MOLECULAR MECHANICS(paraan ng mga potensyal na atom), kinakalkula empirical. paraan para sa pagtukoy ng geom. mga katangian at enerhiya ng mga molekula. Batay sa pagpapalagay na ang enerhiya E ng isang molekula ay maaaring. kinakatawan ng kabuuan ng mga deposito, na maaaring ay nauugnay sa mga haba ng bono r, mga anggulo ng bono a at mga anggulo ng dihedral (torsion) t (ang mga kaukulang bahagi ng enerhiya ay tinutukoy na E st, E shaft at E torus). Bilang karagdagan, sa pangkalahatang pagpapahayag para sa enerhiya ay palaging may terminong E vdv, na sumasalamin sa interaksyon ng van der Waals. valence-unbonded atoms, at ang E cool na miyembro, na isinasaalang-alang ang electrostatic. pakikipag-ugnayan atoms at pagtukoy sa pagkakaroon ng mabisang atomic charges. Kaya, ang kabuuang enerhiya ng molekula ay kinakatawan ng kabuuan:

Upang kalkulahin ang unang dalawang termino, ang batas na kilala mula sa mekanika ni Hooke ay kadalasang ginagamit (kaya ang pangalan ng pamamaraan):

Analyst. expression para sa enerhiya E torus, halimbawa. para sa isang molekula ng C 2 H 6, ay may anyo:

kung saan V 3 - potensyal. panloob na hadlang pag-ikot. Ang mga energies na E vdv at E cool ay kinakalkula gamit ang Lennard-Jones o Buckingham formula para sa mga potensyal na modelo (tingnan ang Intermolecular interaction, Nonvalent interaction). Ang mga parameter k r, k a, r 0, a 0, atbp. sa lahat ng equation na ginamit ay pinili sa paraang masiyahan ang eksperimento. istruktura at thermochemical. data para sa pinakasimpleng mga molekula na pinili bilang mga pamantayan (para sa mga hydrocarbon, ang mga karaniwang molekula ay CH 4, C 2 H 6 at ilang iba pa). Ang resultang hanay ng mga parameter ay pagkatapos ay ginagamit upang kalkulahin ang mga katangian ng mga molekula ng isang tiyak na klase ng mga compound. (halimbawa, saturated hydrocarbons, alkohol, atbp.), pati na rin para sa pag-aaral ng mga hindi pinag-aralan na mga sangkap. Ang pagkalkula gamit ang paraan ng molecular mechanics ay binubuo ng pagliit ng bawat isa sa enerhiya. mga deposito, na nagbibigay ng pinakamainam. mga halaga ng r, a at t at enerhiya E ng molekula sa kabuuan. Espesyalista. Ang mga computer program ay nangangailangan ng mas kaunting oras ng computer kaysa sa quantum chemical. mga kalkulasyon, at ang katumpakan ng mga hula ay maihahambing sa pagkakamali ng istruktura at thermochemical. mga sukat.

Ginagawang posible ng paraan ng molecular mechanics na makakuha ng impormasyon para sa kumpletong paglalarawan ng geometry ng decomposition. conformers sa pangunahing kondisyon at sa mga saddle point sa ibabaw ng potensyal. enerhiya (PPE), pati na rin ang geom. mga istruktura sa isang kristal. Ang init ng pagbuo, enerhiya ng boltahe, enerhiya ng mga indibidwal na conformer at taas ng mga hadlang sa mga conformation ay tinutukoy din. pagbabagong-anyo, dalas ng oscillation, pamamahagi ng kuryente. charge, dipole moments, kemikal. nagbabago sa spectra ng NMR, mga rate ng kemikal. r-tions, atbp. Ang saklaw ng aplikasyon ng molecular mechanics ay malaki: mula sa mga simpleng molekula hanggang sa polysaccharides at mga protina. Sa kumbinasyon ng iba pang mga pamamaraan, sa partikular na gas

Ang molecular mechanics ay isang kalkuladong empirical na pamamaraan para sa pagtukoy ng mga geometric na katangian at enerhiya ng mga molekula. Batay sa pagpapalagay na ang enerhiya ng isang molekula ay maaaring katawanin ng kabuuan ng mga kontribusyon, kabilang ang mga nauugnay sa mga haba ng bono, mga anggulo ng bono at pamamaluktot.

