Computerkemi ( matematisk kemi ) er et relativt ungt felt inden for kemi baseret på brug af computermetoder og diskret matematik , primært , grafteori og kombinatorik , til kemiske problemer af fundamental og anvendt karakter. Ud fra den generelle definition af kemi som videnskaben om stoffer og deres omdannelser til hinanden, kan vi sige, at stoffer ( molekyler ) er modelleret i computerkemi ved molekylære grafer , og transformationer af stoffer ( kemiske reaktioner ) modelleres ved formelle operationer med grafer. I en række tilfælde forenkler en sådan tilgang markant algoritmiseringen af kemiske problemer, reducerer dem til typiske problemer med kombinatorik og diskret matematik og gør det muligt at søge efter løsninger ved hjælp af computerprogrammer. Samtidig kan universelle programmer sammen med specielle programmer i computerkemi også bruges: til at arbejde med tabeller , matematiske programmer (for eksempel Maple eller Mathematica ) osv.
Som et eksempel på typiske opgaver inden for computerkemi kan man nævne: søg efter afhængigheder af typen "struktur-egenskab" ; generering af sæt kemiske strukturer, der opfylder de specificerede parametre (sammensætning, tilstedeværelse af funktionelle grupper osv.); optælling af forskellige kemiske reaktioner mellem givne reagenser (den såkaldte "computersyntese") osv. Sammen med generelle kemiske problemer inden for computerkemi er der også en stor gruppe højt specialiserede problemer, der er tæt knyttet til problemerne med kemisk informatik, f.eks. for eksempel problemet med at genkende kemiske strukturer, når man skal kemiske og fysisk-kemiske databaser. Denne gruppe af problemer er til gengæld tæt forbundet med grafisomorfiproblemet .
Ved løsning af computerkemiproblemer er forskellige beregningsmetoder og operationer med topologiske indekser (grafinvarianter) meget brugt. I nogle tilfælde udvides den formel-logiske tilgang med kemiske tilgange, for eksempel udover de topologiske indekser, som afspejler molekylets struktur, elektronegativiteterne af atomerne i molekylet, som afspejler stoffets sammensætning, er brugt. Metoder til computerkemi bruges ofte i kombination med metoderne fra kvantekemi , molekylær mekanik osv. Metoder til matematisk statistik er meget brugt til at behandle resultaterne af et beregningseksperiment . I nogle tilfælde bruges kunstig intelligens metoder til at finde løsninger .
Computerkemiske metoder spiller en særlig rolle i organisk kemi , hvilket forklares med den vanskelige formaliserbarhed af sidstnævnte, både i sammenligning med andre naturvidenskaber, for eksempel med fysik , og i sammenligning med andre områder af kemi, for eksempel med uorganiske kemi . Computerkemi er også af stor betydning for mange vigtige områder af biokemisk forskning , for eksempel ved løsning af problemer af typen "struktur-farmakologisk aktivitet", ofte i sådanne undersøgelser, suppleres computerkemimetoder med modelleringsmetoder, der er specifikke for molekylærbiologiske systemer.
I perioden med dannelse og dannelse til et selvstændigt felt modtager en ny videnskabelig retning ofte forskellige navne fra forskellige forfattere. Dette skete med computerkemi: to navne er historisk blevet fastlagt - "computerkemi" og "matematisk kemi". Et af de videnskabelige tidsskrifter, der havde en væsentlig indflydelse på udviklingen af computerkemi, hedder således Journal of Mathematical Chemistry. Navnet "matematisk kemi" virker dog uheldigt. i betragtning af, at mange områder af kemi, der blev dannet længe før fremkomsten af computerkemi, oprindeligt var baseret på et matematisk grundlag, for eksempel fysisk kemi , kinetik og katalyse , kvantekemi. Mens en række grundlæggende arbejder inden for computerkemi blev udført under den første generation af computere , blev udviklingen af computerkemi kun mulig med fremkomsten af moderne computere. På trods af at computere i dag bruges inden for næsten alle områder af moderne kemi, både til teoretisk og eksperimentel forskning, er det computerkemi, der i langt højere grad end mange andre områder inden for kemi afhænger af computerteknologiens udviklingsniveau. Denne afhængighed er primært relateret til detaljerne i de vigtigste grafteorialgoritmer, hvoraf mange har eksponentiel beregningskompleksitet - det teoretiske estimat af den tid brugt på udførelsen af algoritmen er en eksponentiel funktion af størrelsen af grafen, dvs. , på antallet af dets toppunkter og kanter, eller generelt kemisk sprog - på antallet af atomer og kemiske bindinger i molekylet.
På den anden side er mange opgaver inden for kemisk informatik ( Chemoinformatics ), løst ved hjælp af computerkemimetoder, allerede umulige uden brug af en computer, for eksempel dannelse og drift af en computerdatabase over egenskaberne af kemiske forbindelser . Samtidig skal det bemærkes, at selve kemoinformatikken opstod længe før computernes fremkomst. Der er metoder, der har bevist sig selv og er blevet klassiske metoder til at søge gennem disse publikationer ved hjælp af alle slags trykte indekser (forfatter, emne, formel osv.), organiseret uden at involvere computerkemiens apparat. I modsætning til computerkemi er kemisk informatik ( Chemoinformatics ), ligesom langt de fleste traditionelle kemiområder, således baseret på anvendelsen af præ-computerteknologier. . Dette er det vigtigste metodologisk forskel i computerkemi. Med en vis grad af unøjagtighed kan man argumentere for, at hvis målet med det meste af kemisk forskning er at etablere nogle kemiske mønstre, så er målet med forskning i computerkemi som regel en eller anden algoritme og et computerprogram, der implementerer det. som giver dig mulighed for at søge efter kemiske mønstre, driften af et sådant program kan allerede finde sted uden for områder af computerkemi.
| Afsnit af beregningskemi | |
|---|---|