СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА ХУРСАН СЕРГЕЙ ЛЕОНИДОВИЧ

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА ХУРСАН СЕРГЕЙ ЛЕОНИДОВИЧ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ УНЦ РАН 1

МОДЕЛЬ МИРА ПО ХУРСАНУ Биология Химия Физика Математика Естественные науки 2

Математика – универсальный язык общения Дарова какдел ятипа бизи : -)))) ((( 3

THE MORE PROGRESS PHYSICAL SCIENCES MAKE, THE MORE THEY TEND TO ENTER THE DOMAIN OF MATHEMATICS, WHICH IS A KIND OF CENTRE TO WHICH THEY ALL CONVERGE. WE MAY EVEN JUDGE THE DEGREE OF PERFECTION TO WHICH A SCIENCE HAS ARRIVED BY THE FACILITY WITH WHICH IT MAY BE SUBMITTED TO CALCULATION. -- ADOLPHE QUETELET, 1796 -1874 NO HUMAN INVESTIGATION CAN BECOME REAL SCIENCE WITHOUT GOING THROUGH MATHEMATICAL PEOPLE. -- LEONARDO DA VINCI, 1492 4

Строение атома 5

«Мгновенный снимок» молекулы воды «НЭП» «внутренние» 3 ядра, 10 электронов «валентные» Энергия-общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи 6

Движение электрона? ? 7

Необходимо также знать силы, влияющие на характер движения: Описание движения в большом мире 8

Чарльз Вильсон Принцип действия камеры использует явление конденсации перенасыщенного пара: при появлении в среде перенасыщенного пара какихлибо центров конденсации (в частности, ионов, сопровождающих след быстрой заряженной частицы) на них образуются мелкие капли жидкости. Для исследования количественных характеристик частиц (например, массы и скорости) камеру помещают в магнитное поле, искривляющее треки. Описание движения в квантовом мире (как провести измерение? ) 9

Рождение электрон-позитронной пары 10

Спектр атома водорода В квантовом мире происходит изменение свойства объекта при измерении его свойств. Описание движения осуществляется путем математического вычисления! 11

Вольфганг Амадей Моцарт Гениальные австрийцы 12

Фриденсрайх Хундертвассер Гениальные австрийцы 13

Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шредингер Гениальные австрийцы 14

Стационарное уравнение Шредингера Кинетическая энергия N ядер и n электронов Потенциальная энергия отталкивания ядер, электронов и притяжения электронов к ядрам Задача для многочастичной квантовой системы формулируется строго! Следовательно, мы вправе ожидать строгого решения этой системы!! 15

Понятия «траектория движения» квантовой частицы не существует; Можно лишь определить вероятность нахождения квантовой частицы в некоторой точке пространства; Состояния квантованны. 17

Строение атома (орбитали) 18

Строение молекул (орбитали) 19

"to Walter Kohn for his development of the densityfunctional theory and to John Pople for his development of computational methods in quantum chemistry. " Вальтер Кон Джон Попл 20

Оптимизация строения фуллерена 76 атомов, 456 электронов Gaussian 21

Оптимизация строения димера оксима 156 атомов, 528 электронов Природа 22

Волновая функция описывает состояние каждого электрона! 23

Активный центр ИКП диенов на -Ti. Cl 3 46 атомов, 624 электрона Orca 24

Порфириновый комплекс титана 174 атома, 606 электронов GAMESS (Firefly) 25

МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МЕХАНИКИ (MM) Методы силового поля позволяют считать системы с десятками тысяч атомов, что необходимо, например, в биохимии 26

Полуэмпирические методы (AM 1, PM 3 и т. п. ) Основная идея: пренебрежение большинством интегралов взаимодействия электронов. Введение подгоночных параметров для частичного восстановления корректности описания химических систем. Применение: сотни и тысячи(? ) атомов. Недостатки: описание носит полуколичественный характер. Фуллерен C 60 в окружении 80 молекул воды Модель углеродной нанотрубки 27

МЕТОДЫ QM/MM К. Морокума 28

Двухслойная модель фермента оксалат-оксидазы. Первый слой состоит из иона Mn, лигандов первичной оболочки и реагента (DFT). Второй слой – остальная часть фермента моделирует пространственные эффекты окружения (силовое поле). 29

Вычислительные системы 30

Квантовая химия (квантовая механика, примененная к химическим системам) позволяет корректно описать связывание атомов в любых молекулах через электронную плотность (функцию плотности вероятности, 2) Выводы 31

Современная химия – наука, требующая от нас глубоких знаний по смежным дисциплинам: математике, физике, биологии Выводы 32