Таратылған мультиполды талдау - Distributed multipole analysis

Жылы есептеу химиясы, таратылған мультиполды талдау (DMA) - кеңістіктік таралуын сипаттайтын ықшам және дәл әдіс электр заряды ішінде молекула.

Бірнеше кеңейту

DMA әдісін профессор Энтони Стоун ойлап тапты Кембридж университеті молекуланың зарядтың таралуын а тұрғысынан сипаттау көппольды кеңейту бірқатар орталықтардың айналасында.[1] Көп орталықты мультипольді кеңейтуді пайдалану идеясын Роберт Рейн бұрын ұсынған.[2] Әдетте, орталықтар молекуланы құрайтын атомдарға сәйкес келеді, дегенмен бұл талап емес. А-дан тұратын мультиполды қатар зарядтау, диполь, квадрупол және одан жоғары терминдер әр орталықта орналасқан. Маңыздысы, конвергенция радиусы бұл мультиполды қатардың шамалы мөлшері, сондықтан ван-дер-Ваальстің жанасуындағы екі молекуланы сипаттауда сәйкес серия конвергентті болады.

DMA сериясы алынған ab initio немесе тығыздықтың функционалдық теориясы Гаусс базалық жиынтықтарын қолдана отырып есептеу. Егер молекулалық орбитальдар атомдық негіз функцияларының сызықтық комбинациясы түрінде жазылса, электрон тығыздығы тығыздық матрицалық элементтер деп аталатын базалық функциялардың көбейтіндісі түрінде болады. Ұлдар (1950)[3] центрі әр түрлі нүктелерде орналасқан екі сфералық Гаусс функциясының туындысын қабаттасу орталығы деп аталатын аралық нүктеде жалғыз Гаусс түрінде көрсетуге болатындығын көрсетті.

Егер а негіз Гаусс функциялары қолданылады, екі s функциясының көбейтіндісі сфералық симметриялы және екі Гаусс функциясының ‘қабаттасу центріндегі’ нүктелік зарядпен толық көрсетілуі мүмкін. S орбиталы мен р орбиталының көбейтіндісінде тек зарядтық және дипольдік компоненттер болады, ал екі р функциясының көбейтіндісінде зарядтық, дипольдік және квадруполдық компоненттер болады.

Егер қабаттасу центрі атомда болмаса, шығу тегі өзгеруін есепке алу үшін қатарды қайта өрнектей отырып, мультиполды кеңейтудің басталуын ең жақын үлестірілген мультипольді учаскеге апаруға болады. Көппольді кеңейту енді аяқталмайды, бірақ жоғары шарттар аз болады. Адам сайттарды қалаған жеріне апаруы мүмкін, бірақ олар әдетте атомдарда болады. Кішкентай молекулалар үшін байланыстың центрінде қосымша учаскелерді қолданғысы келуі мүмкін; үлкен молекулалар үшін метил тобы сияқты атомдар тобын сипаттау үшін бір орынды пайдалану мүмкін. DMA процедурасы дәл және өте жылдам, бірақ диффузиялық базалық функциялары бар заманауи үлкен базалық жиынтықтар үшін оны біршама өзгерту керек. Базалық функциялардың көрсеткіштері кіші болған кезде, көбейтінді функциясы бірнеше атомдар бойынша кеңейеді, ал үлестірілген мультипольдерді нүктелер торының үстінде сандық квадратурамен есептеген дұрыс. Торды әр нүкте белгілі бір тораппен байланыстыратындай етіп анықтауға болады, және әр торап үшін мультиполдар осы сайтқа жататын нүктелер бойынша квадратура арқылы алынады.

Содан кейін бұл сипаттама әр сайтта:

  • Алымдар, сипаттайтын электр терістілігі химиялық интуитивті тәсілмен әсерлер;
  • S және p орбитальдарының қабаттасуынан пайда болатын және жалғыз жұптарды және басқа атомдық бұрмалануларды сипаттайтын дипольдер;
  • P орбитальдарының қабаттасуынан пайда болатын және олармен байланысты квадруполалар pi байланыстары, Мысалға;
  • Өте жоғары дәлдік қажет болса, сегізаяқ пен гексадекаполды қосуға болады.

