Molekylsystem

Molekylsystem är ett begrepp inom kemi och angränsande områden som avser ett system bestående av molekyler. Det kan gälla en enskild molekyl, till exempel en biomolekyl eller en organisk förening, eller en samling molekyler som interagerar i ett medium såsom en vätska, lösning, polymernätverk eller ett proteinkomplex. Målet är att studera struktur, energi och dynamik under givna betingelser som temperatur, tryck och volym.

Inom ett molekylsystem analyseras hur molekylernas geometri och interaktioner ger upphov till konformationer, reaktionsbanor och funktionella egenskaper. Systemet kan beskrivas med olika nivåer av detaljer, från elektroniska strukturer på kvantnivå till förenklade modellsystem som fångar väsentliga interaktioner mellan molekylerna. Viktiga begrepp är potentialenergilandskapet, fri energi, inre koordinater och olika typer av molekylära rörelser.

Metoderna för att undersöka molekylsystem inkluderar både experiment och teori. Experimentella tekniker som röntgendiffraktion, NMR-spektroskopi och olika former av spektroskopi används för att få kunskap om struktur och dynamik. Beräkningar inom kvantkemi (till exempel DFT och ab initio-metoder), molekylär dynamik, Monte Carlo-simuleringar och koars-grain-modeller används för att förutsäga egenskaper och beteenden där experimenten kan vara svåra att genomföra.

Användningsområdet för molekylsystem sträcker sig från förståelse av reaktionsmekanismer och katalys till studier av lösningsbeteende, materialegenskaper och proteinveckning samt läkemedelsdesign. Utmaningar inkluderar beräkningskostnader, osäkerhet i funktionsfördelningar (force fields) och begränsningar i tids- och längdskalor som gör att ibland endast approximativa bilder av systemet kan erhållas.