Vandaag, wanneer nieuwe medicijnen worden ontworpen met behulp van supercomputers, en elektronische apparaten werken op nanoschaal, het is erg belangrijk voor wetenschappers om te begrijpen hoe naburige moleculen zich tegenover elkaar gedragen. Voor dit doeleinde, ze moeten de afmetingen van atomen met de hoogste mate van precisie kennen. Moderne kwantumchemische methoden kunnen hierbij helpen, maar de antwoorden die ze bieden zijn ofwel niet nauwkeurig genoeg of het kost maanden werk om ze te produceren. Wetenschappers van de ITMO University en hun collega's van de Russische Academie van Wetenschappen hebben een nieuwe methode voor statistische analyse van intermoleculaire interacties en groottes van atomen voorgesteld. Hun onderzoek haalde de voorpagina van de ChemPhysChem logboek.

Vanuit het oogpunt van de chemie, we leven allemaal in een wereld van voortdurende intermoleculaire interacties. Het proces van het zetten van thee, het verteren van onze maaltijden of de stijfheid van een nieuw soort plastic - dit hangt allemaal af van de manier van interactie van specifieke moleculen. Het probleem is dat moderne kwantumchemische methoden niet voldoende zijn om de kenmerken van intermoleculaire interacties volledig en nauwkeurig te beschrijven.

Nogmaals, vandaag is het erg belangrijk voor wetenschappers om de energie van intermoleculaire interacties te kennen. Onderzoekers hebben nauwkeurige gegevens nodig over hoe moleculen van een nieuw medicijn interageren met de cellen van een organisme, of op de moleculaire structuur van een nieuwe halfgeleider. De kleinste veranderingen in de manier van interactie van moleculen kunnen een uitvinding zeer effectief of volledig onhaalbaar maken. Chemici vonden een uitweg:om vast te stellen in hoeverre intermoleculaire interacties de eigenschappen van een chemisch systeem beïnvloeden, ze begonnen het principe van de effectieve grootte van atomen te gebruiken, meestal bekend als van der Waals-radii. Dit concept houdt in dat als atomen dichter bij elkaar komen dan een bepaalde afstand, dan is hun interactie significant; anders, het kan worden verwaarloosd.

Nog, vanwege de bijzonderheden van de methode voor het bepalen van van der Waals-stralen, hun waarden zijn meestal 10-15% ondermaats. Als resultaat, fouten vinden hun weg naar de analyse van chemische systemen, en veel interacties worden genegeerd als onbeduidend. Een team van wetenschappers van de ITMO University heeft in samenwerking met specialisten van het Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds een nieuwe methode voor statistische analyse voorgesteld waarmee de grootte van atomen beter kan worden bepaald.

"Hoe bereken je meestal de efficiënte grootte van atomen?" zegt Ivan Tsjernyshov, een van de auteurs van het artikel, "We zullen, we hebben gegevens over alle mogelijke interacties tussen twee atomen. Als we een grafiek maken van de verdeling van interatomaire afstanden, we zullen een gemiddelde afstand kunnen krijgen die overeenkomt met de geanalyseerde interactie. Nog altijd, dit is niet altijd mogelijk, dus in plaats van de meest waarschijnlijke afstand van de grafiek krijgen we een andere, geschatte waarde. We zijn erin geslaagd dit probleem te omzeilen door een manier te bedenken om de toevallige contacten te scheiden van directe interacties waar er geen andere afgeschermde atomen op de 'zichtlijn' tussen de centra van de twee atomen zijn."

Ondanks dat deze methode voor het oplossen van een uiterst complexe taak op het gebied van kwantumchemie vrij eenvoudig is, het maakt het mogelijk om voldoende nauwkeurige gegevens te verkrijgen die essentieel zijn voor het beoordelen van de grootte van atomen en moleculen en de manier van intermoleculaire interacties, wat erg belangrijk is in het licht van de hedendaagse toepassingen.

"Vandaag, wetenschappers doen actief onderzoek naar interacties tussen medicijnen en eiwitten in organismen, " legt meneer Chernyshov uit. "Je hebt een goed molecuul dat zijn efficiëntie al heeft bewezen, maar moet het verbeteren door de band met het actieve centrum te versterken. Om dat te doen, je neemt gegevens over de efficiënte grootte van deze atomen en kijkt welke interacties in de structuur van het gebonden eiwit belangrijk zijn en welke kunnen worden verwaarloosd. De waarden die tot nu toe zijn gebruikt, zijn empirisch bepaald en hadden geen specifieke fysieke betekenis. Onze methode zal het mogelijk maken om de nauwkeurigheid van dergelijke berekeningen aanzienlijk te vergroten, vooral voor systemen die nog niet zijn onderzocht."