Sa kasalukuyan, ang terminong "molecular mechanics" ay ginagamit upang tukuyin ang isang malawakang ginagamit na paraan na ginagawang posible upang tumpak na kalkulahin ang geometric na istraktura ng mga molekula at ang kanilang enerhiya batay sa magagamit na pang-eksperimentong data. Gumagamit ito ng klasikal na ideya ng mga bono ng kemikal sa pagitan ng mga atomo sa isang molekula at mga puwersa ng van der Waals na kumikilos sa pagitan ng mga atomo na hindi nakagapos ng valence.

Sa molecular mechanics, ang mga electron ay hindi tahasang isinasaalang-alang, ngunit itinuturing lamang na sanhi ng paglitaw ng potensyal na larangan kung saan matatagpuan ang nuclei. At ang magnitude ng potensyal na ito ay tinutukoy ng empirically.

Sa molecular mechanics, isang malaking bilang ng mga parameter ang ginagamit sa mga kalkulasyon. Para sa anumang ibinigay na molekula dapat silang malaman mula sa mga nakaraang pag-aaral ng iba pang mga molekula ng parehong klase. Kaya, ang saklaw ng molecular mechanics ay limitado sa kahulugan na ang molekula na pinag-aaralan ay dapat na kabilang sa isang dating pinag-aralan na klase ng mga compound.

Kapag isinasaalang-alang ang mga istruktura na matatagpuan sa isang potensyal na ibabaw, ito ay kapaki-pakinabang na sumunod sa ilang mga terminolohiya. Ang bawat punto na nauugnay sa minimum na enerhiya ay tumutugma sa isang conformer. Upang lumipat mula sa isang minimum na isod patungo sa isa pa, ang molekula ay dapat dumaan sa saddle point (pass) na naghihiwalay sa kanila. Sa saddle point, isang shaded conformation na may bahagyang nakaunat na mga bond at deformed bond angle ay natanto.

10. Potensyal na enerhiya ng isang molekula sa molecular mechanics

Kung ang isang molekula na binubuo ng N atoms at inilarawan ng 3N coordinate x h ay deformed na may kinalaman sa equilibrium configuration nito na may energy U 0 at coordinate x 0, kung gayon ang potensyal na enerhiya nito ay maaaring mapalawak sa isang serye ng Taylor:

Ang potensyal na enerhiya ng isang molekula ay ganap na electromagnetic sa kalikasan at karaniwang ibinibigay bilang isang kabuuan ng mga indibidwal na sangkap:

na tumutugma sa mga sumusunod na uri ng pakikipag-ugnayan: – potensyal na enerhiya ng mga valence bond; – mga anggulo ng bono; – mga anggulo ng torsion; – mga pangkat ng planar; – mga puwersa ng van der Waals; – mga puwersang electrostatic; – mga bono ng hydrogen. Ang mga sangkap na ito ay may iba't ibang mga functional form.

Mga bono ng Valence suportado ng potensyal. kung saan ang i ay ang numero ng bono sa molekula; - kabuuang bilang ng mga valence bond; - epektibong tigas ng valence bond; - haba ng bono: – haba ng equilibrium bond. Sa mga kalkulasyon, ang tunay na potensyal na naglalarawan sa mga interaksyon ng valence ay kadalasang pinapalitan ng isang parabolic.

Bond anggulo ay ibinibigay ng potensyal . Wherei ang numero ng anggulo ng bono; - kabuuang bilang ng mga anggulo ng bono; - epektibong pagkalastiko ng anggulo ng bono; - halaga ng anggulo ng bono; -ang halaga ng ekwilibriyo nito.

