การทำนายปฏิกิริยาและคุณสมบัติ
ผลลัพธ์ที่ได้จากเคมีเชิงคำนวณคือการทำนาย: ว่าปฏิกิริยาจะดำเนินไปอย่างไร รวดเร็วเพียงใด รวมถึงคุณสมบัติทางโครงสร้าง อิเล็กทรอนิกส์ และสเปกโทรสโกปีของโมเลกุล ก่อนที่จะมีการสร้างหรือวัดผลจริง
Definition
เป้าหมายและวิธีการทั้งหมดของเคมีเชิงคำนวณที่มุ่งเน้นการทำนายพฤติกรรมของปฏิกิริยาและคุณสมบัติของโมเลกุลเพื่อใช้ในการตีความและการออกแบบ
Scope
ครอบคลุมการจำแนกลักษณะกลไกและจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาด้วยวิธีการทางคอมพิวเตอร์ผ่านสถานะการเปลี่ยนผ่านและเส้นทางปฏิกิริยา การประมาณค่าคุณสมบัติของโมเลกุลและกิจกรรมทางชีวภาพผ่านความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างโครงสร้างกับคุณสมบัติและความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างกับกิจกรรม การจัดการผลกระทบของตัวทำละลายด้วยแบบจำลองแบบต่อเนื่องและแบบชัดแจ้ง และการทำนายสเปกตรัม ประยุกต์ใช้วิธีการจากสาขาอื่น ๆ เพื่อตอบคำถามทางเคมี
Sub-topics
Core questions
- กลไกปฏิกิริยา อุปสรรค และอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้มาจากการคำนวณอย่างไร?
- คุณสมบัติและกิจกรรมถูกทำนายจากโครงสร้างโมเลกุลได้อย่างไร?
- ผลกระทบของตัวทำละลายและสิ่งแวดล้อมถูกรวมเข้าไว้ได้อย่างไร?
- สเปกตรัมถูกคำนวณและนำมาใช้ตีความการทดลองได้อย่างไร?
Key theories
- ทฤษฎีสถานะการเปลี่ยนผ่าน
- เชื่อมโยงอัตราการเกิดปฏิกิริยากับคุณสมบัติของสถานะการเปลี่ยนผ่านบนพื้นผิวพลังงานศักย์ ซึ่งเป็นกรอบการทำงานที่เชื่อมโยงอุปสรรคที่คำนวณได้เข้ากับจลนพลศาสตร์
- ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างกับคุณสมบัติ
- คุณสมบัติและกิจกรรมของโมเลกุลสามารถทำนายได้จากลักษณะโครงสร้าง ไม่ว่าจะผ่านปริมาณที่คำนวณทางกายภาพหรือแบบจำลองทางสถิติ ซึ่งช่วยให้การออกแบบขับเคลื่อนด้วยคุณสมบัติ
Clinical relevance
การทำนายความสามารถในการเกิดปฏิกิริยา คุณสมบัติ และสเปกตรัมด้วยวิธีการทางคอมพิวเตอร์เป็นแนวทางในการวางแผนการสังเคราะห์ การออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาและวัสดุ การประเมินชะตากรรมในสิ่งแวดล้อม และการตีความผลการทดลองในสาขาเคมี
History
มีรากฐานมาจากทฤษฎีสถานะการเปลี่ยนผ่านของ Eyring และความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างโครงสร้างกับกิจกรรมของ Hansch การทำนายด้วยคอมพิวเตอร์ได้พัฒนาขึ้นพร้อมกับวิธีการโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และการละลายที่เชื่อถือได้ กลายเป็นส่วนสำคัญในการทดลองทางเคมีและการค้นพบยา
Key figures
- Henry Eyring
- Christopher Cramer
- Donald Truhlar
- Corwin Hansch
Related topics
Seminal works
- cramer2004
- jensen2017
Frequently asked questions
- การทำนายปฏิกิริยาด้วยคอมพิวเตอร์มีความแม่นยำเพียงใด?
- ความแม่นยำขึ้นอยู่กับวิธีการและระบบเป็นอย่างมาก อุปสรรคที่ได้จากวิธีการระดับสูงอาจมีความน่าเชื่อถือสูงสำหรับโมเลกุลขนาดเล็ก ในขณะที่ระบบขนาดใหญ่หรือระบบที่มีความสัมพันธ์กันอย่างมากจะมีความไม่แน่นอนที่มากขึ้นและคาดเดาได้ยากขึ้น
- คุณสมบัติประเภทใดบ้างที่สามารถทำนายได้ด้วยคอมพิวเตอร์?
- ได้แก่ รูปทรงเรขาคณิต พลังงานและอุปสรรค โมเมนต์ขั้วคู่ ความเป็นกรด ศักย์รีดอกซ์ ความสามารถในการละลาย สเปกตรัม และกิจกรรมทางชีวภาพ โดยใช้การคำนวณทางกายภาพ แบบจำลองทางสถิติ หรือทั้งสองอย่าง