Elméleti kémiai szerkezetvizsgálatok

Data

Official data in SubjectManager for the following academic year: 2020-2021

Topic

A kurzus során az elméleti kémia alapvető vizsgálati módszereit tekintjük át gyakorlati szempontok alapján az alábbi fejezetek szerint: A modellezés közelítő módszerei. Erőállandó, szemiempírikus, ab initio és sűrűségfunkcionál módszerek jellemzése, előnyeik és hátrányaik megismerése. A modell és a számítási módszer egyensúlyának felismerése, a megfelelő modell-számítási módszer kiválasztásának algoritmusai. Az elméleti kémia legalapvetőbb tételeinek és matematikai apparátusának bemutatását követően feldolgozásra kerülnek: Atomok és molekulák elektronszerkezetének számítása, egyensúlyi konformációk számítása, entrópia szerepe és számítása bioaktív molekulák kölcsönhatásaiban. A hőmérséklet - aktvitás összefüggésének bemutatása molekuláris szinten konkrét példákon. A molekuláris környezet elméleti figyelembevételének lehetőségei, csoportosítás explicit és implicit módszerek szerint. Konkrét vegyületekre és farmakológiai szempontból érdekes kölcsönhatásokra vonatkozó alkalmazások és példák bemutatása.

Lectures

• 1. 1. előadás A kvantumelmélet kidolgozását követelő kísérleti eredmények, kvantáltság, kvantált mennyiségek (energia, imp. nyomaték, spin). A kvantummechanika egyszerűbb matematikai alapjai. - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 2. 1. előadás A kvantumelmélet kidolgozását követelő kísérleti eredmények, kvantáltság, kvantált mennyiségek (energia, imp. nyomaték, spin). A kvantummechanika egyszerűbb matematikai alapjai. - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 3. 2. előadás A kvantumelmélet axiomatikus tárgyalása. Atomi egységrendszer. A stacionárius Schrödinger egyenlet megoldásai: egzakt és közelítő módszerek áttekintése - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 4. 2. előadás A kvantumelmélet axiomatikus tárgyalása. Atomi egységrendszer. A stacionárius Schrödinger egyenlet megoldásai: egzakt és közelítő módszerek áttekintése - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 5. 3. előadás Közelítő módszerek, molekulamechanikai módszerek - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 6. 3. előadás Közelítő módszerek, molekulamechanikai módszerek - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 7. 4. előadás Szemiempirikus közelítő módszerek, előnyeik és hátrányaik - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 9. 5. előadás A konformációanalízis alapjai, energiaminimalizáló algoritmusok - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 11. 6. előadás Molekulák elektronszerkezete. A kémiai kötés. Kötéstipusok. Molekulák szerkezete, sztereokémia. - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 13. 7. előadás Modellezés a mérési eredmények alapján, entalpia és entrópia számítása és megfeleltetése - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 15. 8. előadás Molekulák szimmetriája. Pontcsoportok, molekularezgések szimmetriája. - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 17. 9. előadás Primycin - olajsav, ergoszterol kölcsönhatásai - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 19. 13. előadás Példák: egyszerű kémiai reakciók, gyenge komplexek stabilitásának számítása, konformációanalízis - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 21. 10. előadás Bioaktív kismolekulák és konténermolekulák kölcsönhatásainak modellezése - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 23. 14. előadás Példák: magas szimmetriájú és végtelen rendszerek modellezése. Kristályok, polimerek. - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 25. 11. előadás Atom- és molekula-spektroszkópiai szabályok kvantumkémiai alapjai. Raman és IR kiválasztási szabályok összefüggése a molekula szimmetriájával. - Dr. Kunsági-Máté Sándor
• 27. 12. előadás Molekulakörnyezet figyelembevételére alkalmas módszerek: Onsager-modell, Polarizable Continuum Model - Dr. Kunsági-Máté Sándor