Enerhiya mga pakikipag-ugnayan ng pamamaluktot at mga potensyal na katumbas mga patag na grupo, nakasulat sa parehong anyo:

kung saan ang bilang ng anggulo ng pamamaluktot; ay ang bilang ng harmonic; ay isang pare-pareho: ang kontribusyon ng harmonic sa potensyal ng anggulo ng pamamaluktot; ay ang multiplicity ng harmonic.

Ang mga potensyal ay naiiba sa mga pare-pareho.

van der Waals Ang mga pakikipag-ugnayan ng mga atom na pinaghihiwalay ng tatlo o higit pang mga valence bond ay inilalarawan ng mga potensyal na Lennard-Jones: . Ang mga potensyal na parameter A at B ay nakasalalay sa mga uri ng mga atom na i at j na nakikilahok sa pakikipag-ugnayan; , - kung saan, at ang mga coordinate ng nakikipag-ugnayan na mga atomo.

Electrostatic ang mga pakikipag-ugnayan ay tinukoy ng potensyal ng Coulomb; , kung saan ang mga bahagyang singil sa mga atomo: ay ang dielectric constant ng medium.

Hydrogen bonds bumangon at nawawala sa panahon ng paggalaw ng mga atomo sa pagitan ng mga may electrostatic na pakikipag-ugnayan. Ang functional na anyo ng potensyal na bono ng hydrogen ay katulad ng potensyal ng mga pakikipag-ugnayan ng van der Waals, ngunit may mga puwersang pang-akit na mas maikling hanay: .

KabanataII.6.1.

Molecular Mechanics (MM)

Pagpili ng menu Setup punto na naaayon sa molecular mechanics, ay nagbibigay-daan sa iyo na gamitin ang klasikal na Newtonian na paraan ng pagkalkula ng enerhiya ng isang punto, equilibrium geometry at molecular dynamics ng mga bagay sa halip na ang quantum mechanical approach (isa sa mga semi-empirical na pamamaraan o ang nonempirical na paraan ng Hartree-Fock ( ab initio)).

Sa pamamaraan ng molecular mechanics, ang mga atomo ay itinuturing na Newtonian na mga particle na nakikipag-ugnayan sa isa't isa sa pamamagitan ng ilang potensyal na larangan na tinukoy sa empirikal. Ang potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan ay nakasalalay sa haba ng bono, mga anggulo ng bono, mga anggulo ng pamamaluktot at mga pakikipag-ugnayang di-covalent (kabilang ang mga puwersa ng van der Waals, mga pakikipag-ugnayang electrostatic at mga bono ng hydrogen). Sa mga kalkulasyong ito, ang mga puwersang kumikilos sa mga atomo ay kinakatawan bilang mga function ng mga coordinate ng mga atomo.

Tandaan: Kung bahagi lang ng system ang pipiliin sa workspace, ang mga interaksyon lang ng napiling bahagi ang isasama sa kalkulasyon. Kapag nag-optimize ng geometry at nagsasagawa ng mga kalkulasyon ng molecular dynamics, sa kasong ito, ang mga atom lamang ng napiling bahagi ang magbabago ng kanilang posisyon sa espasyo, habang ang mga hindi napili ay hindi, at ang mga kalkulasyon ay isasaalang-alang ang mga potensyal na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga bahagi ng sistema.

Upang simulan ang mga kalkulasyon gamit ang molecular mechanics method, dapat kang pumili sa dialog box Force field(Force field) - potensyal na function para sa mga kalkulasyon. Maaari kang pumili ng isa sa apat na pamamaraan ( MM+, AMBER, BIO+, OPLS), mga link na makikita sa dialog box.

