Hesaplamalı Organik Kimya

Transkript

1 Hesaplamalı Organik Kimya Kimya Bölümü 1. Hafta Bahar I. DERSİN TANIMI Ders Kodu: KİM 402 Ders Adı: Hesaplamalı Organik Kimya (3 0 0/3) AKTS: 8 II. DERSİN AMACI Hesapsal kimyanın temel kavramları, yöntemleri ve uygulamaları konularında bilgiler vermek ve teorik hesaplamalar yapan paket programları kullanma ve çeşitli kimyasal olaylara uygulama becerisi kazandırmak Prof.Dr. Pervin Ünal Civcir 1

2 III. KONULAR 1. HESAPSAL KİMYAYA GİRİŞ 1.1 Dersin Tanıtımı, İçeriği ve Genel Bilgiler 1.2 Hesapsal Yöntemler 1.3 Hesapsal Yöntemlerle Neler Yapılabilir? 1.4 Kimyasal Yapı Çizimleri 1.5 Bilgisayar Programları 1.6 Molekül Yapı Veri Tabanları 2. MOLEKÜLER MEKANİK HESAPLAMALAR 2.1 Genel Bilgiler 2.2 Moleküler Mekanik de Enerji Eşitliği 2.3 Moleküler mekanik ile Yapılan Hesaplamalar 3. QUANTUM MODELLEMEYE GİRİŞ 3.1 Schrödinger Denklemi 3.2 Yaklaşımlar 4. HARTREE FOCK MODEL 4.1 HF yöntemler 4.2 Kısıtlanmış Hatree Fock Model 4.3 Kısıtlanmamış Hatree Fock Model Prof.Dr. Pervin Ünal Civcir 2

3 5. YARI DENEYSEL MODELLER 5.1 Yarı Denel Yöntemlerle İlgili Genel Bilgiler 5.2 Bazı Yarı Denel Yöntemler 6. ELEKTRON KORELASYONU 6.1 Korelasyon Enerjisi 6.2 Bazı ab Initio Yöntemler 7. TEMEL KÜMELER (BASİS SETS) 7.1 Temel Kümeler Hakkında Genel Bilgiler 7.2 Temel Kümelerin Sınıflandırılması 8. YOĞUNLUK FONKSİYONELİ TEORİSİ (DFT) 8.1 DFT Hakkında Genel Bilgileri 8.2 Bazı Yoğunluk Fonksiyonelleri 9. UYGULAMALAR 9.1 Molekül Yapı Çizimleri 9.2 Hesaplamalar İçin İnput Hazırlama 9.3 Konformasyon Analizi 9.4 Geometri Optimizasyonu 9.5 Frekans Hesaplamaları 9.6 Termodinamik Özellikler Prof.Dr. Pervin Ünal Civcir 3

4 IV. Referans Materyaller Ders materyali : ChemDraw ve Chem3D programları kullanım kılavuzları için: Support/Downloads/ Gaussian ve GaussView programları için: Foresman, J.B.; Frisch, Æ. Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 3rd ed.; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, ISBN: V. Yardımcı Kitaplar Kenneth L. Williamson, Robert D. Minard, Katherine M. Masters Büyük Ölçekli ve Küçük Ölçekli, Organik Kimya Deneyleri, Çeviri editörleri: Tahsin Uyar, Özgen Alankuş Çalışkan, ISBN: , Palme, Ankara, Jensen, F. Introduction to Computational Chemistry, John Wiley & Sons, England, (1999). Young, David C. "Computational Chemistry: A Practical Guide for Applying Techniques to Real-World Problems", ISBN: John Wiley & Sons, Prof.Dr. Pervin Ünal Civcir 4

5 Hehre, W. J, A Guide to Molecular Mechanic and Quantum Chemical Calculations, Wavefunctions, Inc., Von Karman Ave., Suite 370 Irvine, CA 92612, (2003). Hehre, W. J. : Practical Strategies for Electronic Structure Calculations, Wavefunctions, Inc. California, (1995). Steven M. Bachrach, "Computational Organic Chemistry", Wiley-Interscience (July 16, 2007) ISBN0: pages. Hinchliff, A, Modelling Molecular Structures, John Wiley and Sons, New York, USA, (1997) VI. SINAVLAR, NOTLANDIRMA VE DEVAM KURALLARI 1 Arasınav 1 Ödev Final Sınavı NOTLANDIRMA: Ders notları aşağıda belirtilen şekilde hesaplanacaktır: %20 Arasınav %20 Ödev %60 Final Sınavı DEVAM Derse devamlılık zorunludur (%70) ve başarıyı doğrudan etkilediğinden oldukça önemlidir. Prof.Dr. Pervin Ünal Civcir 5