Practices

• 4. 4. gyakorlat Geometria optimalizálás és konformációanalízis. Geometriaoptimalizáció során leggyakrabban alkalmazott energiaminimalizáló algoritmusok.
• 5. 5. gyakorlat Kémiai reakciók statikus potenciálfelületének számítása. Az átmeneti állapot meghatározási módszerei. Aktiválási energiák.
• 6. 6. gyakorlat Molekuladinamikai számítási módszerek. Monte-Carlo módszer és Langevin modell. A molekulakörnyezet implicit figyelembe vétele.
• 7. 7. gyakorlat Elemi kémiai reakciók modellezése. Dinamikai számítások. Reakciósebesség meghatározása direkt trajektoriaszámítási módszerrel.
• 8. 8. gyakorlat Az oldószer figyelembevételére használatos módszerek. Onsager-modell. A Polarizable Continuum Model, PCM. Az oldószermolekulák explicit figyelembe vétele (TIP3P).
• 9. 9. gyakorlat A gyakorlati szempontból fontos molekuláris paraméterek számítása, QSAR. Molekuláris hasonlóság-analízis.
• 10. 10. gyakorlat Példák : konformációanalízis : kötéshosszak, kötésszögek és torziós szögek, a bipiridil és tionin molekulák. Kalixarének, sztereoizomerek. A hidrogénkötések stabilizáló szerepe.
• 11. 11. gyakorlat Példák : molekulák kölcsönhatása: Host-guest kölcsönhatások számítása, kalixarének és semleges molekulák pi-pi kölcsönhatásának számítása
• 12. 12. gyakorlat Példák : elemi disszociációs reakciók: vinil-halogenidek disszociációs reakciói. A reakciósebesség függése a molekulakörnyezettől.
• 13. 13. gyakorlat Példák: Primycin és olajsav kölcsönhatása. A kölcsönhatási energiák számítása nagy elektronszámú rendszerek esetében.
• 14. 14. gyakorlat Példák: dinamikus folyamatok. Kristálynövekedés modellezése és kvantumkémiai számítása

Seminars

Reading material

Obligatory literature

"Veszprémi Tamás: Elméleti kémia, Műegyetemi kiadó, Budapest, 1996.
P.W. Atkins: Fizikai kémia II., Tankönyvkiadó, Budapest, 2002.

Literature developed by the Department

Előadás diasor,
Kunsági-M.S: Kvantumkémiai szerkezetvizsgálatok, elektronikus jegyzet, 2006.

Notes

Kunsági-M.S: Kvantumkémiai szerkezetvizsgálatok, elektronikus jegyzet, 2006.

Recommended literature

Kapuy Ede, Török Ferenc: Az atomok és molekulák kvantumelmélete

Conditions for acceptance of the semester

Maximum 15 % hiányzás elfogadható

Mid-term exams

Két zárthelyi dolgozat eredménye legalább elégséges

Making up for missed classes

A zárthelyi dolgozat írásakor igazoltan hiányzó hallgatók a félév végén pótzárthelyit írnak. Az elégséges zárthelyiátlagot el nem érő hallgatók összefoglaló zárthelyit írnak a félév végén.

Exam topics/questions

Elméleti kémiai módszerek csoportosítása
Modellek és módszerek kiválasztása
A modellezés elméleti kémiai módszereinek csoportosítása
Kémiai kötések, kötéstípusok és számítási módszereik
Molekulák konformációszámításának módszerei
UV - vis spektrumok számítása
Infravörös spektrumok számítása
Entrópia számítása a molekularezgések felhasználásával
Molekulaszimmetria és a számítási módszerek.
A molekularezgések szimmetriája.
Reaktivitás számítása, kémiai egyensúlyok elméleti számításának módszerei
A molekuláris környezet figyelembe vételének módszerei
Primicyn és olajsav kölcsönhatások, membrán fluiditás
Ergosterol gyenge kölcsönhatásai
Gyógyszermolekulák csomagolása, termodinamikai és kinetikai folyamatokon alapuló rendszerek modellezése

Examiners

Instructor / tutor of practices and seminars

• Dr. Kunsági-Máté Sándor