molekulaarmehhaanika

Molekulaarmehhaanika on arvutuslik keemia distsipliin, mis uurib molekulide struktuuri ja dünaamikat, kasutades klassikalist mehhaanikat. Selle peamised tööriistad on potentsiaalenergia funktsioonid ehk jõujooned, millega kirjeldatakse aatomite vahelisi jõude. Need jõud jagunevad tavaliselt kaheks: seotud interaktsioonid (sidemed, nurga painutus ja dihedraalne pöörlemine) ning mitte seotud koostoimed (Van der Waalsi ja elektrostatilised koostoimed).

Seotud interaktsioonid kirjeldavad keemiliste sideainete jäikaid omadusi, nagu sidemevenitus, nurga painutus ja dihedraalse pöörlemise energianimeline. Mitte seotud koostoimed hõlmavad van der Waalsei jõude ja elektrostatistilisi koostoimeid aatomite vahel pika vahemiku ulatuses. Energiat minimeeritakse, et leida stabiilseid konformatsioone, või kasutatakse molekulaarset dünaamikat (MD), kus lahendatakse Newtoni liikumisvõrrandid, et jälgida süsteemi ajas toimuvaid muutusi. MD-d võimaldab konformatsioonide ruumi katmist ning termodünaamiliste omaduste ja mehhaaniliste protsesside uurimist.

Piirangud: molekulaarmehhaanika on klassikaline lähenemine, mis ei käsitle elektrone, seega ei sobi sidemete lõikumise või tekkimise kirjeldamiseks ilma kvantmehaanika lisanditeta. Reaalsete keemiliste reaktsioonide jaoks kasutatakse sageli QM/MM-hübriide või täpsemaid kvantmehhaanika meetodeid; täpsus ja kehtestatus sõltuvad parameetrite kvaliteedist ja kasutatud force field’ide sobivusest.

Kasutusvaldkonnad ja tarkvarad: biomolekulide, nagu valgud ja nukleiinhapped, struktuuri ja dünaamika modelleerimine; materjaliteadus ja ravimite disain. Populaarsed tööriistad hõlmavad GROMACS, AMBER, CHARMM, NAMD ja LAMMPS.