QMMMtilnærmelse

QMMMtilnærmelse, eller QM/MM-tilnærmelse, er en hybrid beregningsmetode i teoretisk kjemi og molekylær modellering som kombinerer kvantemekanikk (QM) for en del av et system med klassisk molekylmekanikk (MM) for resten. Hensikten er å oppnå elektronisk detaljering der det er nødvendig, samtidig som systemets størrelse kan håndteres med rimelig beregningskostnad. QM-behandlingen gir informasjon om elektronfordeling, reaksjonsbaner og energier, mens MM-delen gir eksakt geometrisk og dynamisk kontekst gjennom en parameterisert forcefelt.

Systemet deles vanligvis i en QM-region og en MM-region. QM-regionen inkluderer ofte det som er sentralt for kjemiske prosesser, for eksempel et enzymaktivt sete eller en reaksjonskoordinat. MM-regionen beskriver resten av molekylet eller miljøet ved hjelp av klassiske krefter og parametre. Tilkoblingen mellom regionene skjer gjennom ulike embeddlement-scenarioer: mekanisk embedding bruker MM-krefter for å påvirke QM-regionen uten å inkludere MM-ladninger i QM-Hamiltonianen, mens elektrostatisk embedding inkluderer MM-ladninger som ekstern elektrisk felt i QM-beregningen slik at den elektroniske densiteten responderer på miljøet. Det finnes også polarisérbart embedding som tillater gjensidig tilbakemelding mellom QM og MM-delen.

Ved grensebøyninger brukes ofte link-atomer (for eksempel hydrogen) for å kappe brutte bind i QM-regionen og opprettholde valens. Adaptive QM/MM-varianter lar QM-regionen endre størrelse eller lokasjon under simuleringen, noe som er nyttig ved flytting av reaksjonssentre eller solventinteraksjoner.

Anvendelser omfatter enzymkatalyse, katalyse i kjemiske reaksjoner, løsning- og solvatisjonseffekter, samt material- og overflateprosesser. Fordelene er høyere nøyaktighet i aktive områder kombinert med lavere beregningskostnader enn full QM, mens utfordringer inkluderer grenseartefakter, avhengighet av forcefeltet og behov for omhyggelig valgs av QM-region og embedding-parameterisering. QM/MM har vært utviklet siden 1970-årene, med tidlige bidrag som la grunnlaget for dagens bredt brukte praksiser.