Молекулярная механика

МОЛЕКУЛЯРНАЯ МЕХАНИКА (м е т о д а т о м-а т о м н ы х п о т е н ц и а л ь н ы х ф у н к ц и й), расчетный эмпирич. метод определения геом. характеристик и энергии молекул. Основан на предположении о том, что энергия Е молекулы м. б. представлена суммой вкладов, к-рые м. б. отнесены к длинам связей r, валентным углам а и двугранным (торсионным) углам т (соответствующие компоненты энергии обозначаются E_св, Е_вал и Е_тор). Кроме того, в общем выражении для энергии всегда имеется член Е_вдв, отражающий ван-дер-ваальсово взаимод. валентно не связанных атомов, и член Е_кул, учитывающий электростатич. взаимод. атомов и обусловливающий наличие эффективных атомных зарядов. Т. обр., полная энергия молекулы представляется суммой:

Для расчета первых двух слагаемых чаще всего применяют известный из механики Гука закон (отсюда назв. метода):

Аналит. выражение для энергии Е_тор, напр. для молекулы С₂Н₆, имеет вид:

где V₃ - потенц. барьер внутр. вращения. Энергии Е_вдв и Е_кул рассчитывают по ф-лам Леннард-Джонса или Букингема для модельных потенциалов (см. Меж молекулярные взаимодействия, Невалентные взаимодействия). Параметры k_r, k_a, r₀, a₀ и др. во всех используемых ур-ниях подбираются таким образом, чтобы удовлетворить эксперим. структурным и термохим. данным для простейших молекул, выбираемых в качестве эталонов (для углеводородов эталонными молекулами служат СН₄, С₂Н₆ и нек-рые др.). Полученный набор параметров затем применяют для расчета характеристик молекул определенного класса соед. (напр., предельных углеводородов, спиртов и т.п.), а также для исследования неизученных в-в. Расчет по методу М.м. состоит в минимизации каждого из энергетич. вкладов, что дает оптим. значения r, a и t и энергии Е молекулы в целом. Спец. программы для ЭВМ требуют гораздо меньше машинного времени, чем квантовохим. расчеты, а точность предсказаний сравнима с погрешностью структурных и термохим. измерений.

Метод М. м. позволяет получать информацию для полного описания геометрии разл. конформеров в осн. состоянии и в седловых точках на пов-сти потенц. энергии (ППЭ), а также геом. строения в кристалле. Определяют также теплоты образования, энергии напряжения, энергии отдельных конформеров и высоты барьеров для конформац. превращений, частоты колебаний, распределения электрич. заряда, дипольные моменты, хим. сдвиги в спектрах ЯМР, скорости хим. р-ций и др. Диапазон применения М.м. велик: от простых молекул до полисахаридов и белков. В сочетании с др. методами, в частности газовой электронографией и рентгеновским структурным анализом, надежность и точность определения геом. характеристик повышается.

На основе расчета структурных параметров и энергии молекул в равновесном состоянии исследуют возможности внутри- и межмол. движений, составляющих предмет изучения мол. динамики.

М. м. разработана в 60-х гг. 20 в. Т. Хиллом и А. И. Китайгородским. Термин предложен Л. Бартеллом в 1958.

Лит.: Дашевский В. Г., Конформационный анализ органических молекул, М., 1982; Буркерт У., Эллинджер Н. Л., Молекулярная механика, пер. с англ., М., 1986; КоффиУ., Ивенс М., Григолини П., Молекулярная диффузия и спектры, пер. с англ., М., 1987. B.C. Мастрюков.