DMA потенциалды сырттан тыс нүктелерде сипаттайды молекула дәлдікпен дәл, дәл сол сияқты толқындық функция, сондықтан оны пайдалану дәлдікті жоғалтуға әкелмейді. DMA сипаттамасы екі молекуланың өзара әрекеттесуінің электростатикалық энергиясын береді. Бұл зарядтың қабаттасу әсерін есепке алмайды және ену энергиясын жоққа шығарады.

Басқа әдістермен салыстыру

DMA табиғаты әдеттегіден гөрі дәлірек жартылай заряд есептеу әдістемесі молекулааралық өзара әрекеттесу энергиясы, өйткені ол түсіреді анизотропия атом-атомның электростатикалық әрекеттесуге қосқан үлесі. Сондықтан оның молекулалық модельдеуде кең қолданылмағандығы таңқаларлық болып көрінуі мүмкін. Мұның мүмкін себептері:

  • Оның танымал модельдеу кодтарына енбеуі;
  • Әрбір молекула үшін жергілікті ось жүйесінің бағдарын қадағалау қажеттілігі;
  • DMA конформацияға тәуелділігі. Оның дәлдігінің нәтижесінде DMA молекулалық конформацияға тәуелді молекулалық зарядтың таралу ерекшеліктерін анықтайды. Осылайша, DMA-ға негізделген модельдеуде молекула конформациялық өзгеріске ұшыраған сайын көпбөлшектерді қайта есептеу керек болды.

Қолданбалар

DMA кең қолдануды тапты кристалл құрылымын болжау кішкентай үшін органикалық молекулалар, мұнда қатаң молекулалық құрылымдарды қолдану кезінде айтарлықтай прогреске қол жеткізуге болады. Ол сондай-ақ AMOEBA күш өрісі сияқты молекулалық модельдеуге арналған күш өрістерін дамыту үшін қолданылды.[4]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Stone, A.J .; Алдертон, М. (1985). «Таратылған мультиполды талдау әдістері және қосымшалары». Молекулалық физика. 56 (5): 1047–1064. Бибкод:1985MolPh..56.1047S. дои:10.1080/00268978500102891.
  2. ^ Рейн, Р. (1973). «Полиатомдық молекулалардың физикалық қасиеттері және өзара әрекеттесуі туралы: биологиядағы молекулалық тануға қолданумен». Кванттық химия саласындағы жетістіктер. 7: 335–396. Бибкод:1973AdQC .... 7..335R. дои:10.1016 / S0065-3276 (08) 60568-7. ISBN  9780120348077.
  3. ^ Boys, S. F .; Эгертон, Альфред Чарльз (1950-02-22). «Электрондық толқындық функциялар - I. Кез-келген молекулалық жүйенің стационарлық күйін есептеудің жалпы әдісі». Лондон Корольдік Қоғамының еңбектері. Математикалық және физикалық ғылымдар сериясы. 200 (1063): 542–554. Бибкод:1950RSPSA.200..542B. дои:10.1098 / rspa.1950.0036. S2CID  122709395.
  4. ^ Пондер, Джей В .; Ву, Чуанджи; Рен, Пенгю; Панде, Виджай С .; Чодера, Джон Д .; Шнидерс, Майкл Дж .; Хаке, Имран; Мобли, Дэвид Л .; Ламбрехт, Даниэль С .; ДиСтасио, Роберт А .; Хед-Гордон, Мартин; Кларк, Гари Н. Джонсон, Маргарет Э .; Хед-Гордон, Тереза ​​(4 наурыз 2010). «AMOEBA поляризацияланатын күш өрісінің қазіргі жағдайы». Физикалық химия журналы B. 114 (8): 2549–2564. дои:10.1021 / jp910674d. PMC  2918242. PMID  20136072.