Pamamaraan MM+ binuo para sa mga organikong molekula. Isinasaalang-alang nito ang mga potensyal na patlang na nabuo ng lahat ng mga atomo ng system na kinakalkula at nagbibigay-daan sa nababaluktot na pagbabago ng mga parameter ng pagkalkula depende sa partikular na gawain, na ginagawang, sa isang banda, ang pinaka-pangkalahatan, at sa kabilang banda, ito. kapansin-pansing pinapataas ang mga kinakailangang mapagkukunan kumpara sa iba pang mga pamamaraan ng molecular mechanics. Ang isang bilang ng mga pagpipilian para sa pagbabago ng mga parameter ng pamamaraang ito ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagpili sa pindutan Mga pagpipilian sa punto ng pagpili Force field.

Pamamaraan AMBER binuo para sa mga protina at nucleic acid. Sa loob nito, posible na pumili ng opsyon na isinasaalang-alang ang lahat ng mga atom nang hiwalay, o ang opsyon ng isang nagkakaisang atom, na nangangahulugang isang pangkat ng mga katumbas na atomo na may parehong mga katangian. Sa huling kaso, ilang mga atomo, o mga grupo ng mga ito, ay itinuturing bilang isang atom na may isang uri.

BIO+ ay binuo para sa biological macromolecules at higit sa lahat ay katulad ng AMBER.

OPLS dinisenyo para sa mga protina at nucleic acid. Ito ay katulad ng AMBER, ngunit pinangangasiwaan ang mga non-covalent na pakikipag-ugnayan nang mas tumpak.

Molecular Mechanics MM+ Options Dialog Box

Ang MM+ dialog box ay naglalaman ng isang set ng mga setting para sa kaukulang force field.

Electrostatics) Ang mga non-covalent electrostatic na pakikipag-ugnayan ay kinakalkula gamit ang dipole-type na pakikipag-ugnayan o bahagyang atomic charge.

Ö Ang mga dipoles ng bono ay ginagamit para sa mga kalkulasyon ng mga non-covalent electrostatic na pakikipag-ugnayan. Ang halaga ng parameter na ito ay tinukoy sa file ng mga parameter MM+.

Ö Ang mga singil ng atom ay ginagamit para sa mga kalkulasyon ng mga non-covalent electrostatic na pakikipag-ugnayan. Maaari kang magtakda ng hindi kumpleto (partial) atomic charge gamit ang menu Bumuo , punto Itakda ang Pagsingil o Maaari kang magsagawa ng mga semi-empirical o ab initio na kalkulasyon sa pamamagitan ng unang pagkalkula ng mga bahagyang singil para sa bawat atom gamit ang pamamaraan ni Mulliken.

Mga cutoff (Pagsara) Tinutukoy ng parameter na ito ang pinakamababang distansya para sa mga non-covalent na pakikipag-ugnayan.

Ang Ö Switched ay nagpapakilala ng isang smoothing function kapag kinakalkula ang mga molecule sa loob Periodic Box (Periodic box ). Ang diskarte na ito ay nagbibigay-daan sa mahinang pakikipag-ugnayan na maayos na mabawasan hanggang sa zero, na lumilipat mula sa panloob patungo sa panlabas na globo. Sa kasong ito HyperChem itinatakda ang Lumipat na parameter at ang mga halaga ng panloob ( panloob) at panlabas ( Panlabas) mga globo ( Mga globo).

Sa isa . E Ang parameter na ito ay nakatakda para sa pagkalkula ng mga system sa vacuum.

Ang Ö Shifted ay nagpapakilala ng isang smoothing function na kumikilos sa buong espasyo mula 0 hanggang sa outer sphere. Binibigyang-daan ka ng function na ito na maayos na bawasan ang mga non-covalent na pakikipag-ugnayan sa 0.

Ö Ang panlabas na radius para sa Switched at Shifted na mga parameter ay tumutukoy sa pinakamababang distansya kung saan ang mga non-covalent na pakikipag-ugnayan ay magiging katumbas ng 0. Karaniwang pinipili ang value na ito na hindi bababa sa 4 na angstrom na mas malaki kaysa sa panloob na radius. Para sa periodic boundary condition, ang value na ito ay katumbas ng kalahati ng minimum na laki ng periodic box.

Ö Ang panloob na radius ay pipiliin lamang kung ang mga switched cutoff ay nakatakda. Ito ang pinakamataas na interatomic na distansya upang ganap na isaalang-alang ang mga non-covalent na pakikipag-ugnayan. Sa kaso ng pagpili ng pana-panahong mga kundisyon sa hangganan, ang halagang ito ay pinipili na maging 4 angstrom na mas mababa sa kalahati ng pinakamababang laki pana-panahong kahon , o mas kaunti, pababa sa 0. Atensyon, mga setting Mga cutoff bumalik sa kanilang karaniwang mga halaga kapag ang isang bagong molekula ay inilagay sa larangan ng pagtatrabaho.

Dialog Box ng Mga Opsyon sa Force Field

Ginagamit ang window na ito upang pumili ng mga parameter ng force field AMBER, BIO+ At OPLS. HyperChem iniimbak ang mga halaga ng mga parameter na ito, hindi kasama ang mga parameter ng Cutoffs, sa Registry o sa chem..ini file at ginagamit ang mga ito para sa mga kasunod na kalkulasyon.

Dielectric permittivity (epsilon) (d electric constant). Mga ParameterConstant ( pare-pareho ) o Distance dependent (Nakadepende sa distansya) tukuyin ang mga pamamaraan para sa pagkalkula ng dielectric constant na epsilon, isang salik na nagbabago sa interaksyon ng mga singil (at electrostatic potential).

Ö Constant ( pare-pareho ). Ang pagpili sa parameter na ito ay ginagawang pare-pareho ang dielectric at tumutugma sa mga pana-panahong kondisyon ng hangganan pana-panahong kahon . Ang pagpili ng item na ito ay tumutugma sa isang sangkap sa gas phase o sa isang perpektong solusyon.

Ö Distance dependent (Nakadepende sa distansya). Ang pagpili sa parameter na ito ay ginagawang proporsyonal ang epsilon sa interatomic na distansya. Tinatantiya ng diskarteng ito ang epekto ng solvation sa kawalan ng perpektong solvent at nagbibigay-daan para sa mas mabilis na mga kalkulasyon. Ang parameter na ito ay inirerekomenda para sa paggamit sa mga kalkulasyon gamit ang OPLS. Dahil ang parameter na ito ay nagmomodelo ng pagkakaroon ng isang solvent, hindi ito dapat gamitin kapag ang mga solvent na molekula ay naroroon sa system na ginagampanan.

Kung pipiliin mo ang Constant parameter na epsilon ( epsilon)=(dielectric constant ng libreng espasyo) * (scale factor( Salik ng sukat)). Kung pipiliin mo ang parameterDistance dependent epsilon ( epsilon)=(dielectric constant ng libreng espasyo) * (scale factor( Salik ng sukat)) * (interatomic na distansya). Ang scale factor ay dapat na >=1. Bilang default, nakatakda ito sa 1, na kasiya-siya para sa karamihan ng mga system na kinakalkula.

1–4 Scale factor ( Scale factor 1-4) Ang mga noncovalent na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga atom na pinaghihiwalay ng eksaktong tatlong mga bono ay pinarami ng salik na ito.

Ö Binabago ng Electrostatic (Electrostatics) ang puwersa ng interaksyon ng mga singil sa pagitan ng mga atom na pinaghihiwalay ng tatlong bono. Ang parameter na ito ay nag-iiba mula 0 hanggang 1. Para sa isang force field AMBER At OPLS 0.5 dapat gamitin para sa BIO+ inirerekomenda ang 1.0, 0.5 o 0.4 depende sa hanay ng iba pang mga parameter.

