Предложен новый подход к определению размера атомов — Naked Science
8 минут
Университет ИТМО

Предложен новый подход к определению размера атомов

5.1

Современные методы квантовой химии не позволяли полностью и точно описывать характеристики межмолекулярных взаимодействий, что затрудняло эффективность тех или иных разработок — например, в лекарственной терапии. Но ученые из Университета ИТМО и их коллеги из РАН предложили новый метод статистического анализа силы этих взаимодействий и размеров атомов.

Предложен новый подход к определению размера атомов / ©harp-seversk.ru

Сегодня, когда новые лекарства разрабатывают на суперкомпьютерах, когда электроника работает в наномасштабе, ученым важно понимать, как ведут себя соседние молекулы по отношению друг к другу. Для этого нужно максимально точно знать эффективный размер атомов. Современные методы квантовой химии могут помочь в этом, однако их ответы либо недостаточно точны, либо их получение занимает месяцы работы суперкомпьютеров. Ученые Университета ИТМО и их коллеги из РАН предложили новый метод статистического анализа силы межмолекулярных взаимодействий и размеров атомов. Их работа попала на обложку журнала ChemPhysChem. 

С точки зрения химии все мы живем в мире постоянных межмолекулярных взаимодействий. Процесс заварки чая, переваривание еды в нашем организме, жесткость нового вида пластика – все это зависит от характера взаимодействий отдельных молекул между собой. Проблема в том, что современные методы квантовой химии не позволяют полностью и точно описывать характеристики межмолекулярных взаимодействий.

Между тем, на современном уровне науки ученым важно понимать, какова энергия межмолекулярных взаимодействий. Исследователям надо точно знать, как взаимодействуют молекулы лекарства с клетками организма, или как упакованы молекулы в новом органическом полупроводниковом материале. Небольшие изменения в характере взаимодействия между молекулами могут сделать разработку очень эффективной, или наоборот крайне неконкурентоспособной.

Химики нашли выход – чтобы определять, насколько межмолекулярные взаимодействия определяют свойства химической системы, они стали использовать принцип эффективного размера атомов, или, как их называют, Ван-дер-Ваальсовых радиусов. В этой концепции предполагается, что сближение атомов из разных молекул на расстояние меньше некоторого свидетельствует о важности соответствующего взаимодействия, в противном случае им можно пренебречь.

Однако из-за особенностей методики определения вандерваальсовых радиусов их значения оказываются занижены на 10-15 процентов. В результате в анализ химических систем зачастую закрадываются ошибки – многие важные взаимодействия отбрасываются как незначительные, что делает работу исследователей менее эффективной. Группа ученых Университета ИТМО в сотрудничестве с сотрудниками ИнЭОС РАН предложила новый метод статистического анализа, который позволяет точнее определять размер атомов.

«Как обычно рассчитывается эффективный размер атомов, – рассказывает научный сотрудник Университета ИТМО Иван Чернышов, – у нас есть данные о всех возможных вариантах взаимодействия некоторых двух атомов. Если построить на их основе график распределения межатомных дистанций, то из него можно будет увидеть усредненное расстояние, соответствующее анализируемому взаимодействию.

Однако возможно это не всегда, поэтому вместо наиболее вероятной дистанции из графика достается другая, приближенная величина. Мы смогли обойти эту проблему, придумав способ отсеивания случайных контактов от «прямых» взаимодействий, в которых на «линии взгляда» между центрами двух атомов не находятся другие, экранирующие атомы», – поясняет соавтор исследования.

Несмотря на то, что российские ученые предложили для решения сложнейшей задачи из мира квантовой химии сравнительно простой статистический метод, он позволяет получать достаточно точные данные, необходимые для оценки размеров атомов, молекул, для оценки характера межмолекулярных взаимодействий, что очень важно для современных приложений.

«Сейчас активно исследуются взаимодействия между лекарствами и белками в организме, – поясняет Чернышов, – У вас есть хорошая молекула, которая показала свою эффективность, но для реального применения ее нужно улучшить, усилив связывания с активным центром. Для этого вы берете данные об эффективных размерах атомов, и смотрите, какие из наблюдаемых вами в структуре связанного белка взаимодействия важны, а какими можно пренебречь.

Те значения, которые до настоящего момента брались, определялись эмпирически и не имели конкретного физического смысла. Наш метод позволит значительно увеличить точность расчетов, особенно для новых, не изучавшихся ранее систем».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО» — первое неклассическое высшее учебное заведение Санкт-Петербурга, один из национальных исследовательских университетов России.
Позавчера, 21:59
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

Вчера, 19:42
51 минута
Александр Березин

9 апреля 1940 года Германия внезапно напала на Данию и Норвегию — выполнив тем самым планы британского командования, пытавшегося спровоцировать Берлин на такое нападение. Но дальше все пошло не по плану: Германия победила, союзники проиграли. Тем не менее в этой битве выиграли не только немцы. Парадоксальным образом она помешала и англо-французским планам нападения на СССР в 1940 году, что радикально изменило ход и исход всей мировой войны. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 10:58
3 минуты
Сергей Васильев

Если хозяин уделяет внимание потенциальному «конкуренту», собаки могут демонстрировать настоящее ревнивое поведение.

Позавчера, 21:59
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

4 апреля
23 минуты
Александр Березин

Немецкие ученые проанализировали склонность жителей восьми стран носить маски и соблюдать антиковидные меры. Самыми «несклонными» оказались граждане США, Швеции, Польши и России, а самыми склонными — немцы, англичане, французы и испанцы. Исследователи пришли к выводу: чем ниже склонность, тем выше смертность. В нашей стране реальная смертность от Covid-19 в несколько раз выше, чем официальная от оперштаба, то есть на деле эффект от пренебрежения масками и дистанцированием, вероятно, весомее. Разбираемся в деталях и в том, как это связано с провалом вакцинации от коронавируса в России.

3 апреля
7 минут
Мария Азарова

Развитие лишних половых членов встречается у одного из пяти-шести миллионов новорожденных. На долю медиков из Курдистана выпал вовсе уникальный случай — трехмесячный мальчик появился на свет с трифаллией.

11 марта
7 минут
Василий Парфенов

Абсолютно фантастический варп-двигатель, с теоретической точки зрения, интересен тем, что принцип его работы сам по себе не нарушает никаких законов физики. Вот только для работы такого устройства потребуются несуществующие материалы с невозможными свойствами — например, отрицательной плотностью энергии. Однако немецкий физик внимательно изучил более ранние научные работы по теме и нашел хитрую лазейку, которая позволяет хотя бы теоретически описать подобный способ передвижения без использования экзотических и аномальных материй.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: