корнями в теорию переходного состояния Эйринга и количественные соотношения структура-активность Ханша, вычислительное предсказание развивалось благодаря надежным методам электронной структуры и сольватации, становясь рутинным партнером эксперимента в химии и открытии лекарств.
Key figures
- Henry Eyring
- Christopher Cramer
- Donald Truhlar
- Corwin Hansch
Related topics
Seminal works
- cramer2004
- jensen2017
Frequently asked questions
- Насколько точны вычислительные предсказания реакций?
- Точность сильно зависит от метода и системы; барьеры, полученные с помощью высокоуровневых методов, могут быть очень надежными для малых молекул, в то время как большие или сильно коррелированные системы несут большие и менее предсказуемые неопределенности.
- Какие свойства можно предсказывать вычислительно?
- К ним относятся геометрии, энергии и барьеры, дипольные моменты, кислотности, окислительно-восстановительные потенциалы, растворимости, спектры и биологические активности, используя физические расчеты, статистические модели или и то, и другое.