Ö V an-der-Waals ( Van der Waals ) binabago ang mga interaksyon ng van der Waals sa pagitan ng mga atom na pinaghihiwalay ng tatlong mga bono, nag-iiba mula 0 hanggang 1. Para sa isang field ng puwersa AMBER dapat kang gumamit ng 0.5, para sa OPLS - 0.125, para sa BIO+ - 1.0.

Mga cutoff(Clipping) tinutukoy ang distansya pagkatapos kung saan ang mga non-covalent na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga atom ay hindi isinasaalang-alang. Dapat itong ipasok upang maiwasan ang pagsasaalang-alang sa mga pakikipag-ugnayan sa mga kapitbahay sa panahon kung sakaling magkaroon ng mga kalkulasyon sa Periodic Box.

Semi-empirical na pamamaraan

Ang MNDO method (1977) ay isa sa pinakakaraniwang semi-empirical na pamamaraan.

Mga pangunahing pagtatantya: ang bahagyang pagpapabaya sa pagkakaiba-iba ng pagkakaiba ay ginagawang posible upang ma-optimize ang istraktura ng mga compound (valence bond, anggulo, dihedral na anggulo). Isinasaalang-alang ang direksyon R-mga orbital.

Ang mga semi-empirical na pamamaraan ay hindi pangkalahatan. Nagbibigay sila ng medyo tumpak na mga resulta para sa klase o pangkat ng mga compound kung saan isinagawa ang parameterization. Karaniwang nakukuha ang empirical data mula sa spectral data.

Ang pamamaraan ay batay sa mga konsepto ng teoretikal na mekanika. Isinasaalang-alang ng pamamaraan ang isang molekula bilang isang tiyak na hanay ng mga atomo, na kinokontrol ng mga potensyal na pag-andar, tulad ng sa klasikal na mekanika.

Ang pag-asa ng enerhiya sa interatomic na distansya r ay inilarawan ng Morse curve. Ang minimum na enerhiya ay tumutugma sa equilibrium distance r 0 . Ang analytical expression ng Morse potential curve ay kumplikado.

Ang tanong ay pinasimple ng katotohanan na sa karamihan ng mga kaso ang pagbabago sa r 0 ay nangyayari sa isang maliit na lugar. Sa rehiyong ito ng Morse curve, ang batas ni Hooke ay isang magandang approximation sa totoong energy curve. Ang batas ni Hooke ay may anyo:

,

kung saan ang U ay potensyal na enerhiya, ang k ay isang pare-pareho.

Ang pagkalkula ng potensyal na enerhiya o pag-ikli ng isang kemikal na bono ay simple at hindi nangangailangan ng maraming oras sa computer.

Kung ang haba ng bono ay lumampas sa napiling lugar, isang kubiko na termino (r-r 0) 3 ay idinaragdag sa pagpapahayag ng potensyal na enerhiya. Pagkatapos ang potensyal na pag-andar ay kumukuha ng form:

+ k 2 (r-r 0) 3

Ang potensyal na deformation ng angular ng enerhiya ng pakikipag-ugnayan ay tumataas kung ang anggulo ng bono ay lumihis mula sa halaga ng equilibrium q 0. Ang potensyal na function ay lumalabas din na proporsyonal sa (q 0 -q) 2.

Para sa malalaking paglihis mula sa halaga ng anggulo ng ekwilibriyo, kinakailangan na gumawa ng mga pagwawasto na proporsyonal sa kubo ng pagkakaiba ng anggulo.

Ang susunod na pagwawasto ay nauugnay sa pagbabago ng enerhiya kapag ang mga anggulo ng pamamaluktot ay lumihis mula sa halaga ng ekwilibriyo.

Ang kumbinasyon ng mga pakikipag-ugnayan na nauugnay sa mga pagbabago sa haba ng mga bono ng kemikal, mga anggulo ng bono, at mga anggulo ng pamamaluktot ay tinatawag na field ng lakas ng valence.

