Kood: FKKM 04.005

Aineprogramm: MOLEKULAARDISAIN

MOLECULAR DESIGN 

Aste: DOKTORIÕPE

Loenguid: 20 x 1h = 20h
Suunatud: valik

Harjutusi, seminare: 10 x 4h = 40h
Ainepunkte: 4.0 AP

Praktilisi töid: -
Kontrolli vorm: arvestus

Kontrolltöid: 1
Seminaritöid, referaate: 28 x 2 = 56h
 
Eeldusained:
kohustuslikud: Orgaaniline keemia (kood FKOK 01.047 )
Teoreetiline keemia (kood FKKM 04.002)
soovitatavad: Kvantbioloogia ja kvantfarmakoloogia (FKKM 04.001)
Keemia tarkvara (kood FKKM 04.009)
 

Programmi koostas: professor MATI KARELSON 

Annotatsioon:

Kursususes tutvustatakse põhilisi teoreetilisi meetodeid etteantud omadustega keemiliste ühendite ja ainete ning nende saamise teede leidmiseks. Seminaride ja praktikumide käigus rakendatakse neid meetodeid ning vastavaid arvutiprogramme konkreetsete keemia, keemilise tehnoloogia või biomeditsiinilise keemia probleemide lahendamiseks.

Programm: 

Sissejuhatus:

Kaasaegse arvutustehnika tormiline areng on loonud võimalused kasutada suure töömahukusega teoreetilisi meetodeid ja konstruktsioone igapäevaste praktilise keemia probleemide lahendamiseks. Erilist edu on saavutatud etteantud omadustega uute keemiliste ühendite ennustamisel nn. molekulaardisaini meetodeid kasutades. Käesolevas kursuses käsitletakse süstemaatiliselt molekulaardisaini kvantkeemilisi ja statistilis-füüsikalisi meetodeid ning meetodeid kvantitatiivsete struktuur/aktiivsus ja struktuur/ omadus sõltuvuste leidmiseks. Õpitakse kasutama vastavat arvuti tarkvara konkreetsete etteantud omadustega ainete molekulaardisainiks. 

Kvantitatiivsed struktuur/aktiivsus ja struktuur/omadus sõltuvused (QSAR/ QSPR) keemias, keemilises tehnoloogias ja biomeditsiinilises keemias. Vaba energia lineaarsused ja empiirilised struktuurikarakteristikud (asendusrühmade, lahusti, reaktsiooni jne. "konstandid"). Polülineaarsuse printsiip ja universaalsed vastasmõju konstandid. Isoparameetrilisus. Teoreetilised struktuurikarakteristikud - konstitutsionaalsed, geomeetrilised, topoloogilised, elektrostaatilised, elektroonsed, termodünaamilised ja solvatatsioonilised molekulaardeskriptorid. Isomeersete struktuuride eristamine informatsiooniteoreetiliste topoloogiliste indeksite abil. Molekuli topoloogiliste indeksite atomaarne ja lokaalne invariantsus. Molekulaardisaini otse- ja pöördülesanne kvantitatiivseid struktuur/omadus sõltuvusi kasutades. Neurovõrkude kasutamine seoste leidmiseks keemiliste ühendite struktuuri ja omaduste vahel. Neurovõrkude ehitus, Hopfieldi ja Kohoneni võrk. Neurovõrgu õpetamine.

Statistilised meetodid kvantitatiivsete struktuur/omadus sõltuvuste leidmiseks. Multilineaarse regressiooni meetod regressioonivõrrandite leidmiseks. Lahendite inter-polatsioonilise ja ekstrapolatsioonilise stabiilsuse hindamise kriteeriumid. Põhi-komponentregressiooni meetod ning sihttestimine.

Arvuti tarkvara keemiliste struktuur/omadus sõltuvuste leidmiseks ja molekulaardisainiks.

Mitteempiirilised ja poolempiirilised kvantkeemilised meetodid molekulide struktuuri ja nende keemiliste ja füüsikaliste omaduste arvutamiseks. Keskkonnaefektide arvestamine kvantkeemias. Molekulaarmehhaanika ja molekulaardünaamika meetodid. Molekulidevahelise vastasmõju elektrostaatilised ja kvantmehhaanilised mudelid. Kvantkeemiliste meetodite praktiline kasutamine etteantud omadustega keemiliste ühendite ennustamiseks. Ühendite fotokeemiliste ja fotodünaamiliste omaduste arvutus. Molekulide vastasmõju elektrostaatiline ja struktuurne komplementaarsus. ComFA.

Retrosünteesi põhilised strateegiad. Reaktsioonide esitamine graafide teooria meetodite abil. Reaktsioonide hierarhilised skeemid. Orgaanilise sünteesi planeerimiseks vajalike molekulaarkarakteristikute automaatne genereerimine ja pertseptsioon. Molekulaarsete struktuuride reaktsioonivõime iseloomustamine. Kineetiliste skeemide ja parameetrite kasutamine retrosünteesi strateegia väljatöötamisel. Retrosünteesi tarkvara. Algebralised programmid (EROS). Reaktsioonide andmebaasil põhinev tarkvara (LHASA, CAMEO, SECS). Sünteesiteede andmebaasid ning nende kasutamine retrosünteesil (SYNLIB, REACCS).

Kirjandus

1. Zupan, J; Gasteiger, J. Neural Networks for Chemistry: An Introduction, VCH Weinheim, 1993.

2. Katritzky, A.R.; Lobanov, V.S.; Karelson, M. CODESSA, Reference Manual, Universities of Florida & Tartu, 1994.

3. Karelson, M., Lobanov, V., Katritzky, A.R. Use of Quantum-Chemical Descriptors in QSAR/QSPR, Chemical Reviews, 66, 1027 (1996).

4. Wipke, W.T. (editor) Tetrahedron Computer Methodology 1 (1), 1989.

5. Ugi, I. IGOR and Computer Assisted Innovation in Chemistry, Chimia, 39, 43 (1985).