Elméleti kémiai szerkezetvizsgálatok

Adatok

A Tantárgybejelentőben megadott hivatalos adatok az alábbi tanévre: 2024-2025

Tematika

A hallgatók megismerkednek az alapvető molekulamodellezési módszerekkel, ennek során betekintést nyernek egyes bioaktív molekulák hatásmechanizmusának molekuláris szintű értelmezésébe. A tudományos kérdések megválaszolásán túl készséget szereznek prezentációk (előadások, diplomadolgozatok, doktori értekezések) molekulaszerkezetet, molekuláris kölcsönhatásokat atomi szinten bemutató ábrák elkészítéséhez. 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.

Előadások

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

Gyakorlatok

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

Szemináriumok

A tananyag elsajátításához szükséges segédanyagok

Kötelező irodalom

Veszprémi Tamás: Elméleti kémia, Műegyetemi kiadó, Budapest, 1996.

P.W. Atkins: Fizikai kémia II., Tankönyvkiadó, Budapest, 2002.

Saját oktatási anyag

Előadások diasorozata és összefoglaló elektronikus formában rendelkezésre áll. A hallgatók minden témakörhöz a legújabb angol nyelvű eredeti publikációk kivonatait kapják, továbbá magyar vagy angol nyelven készült diplomamunkákat, diákköri dolgozatokat, ill. doktori értekezéseket elektronikus formában.

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

Jegyzet

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

Ajánlott irodalom

Kapuy Ede, Török Ferenc: Az atomok és molekulák kvantumelmélete

A félév elfogadásának feltételei

Prezentáció készítése.

Félévközi ellenőrzések

Egy írásbeli dolgozat elfogadható szintű (min. 60%) megírása a 11. oktatási héten. Kijelölt témakörök alapján írásbeli összefoglaló és prezentáció készítése a 13. oktatási hétig.

Távolmaradás pótlásának lehetőségei

Pótlásra nincs lehetőség.

Vizsgakérdések

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

Vizsgáztatók

Gyakorlatok, szemináriumok oktatói

• Kunsági-Máté Sándor