2025 წლის 23 ოქტომბერს, რაფიელ აგლაძის არაორგანული ქიმიისა და ელექტროქიმიის ინსტიტუტში, კოორდინაციული ნაერთებისა და სორბციულ-კატალიზური პროცესების განყოფილების უფროსმა მეცნიერმა თანამშრომელმა დიმიტრი ლოჩოშვილმა წაიკითხა სემინარი თემაზე: „კომპიუტერული ქიმიის ზოგიერთი პროგრამისა და მეთოდის მიმოხილვა“ (Review of Some Computational Chemistry Programs and Methods). სემინარის მიზანი იყო კომპიუტერული ქიმიის თანამედროვე მეთოდებისა და შესაბამისი პროგრამული პაკეტების განხილვა, რომლებიც გამოიყენება მოლეკულურ დონეზე ქიმიური სისტემების შესასწავლად.
მოლეკულური მექანიკის მეთოდი
მოლეკულური მექანიკის მიდგომა ეფუძნება კლასიკური მექანიკისა და ელექტროსტატიკის პრინციპებს. ამ მეთოდით მოლეკულური სისტემები განიხილება კლასიკური ფიზიკის ჩარჩოში, რაც საშუალებას იძლევა კომპიუტერზე ვიზუალურად აიწყოს და გაანალიზდეს მოლეკულის სამგანზომილებიანი სტრუქტურა.
მიუხედავად მისი სიმარტივისა და ეფექტურობისა, მოლეკულური მექანიკის მეთოდი არ გამოირჩევა მაღალი სიზუსტით, რაც ზღუდავს მის გამოყენებას რთული მოლეკულური სისტემების შესწავლისას.
კვანტურ-ქიმიური მეთოდები
მაღალი სიზუსტის მისაღწევად მეცნიერები იყენებენ კვანტურ-ქიმიურ მეთოდებს, რომელთა შორისაა:
არაემპირიული (ab initio) მეთოდები;
ნახევრადემპირიული მიდგომები;
და სიმკვრივის ფუნქციონალის თეორიის (DFT) მეთოდები.
არაემპირიული მეთოდები უზრუნველყოფენ გათვლების შედარებით მაღალ სიზუსტეს . არაემპირიული გათვლების გამოყენებისას კომპიუტერი პროცესორულ დროს ძირითადად ხარჯავს ელექტრონთაშორისი ურთიერთქმედების ინტეგრალების გაანგარიშებაზე. მოლეკულის ზომების ზრდა იწვევს ასეთი ინტეგრალების რაოდენობის ზრდას, შესაბამისად მატულობს გათვლების დროც. არაემპირიული მეთოდების გამოყენება შესაძლებელია მცირე ზომის მოლეკულებისათვის.
ნახევრადემპირიული მეთოდები წარმოადგენს გამარტივებულ ვარიანტს, სადაც რთული ინტეგრალები ჩანაცვლებულია ექსპერიმენტული მონაცემებიდან მიღებული პარამეტრებით. ისინი იძლევიან კარგ სიზუსტეს გარკვეული ტიპის ნაერთებისთვის და საშუალებას აძლევენ მკვლევრებს შეისწავლონ ასეულობით ატომის მქონე მოლეკულები.
სიმკვრივის ფუნქციონალის თეორიის (DFT) მეთოდები გაცილებით დიდ ყურადღებას იქცევენ, რადგან ახასიათებთ მცირე რაოდენობის მიახლოებები და გათვლების შედეგების მაღალი სიზუსტე, რომელიც არაემპირიული მეთოდების სიზუსტის თანაზომადია. DFT-ს მეშვეობით შეიძლება გაცილებით უფრო დიდი მოლეკულების კვანტურ-ქიმიური გათვლების შესრულება ვიდრე არაემპირიული მეთოდებით.
პროგრამული პაკეტები
სემინარზე განხილული იქნა რამდენიმე პოპულარული პროგრამა, რომლებიც გამოიყენება კვანტურ-ქიმიურ გამოთვლებში:
Q-Chem – ერთ-ერთი წამყვანი პროგრამა არაემპირიული და DFT გათვლებისთვის;
IQMol – Q-Chem-ის შედეგების ვიზუალიზაციის პროგრამა;
ChemOffice – მოლეკულური მოდელირებისა და ქიმიური სტრუქტურების ანალიზის უნივერსალური პაკეტი.
დიმიტრი ლოჩოშვილმა წარმოადგინა მაგალითი პარა-პირიდინალდეჰიდის იზონიკოტინოილჰიდრაზონის მოლეკულაზე ჩატარებული DFT გათვლების შესახებ, სადაც გამოყენებულ იქნა სამი განსხვავებული მეთოდი შედეგების შესადარებლად.
დიმიტრი ლოჩოშვილის სემინარმა ცხადყო, რომ კომპიუტერული ქიმიის თანამედროვე მეთოდები წარმოადგენს შეუცვლელ ინსტრუმენტს მოლეკულური სისტემების შესწავლისა და პროგნოზირებისათვის. სხვადასხვა მეთოდისა და პროგრამული უზრუნველყოფის სწორად შერჩევა მეცნიერებს საშუალებას აძლევს მიაღწიონ ოპტიმალურ ბალანსს სიზუსტესა და გამოთვლით სირთულეს შორის.
აღნიშნული მიდგომები განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ახალი ნაერთების დიზაინისა და ქიმიური რეაქციების მექანიზმების გაანალიზებისას.
