Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wykład 3 Empiryczne pola siłowe, czyli co robić gdy chemia kwantowa jest za droga.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wykład 3 Empiryczne pola siłowe, czyli co robić gdy chemia kwantowa jest za droga."— Zapis prezentacji:

1 Wykład 3 Empiryczne pola siłowe, czyli co robić gdy chemia kwantowa jest za droga

2 Hiperpowierzchnia energii potencjalnej cząsteczki Energia potencjalna cząsteczki w funkcji położeń jąder atomowych

3 Charakterystyka metod chemii kwantowej Zalety: Możliwość badania zarówno reakcji chemicznych jak i przemian konformacyjnych Uniwersalność Wysoka wiarygodność wyników Wady: Energia jest niejawną funkcją współrzędnych Wysoki lub bardzo wysoki koszt obliczeń

4 Empiryczne pola siłowe: przybliżone analityczne wyrażenia na energię potencjalną cząsteczki (cząsteczek) poprzez wielkości geometryczne wraz z odpowiednimi parametrami. Cząsteczka jest traktowana jako układ kulek połączonych sprężynkami.

5 Charakterystyka empirycznych pól siłowych Zalety: Energia jest jawną funkcją współrzędnych Niski koszt obliczania energii Wady: Umożliwiają badanie jedynie przemian konformacyjnych Mogą być stosowane tylko w klasie związków na które je sparametryzowano (nieprzenaszalność) Niska wiarygodność obliczonych energii

6 Zastosowania empirycznych pól siłowych: Mechanika molekularna (znajdowanie stabilnych konformacji) Dynamika molekularna (badanie ewolucji czasowej cząsteczki lub układu cząsteczek)

7 Wybór zmiennych Współrzędne kartezjańskie pola MM Allingera (węglowodory, alkohole, estry) AMBER (biomolekuły) CHARMM (biomolekuły) CFF (biomolekuły) XPLOR (udokładnianie struktur krystalograficznych) Kąty dwuścienne ECEPP (peptydy i białka)

8 Wyrażenie na energię konformacyjną w empirycznych polach siłowych

9 tylko E b Oddziaływania wiążące tylko E s Oddziaływania 1,4-niewiążące E el +E nb Oddziaływania 1,5-niewiążące E el +E VdW Oddziaływania torsyjne E tor Podział energii oddziaływań w mechanice molekularnej ze względu na topologiczną odległość atomów

10 d d0d0 d Es(d)Es(d) Energia odkształcenia wiązania

11 Typowe wartości stałych d 0 i k d Wiązanied 0 [A]k d [ kcal/(mol A 2 ) ] Csp 3 -Csp Csp 3 -Csp Csp 2 =Csp Csp 2 =O Csp 2 -Nsp C-N (amid)

12 Porównanie krzywej energii potencjalnej cząsteczki wodoru z krzywą odpowiadającą energii odkształcenia wiązania H-A w mechanice molekularnej

13 potencjał anharmoniczny potencjał Morsea Potencjały które uwzględniają asymetrię krzywych energii wiązań d [A] E [kcal/mol] Potencjał harmoniczny Potencjał anharmoniczny Potencjał Morsea

14 0 E b ( ) k Energia odkształcenia kąta walencyjnego

15 Typowe wartości stałych 0 i k Kąt 0 [stopnie] k [ kcal/(mol stopień 2 ) ] Csp 3 -Csp 3 -Csp Csp 3 -Csp 3 -H H-Csp 3 -H Csp 3 -Csp 2 -Csp Csp 3 -Csp 2 =Csp Csp 3 -Csp 2 =O

16 Pojedyncze wiązanie pomiędzy atomami węgla lub węgla sp 3 i azotu sp 3. Przykład: ugrupowanie C-C-C-C kąt obrotu [stopnie] Etor [kcal/mol] Wiązania podwójne lub częściowo podwójne. Przykład: ugrupowanie C-C=C-C Wiązanie pojedyncze między atomami elektroujemnymi. Przykład: ugrupowanie C-S-S-C Podstawowe typy potencjałów torsyjnych

17 Potencjały niewłaściwych kątów torsyjnych A B X X

18 Potencjał niewiążący Lennarda-Jonesa (6-12) r [A] E nb [kcal/mol] - r0r0

19 Przykładowe parametry i i r 0 i Typ atomur0r0 C(karbonyl) C(sp 3 ) N(sp 3 ) O(karbonyl) H(związany z C) S

20 Inne potencjały niewiążące Potencjał Buckinghama Potencjał używany w niektórych polach siłowych do opisu wiązań wodorowych

21

22

23 Wkład do energiiŹródła parametrów Odkształcenia wiązań i kątów walencyjnych Dane krystalograficzne i neutronograficzne, spektroskopia IR Energia torsyjnaSpektroskopia NMR i FTIR Energia oddziaływań niewiążących Polaryzowalności, dane krystalograficzne i neutronograficzne Energia elektrostatycznaMolekularne potencjały elektrostatyczne Wszystkie Powierzchnie energii układów modelowych obliczone metodami chemii kwantowej Źródła parametrów empirycznych pól siłowych

24

25 Uwzględnienie rozpuszczalnika Modele dyskretne wody TIP3P TIP4P TIP5P SPC Modele ciągłe wody modele powierzchni dostępnej dla rozpuszczalnika modele powierzchni molekularnej uogólniony model Borna model PCM).

26 O H H e e o Å O H H e 0.00 e e M 0.15 Å Model TIP3PModel TIP4P O = Å O = kcal/mol O = Å O = kcal/mol

27 Model powierzchni dostępnej dla rozpuszczalnika (SASA; solvent-accessible surface area) i energia swobodna solwatacji atomu i na jednostkę powierzchni, A i powierzchnia atomu i dostępna dla rozpuszczalnika

28 Vila et al., Proteins: Structure, Function, and Genetics, 1991, 10,

29 PróżniaWoda (model SRFOPT) Porównanie konformacji [Met5]enkefaliny uzyskanej przy pomocy pola siłowego ECEPP/3 w próżni i w wodzie

30 Model powierzchni molekularnej (molecular surface area) napięcie powierzchniowe rozpuszczalnika A powierzchnia molekularna

31 Uogólniony model Borna i powierzchni molekularnej (GBSA; Generalized Born Surface Area model)


Pobierz ppt "Wykład 3 Empiryczne pola siłowe, czyli co robić gdy chemia kwantowa jest za droga."

Podobne prezentacje


Reklamy Google