6 2015 Nobel Kimya ödülünü Türk Bilim Adamı Aziz Sancar aldı. Kanser konusunda yaptığı önemli çalışmalarla dünya çapında adını duyuran Türk bilim insanı Prof. Dr. Aziz Sancar, kanser tedavisinde sirkadiyen saat (ritmik saat) buluşuna imza atmıştı. Aziz Sancar, ABD de Kuzey Carolina Üniversitesi Biyokimya ve Biyofizik Bölümü Öğretim Üyesi olarak görev yapmaktadır. BÖLÜM 1: Hesapsal Kimya Hakkında genel Bilgiler Hesapsal Kimya, maddelerin yapıları, fiziksel ve kimyasal özellikleri ve tepkimeleriyle ilgili bilgileri sağlar. Temel olarak algoritmalar temelindedir: Schrödinger Eşitliğine çözüm arar. Prof.Dr. Pervin Ünal Civcir 6

7 Teorik ve Hesapsal Kimya Teorik Kimya, kimyayı matematiksel yöntemlerle tanımlar. Kimyasal yapıları ve tepkimeleri temel fizik kanunlarına dayanarak açıklar. Hesaplamalı kimya ise teorik kimyacılar tarafından geliştirilmiş matematiksel yöntemleri uygular ve elde edilen sonuçları yorumlar. Böylece deneysel kimya ile teorik kimya arasında bir köprü kurar. Hesapsal Kimya Hesaplamalı kimya, yeni teorik yöntemlerin geliştirilmesine değil doğrudan kimyasal problemlere uygun sonuçlar bulmaya yoğunlaşmıştır. Hesapsal kimya, tüm kimyasal yapılara ve tepkimelere moleküler düzeyde bakar ve moleküler yapının en kararlı olduğu geometrik parametreleri kullanarak, yapısal ve kimyasal özellikleri bulmayı amaçlar. Prof.Dr. Pervin Ünal Civcir 7

8 Nobel Ödülleri 1998 de Popple ve Kohn hesapsal yöntemlerin ve moleküler modellemenin geliştirilmesi konusunda yaptıkları çalışmalardan dolayı Nobel Ödülü kazanmıştır de Karplus, Levitt ve Warshell kompleks kimyasal sistemlerin çok ölçekli modellerinin geliştirilmesi konulu çalışmaları ile Nobel Ödülü almışlardır. Hesapsal Yöntemler Genel olarak kullanılan 3 farklı yöntem vardır : 1. Moleküler Mekanik (MM), 2. Kuantum Mekaniği (QM) Yarı-denel (semiempirical), ab initio ve Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi (density functional theory, DFT). 3. Moleküler Dinamik (MD) Prof.Dr. Pervin Ünal Civcir 8

9 Hesapsal kimya ile yapılanlar Konformasyon analizi Potansiyel enerji yüzeyi, Geometri optimizasyonu, Sıfır noktası ve termal enerjiler, Termokimya, Tepkime kinetiği, Reaktiflik, NMR, IR ve Raman spektrumları, Hangi moleküllerle çalışılır? Bilinen moleküller Reaktif ara ürünler Tepkimelerin geçiş konumları hatta var olmayan maddeler hesapsal yöntemlerle incelenebilmekte ve birçok kimyasal olay açıklanabilmektedir. Prof.Dr. Pervin Ünal Civcir 9

10 BAZI KİMYASAL YAPI ÇİZİM PROGRAMLARI ChemDraw Spartan HyperChem GaussView MDL Isıs vb. Bazı Hesapsal Kimya Kodları CAChe (Computer Aided Chemistry) Spartan HyperChem Chem3D Gaussian Sybyl MOPAC (Molecular Orbital Package) GAMESS (General Atomic and Molecular Electronic Structure System) Prof.Dr. Pervin Ünal Civcir 10

11 Moleküler Yapı Veri Tabanları Cambridge Yapı Veri Tabanı (Cambridge Structural Database, CSD) ( The Brookhaven Protein Data Bank (PDB) Konu ile ilgili referans kaynaklar: Kenneth L. Williamson, Robert D. Minard, Katherine M. Masters Büyük Ölçekli ve Küçük Ölçekli, Organik Kimya Deneyleri, Çeviri editörleri: Tahsin Uyar, Özgen Alankuş Çalışkan, ISBN: , Palme, Ankara, Foresman, J.B.; Frisch, Æ. Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 3rd ed.; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, ISBN: Prof.Dr. Pervin Ünal Civcir 11