Forskere foreslår ny tilgang til måling af atomer

I dag, når nye lægemidler designes ved hjælp af supercomputere, og elektroniske enheder fungerer på nanoskala, det er meget vigtigt for forskere at forstå, hvordan nabomolekyler opfører sig over for hinanden. Til dette formål, de skal kende størrelsen af ​​atomer med den højeste grad af præcision. Moderne kvantekemi metoder kan være til hjælp her, men de svar, de giver, er enten ikke nøjagtige nok eller tager måneders arbejde at fremstille. Forskere fra ITMO University og deres kolleger fra det russiske videnskabsakademi foreslog en ny metode til statistisk analyse af intermolekylære interaktioner og størrelser af atomer. Deres forskning gjorde forsiden af ChemPhysChem tidsskrift.

Fra et kemi synspunkt, vi lever alle i en verden af ​​evige intermolekylære interaktioner. Processen med at brygge te, fordøjelse af vores måltider eller stivheden af ​​en ny type plastik – alt dette afhænger af den måde, hvorpå specifikke molekyler interagerer. Problemet er, at moderne kvantekemimetoder ikke er nok til fuldstændigt og præcist at beskrive karakteristikaene ved intermolekylære interaktioner.

Så igen, i dag er det meget vigtigt for forskere at kende energien af ​​intermolekylære interaktioner. Forskere har brug for præcise data om, hvordan molekyler af et nyt lægemiddel interagerer med en organismes celler, eller på den molekylære struktur af en ny halvleder. De mindste ændringer i måden, hvorpå molekyler interagerer, kan gøre en opfindelse meget effektiv eller fuldstændig umulig. Kemikere fandt en vej ud:for at identificere, i hvilket omfang intermolekylære interaktioner påvirker egenskaberne af et kemisk system, de begyndte at bruge princippet om den effektive størrelse af atomer, mest kendt som van der Waals radier. Dette koncept indebærer, at hvis atomer kommer tættere på hinanden end en bestemt afstand, så er deres interaktion betydelig; Ellers, det kan negligeres.

Endnu, på grund af de særlige forhold ved metoden til bestemmelse af van der Waals-radier, deres værdier er normalt underdimensionerede med 10-15 %. Som resultat, fejl gør deres vej ind i analysen af ​​kemiske systemer, og mange interaktioner negligeres som ubetydelige. Et team af forskere fra ITMO University i samarbejde med specialister fra Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds foreslog en ny metode til statistisk analyse, der gør det muligt at bestemme størrelsen af ​​atomer bedre.

"Hvordan beregner du normalt den effektive størrelse af atomer?" siger Ivan Chernyshov, en af ​​artiklens forfattere, "Godt, vi har data om alle mulige interaktioner mellem to atomer. Hvis vi tegner en graf over fordelingen af ​​interatomare afstande, vi vil være i stand til at få en gennemsnitlig afstand, der svarer til den analyserede interaktion. Stadig, det er ikke altid muligt, så i stedet for den mest sandsynlige afstand fra grafen får vi en anden, omtrentlige værdi. Det lykkedes os at omgå dette problem ved at finde på en måde at sigte de tilfældige kontakter fra direkte interaktioner, hvor der ikke er andre screeningsatomer på 'synslinjen' mellem de to atomers centre."

På trods af at denne metode til at løse en ekstremt kompleks opgave fra kvantekemiområdet er ret enkel, det giver mulighed for at få tilstrækkeligt præcise data, der er afgørende for at vurdere størrelsen af ​​atomer og molekyler og måden af ​​intermolekylære interaktioner, hvilket er meget vigtigt i lyset af nutidens ansøgninger.

"I dag, videnskabsmænd forsker aktivt i interaktioner mellem lægemidler og proteiner i organismer, " forklarer hr. Chernyshov. "Du har et godt molekyle, der allerede har vist sin effektivitet, men skal forbedre det ved at forstærke bindingen med det aktive center. For at gøre det, man tager data om den effektive størrelse af disse atomer og ser hvilke interaktioner i strukturen af ​​det bundne protein der er vigtige, og hvilke der kan negligeres. De værdier, der har været brugt indtil nu, blev bestemt empirisk og havde ingen specifik fysisk betydning. Vores metode vil gøre det muligt at øge nøjagtigheden af ​​sådanne beregninger markant, især for systemer, der ikke er blevet undersøgt endnu."