Sa mas tumpak na mga kalkulasyon, kinakailangang isaalang-alang ang interaksyon ng van der Waals.

Kung ang molekula ay naglalaman ng mga polar group, ang electrostatic interaction at dipole-dipole interaction ay nagaganap.

Sa paraan ng molecular mechanics, lahat ng itinuturing na interaksyon ay inililipat mula sa isang molekula patungo sa isa pa, na nagpapasimple sa mga kalkulasyon.

Kaya, ang isang mekanikal na modelo ng molekula ay nilikha. Ang layunin ng mga programa sa computer ay upang mahanap ang pinakamainam na istraktura at enerhiya na naaayon sa isang naibigay na modelo.

Ginagawang posible ng diskarteng ito na pag-aralan ang pinaka-kumplikadong mga sistema na hindi naa-access ngayon sa quantum mechanics.

Ang pangunahing bentahe ng mga pamamaraan ng quantum chemistry ay nananatiling ang pagpapasiya ng elektronikong istraktura.

Ang molecular mechanics ay isang hanay ng mga pamamaraan para sa isang priori determinasyon ng geometric na istraktura at enerhiya ng mga molekula batay sa isang modelo kung saan (hindi katulad ng mga pamamaraan ng quantum chemistry) ang mga electron ng system ay hindi tahasang isinasaalang-alang. Sa mahigpit na pagsasalita, ang Molecular Mechanics (MM) ay isang paraan para sa pagtukoy ng molekular na istraktura batay sa representasyon ng isang molekula bilang isang hanay ng mga punto ng isang tiyak na masa na pinagsasama-sama ng mga puwersang klasikal. Ang molecular mechanics ay madalas ding tinatawag na paraan ng atom-atomic potential functions. Ang pamamaraang ito ay batay sa pagpapalagay na ang enerhiya E ng isang molekula ay maaaring katawanin ng kabuuan ng mga kontribusyon na maaaring maiugnay sa mga haba ng bono r, mga anggulo ng bono at mga anggulo ng dihedral (torsion).

Ang mga kontribusyon sa molecular energy ay kinabibilangan ng elastic binding energy (inilalarawan ng Hooke's law), bending energies ng bond angle at spatial angular strains, at energies ng electrostatic at van der Waals interactions. Bilang karagdagan, sa pangkalahatang pagpapahayag para sa enerhiya ay palaging may terminong Eudv, na sumasalamin sa interaksyon ng van der Waals ng mga atom na hindi nakagapos ng valence, at isang terminong Ekul, na isinasaalang-alang ang mga pakikipag-ugnayan ng electrostatic ng mga atomo at tinutukoy ang pagkakaroon ng epektibong mga singil ng atom. .

Matagumpay na pinahihintulutan ng paraan ng molecular mechanics ang pagliit ng enerhiya para sa malalaking sistema ng molekular at mga kumpol, sa makatwirang gastos sa pag-compute. Ang mga resulta ng mga kalkulasyon gamit ang molecular mechanics method ay nakasalalay sa parameterization ng force field. Ang numerical na halaga ng mga parameter ay pinili upang makakuha ng kasunduan sa pagitan ng kalkulado at pang-eksperimentong mga katangian ng molekula. Ang mga parameter ay equilibrium internuclear na mga distansya (mga haba ng bono) at mga anggulo ng bono, pati na rin ang mga constant ng puwersa, iyon ay, ang mga koepisyent ng rigidity ng mga nababanat na puwersa na nagkokonekta sa mga pares ng mga atomo. Isinasaalang-alang ng pinakasimpleng mga modelo ng molecular mechanics ang bond stretching (Ustr.), deformation ng valence (Udef.) at dihedral (torsion) angle (Utors.), interaksyon ng valence-unbonded atoms, na tinatawag ding interaksyon ng van der Waals (Uvdv. ), mga electrostatic na kontribusyon ( Uel-stat.), atbp. :

U = Urast + Udef + Utors + Uvdv + Uel-stat (1)

Para sa bawat termino, ang isang tiyak na analytical expression ay nakasulat (halimbawa, ang enerhiya ng electrostatic na kontribusyon na Uel-stat., ay inilarawan ng Coulomb function, ngunit, marahil, na may mga non-integer na singil bilang mga parameter) at ang mga parameter ng kaukulang Ang mga function ay inaayos ayon sa ilang mga katangian ng mga base molecule. Halimbawa, upang ilarawan ang potensyal na pag-andar ng mga saturated hydrocarbon na may hindi masyadong mataas na mga kinakailangan para sa katumpakan ng pagkalkula, humigit-kumulang sampung mga parameter ang sapat.

Ang molecular mechanics method ay maaari ding magsilbi bilang computational model para sa pagtatantya ng potensyal na enerhiya ng isang molekula, na isinasaalang-alang ang lahat ng antas ng kalayaan. Ang pagkalkula gamit ang paraan ng molecular mechanics ay binubuo ng pag-minimize ng bawat isa sa mga kontribusyon ng enerhiya, na magbibigay ng pinakamainam na halaga ng mga distansya, mga anggulo ng bono, mga anggulo ng dihedral at enerhiya E ng molekula sa kabuuan. Ang mga espesyal na programa sa computer na nagpapatakbo ng mga kalkulasyon gamit ang molecular mechanics method ay nangangailangan ng mas kaunting oras ng computer kaysa sa quantum chemical calculations, at ang katumpakan ng istruktura at mga hula sa enerhiya sa pamamagitan ng pamamaraang ito ay sa karamihan ng mga kaso ay maihahambing sa error ng structural at thermochemical measurements.

Ang pamamaraan ng molecular mechanics ay nagpapahintulot sa isa na makakuha ng impormasyon para sa kumpletong paglalarawan ng geometry ng iba't ibang conformers sa ground state at sa mga saddle point sa potensyal na ibabaw ng enerhiya (PES), pati na rin ang geometry ng istraktura sa mga kristal at amorphous ( vitreous) mga katawan. Ang pamamaraang ito ay matagumpay ding ginagamit upang matukoy ang init ng pagbuo, enerhiya ng boltahe, enerhiya ng mga indibidwal na conformer at ang taas ng mga hadlang sa mga pagbabagong-anyo, upang matukoy ang mga vibrational frequency at dipole moments, upang matukoy ang pamamahagi ng singil ng kuryente, atbp. Ang hanay ng mga aplikasyon ng molecular mechanics ay malaki: mula sa mga simpleng molekula hanggang sa mga kumplikadong metal complex, polysaccharides at protina. Sa kumbinasyon ng iba pang mga pamamaraan, sa partikular na gas electron diffraction at x-ray structural analysis, ang pagiging maaasahan at katumpakan ng pagtukoy ng mga geometric na katangian ay tumataas.

Ang paraan ng molecular mechanics ay hindi naaangkop: 1) para sa pagmomodelo ng mga system na ang mga katangian ay tinutukoy ng mga elektronikong epekto gaya ng mga orbital na pakikipag-ugnayan at 2) sa kaso ng pagkasira ng mga kemikal na bono.

Batay sa mga kalkulasyon ng molecular mechanics method ng structural parameters at ng enerhiya ng mga molecule sa isang equilibrium state, posibleng pag-aralan ang thermodynamic parameters ng mga system na pinag-aaralan gamit ang Monte Carlo method (isang paraan para sa paglutas ng mga problema sa matematika sa pamamagitan ng pagmomodelo ng mga random variable. at pagbuo ng mga istatistikal na pagtatantya) at ang posibilidad ng intra- at intermolecular na paggalaw sa system gamit ang molecular dynamics method.