1: Molecular Mechanics

Question 1

Kraftfeld

Answer 1

Summe der pot. Energie Terme, die die totale pot. Energie des Moleküls ausmachen.
Vtotal = (Vbonded + Vnon-bonded)

Question 2

Bonded Interactions - Bond stretching

Answer 2

Morse Potential Funktion - Parabel mit asymptotischer Annäherung

Hooksches Gesetz: F=-kx

Für eine Auslenkung um delta x (dx) ergibt sich somit:
v=1/2 kdx^2

Question 3

Reduzierte Masse (m)

Answer 3

m1*m2
_______
m1 + m2

Question 4

Wellenzahl

Answer 4

v’= v/c [cm^-1]

Question 5

Wellenlänge

Answer 5

lambda= c/v = 1/v’

Question 6

Bindungsenergie C-C Bindung

Answer 6

C-C (sp3 hybridisiert)
100 kcal
r0 [Å] = 1,523
kB [kcal/mol Ų] = 317

je kürzer die Bindung, desto stärker ist sie und die Kraftkonstante nimmt zu.

Question 7

Berechnung Bindungswinkel

Answer 7

-> nach Hook

v theta = k0/2 * (theta - theta0) ²

mit theta0= Gleichgewichtswinkel und theta= Bindungswinkel

Question 8

Freiheitsgrade

Answer 8

Bindungslängen und Bindungswinkel. Allgemein: Determinanten der Änderung.
Harte Freiheitsgrade: Aktivierungsenergie sehr hoch

Question 9

Elektrostatische Interaktionen

Answer 9

Coulombsches Gesetz: Fij= (qiqj)/(4piepsilon0rij²)

-> beschreibt Kraft zwischen zwei Ladungen: Kraft umgekehrt proportional zum Abstand der Ladungen zum Quadrat

Question 10

Dipolare Interaktionen

Answer 10

Dipolmoment: nü (Vektor) = q*r

• > wesentlich: 1/r^3 Abhängigkeit bei Dipol-Dipol Wechselwirkungen
• > abhängig von Orientierung

Question 11

Van der Waals Interactions

Answer 11

r^-6 Abhängigkeit
Induzierter Dipol: Polarisierbarkeit * Stärke des Feldes

unbalancierte Elektronen Verteilung führt zu temporären Dipolen -> attraktive forces between groups of Atoms.

Question 12

Energieminimierung - Methoden erster Ordnung

Answer 12

Brauchen nur erste Ableitung:

1. Steepest Descent (Minimierung entlang der Linie in Richtung des lokalen bergab Gradienten-orthogonal)
2. Linien-Such-Algorithmus (Anpassung von Parabeln über Punkte und Minima)
3. Konjugierte Gradienten (variieren Suchgradienten- nicht notwendigerweise orthogonal) [Tinker- method of choice]

Question 13

Energieminimierung - Methoden zweiter Ordnung

Answer 13

Brauchen erste und zweite Ableitung:

1. Newton-Raphson-Verfahren (Expansion- Vektoränderung: Weiterentwicklung der Taylor-Reihe)

Question 14

Lösungsmittelmodelle

Answer 14

1. Explizit: Wasser -> Wasserhülle kann man explizit berechnen
2. Means field theory; supramolecular approach -> starker Einfluss durch das Lösungsmittel
3. Continuum model -> Effekt des Lösungsmittels geringer und via dialektischer Eigenschaften

Question 15

Molecular Dynamic

Answer 15

deterministisches Verfahren: sukzessive Konfigurationen eines Systems generieren. MD liefert Zeitabhängigkeit der Systemeigenschaften -> Trajektorien. Newtonsche Bewegungsgleichungen sind Grundlage: F=ma und F=-dV/dx.
Totale Energie eines molekularen Systems ist konstant.

Question 16

Monte Carlo

Answer 16

stochastisches Verfahren.
Gibt die Bevölkerung bestimmter Bereiche wieder.
Methode liefert statische Eigenschaften.
Überlegenheit der zufälligen Suche gegenüber der Netzsuche.
Metropolistest garantiert, dass eine MC-Simulation zu der Boltzmann-Verteilung führt.

Question 17

MMC Algorithmus

Answer 17

1. Spezifizierung eines initialen Zustandes (bspw einer Konformation)
2. Generieren einer zufälligen neuen Konfiguration
3. Berechnung der Energieänderung: Delta E = Eneu - Einitial
4. Wenn Delta E kleiner gleich Null ist: Akzeptieren der neuen Konfiguration und Rückkehr zu Schritt 2.
5. Wenn Delta E größer als Null: Berechnung des Boltzmannfaktors: e^(-delta E/kBT).
6. Generierung einer zufälligen Zahl r zwischen 0 und 1.
7. Wenn r kleiner als Boltzmannfaktor, dann akzeptiere die neue Konfiguration und Rückkehr zu Schritt 2.
8. Sonst: Die alte Konfiguration ist die neue Konfiguration. Rückkehr zu Schritt 2.