Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Stochastic Methods for Molecular Chiroptical Properties

Alternativ tittel: Stokastiske Metoder for Molekylære Kiroptiske Egenskaper

Tildelt: kr 3,0 mill.

En hånd og dens speilbilde kan aldri legges over hverandre slik at de fullstendig dekker hverandre. Kirale molekyler deler denne egenskapen og kan dermed sies å ha en "hendthet": de oppfører seg ulikt avhengig av om det er den "venstrehendte" eller den "høyrehendte" formen av et molekyl vi har når den reagerer med kirale omgivelser, for eksempel i reaksjoner i menneskekroppen. Mens den ene formen kan gi en ønsket virkning kan den andre være virkningsløs eller gi skadeligebivirkninger. Mellom 1957 og 1962 ble det kirale stoffet thalidomide gitt til gravide kvinner i Europa for å lindre morgenkvalme. Stoffet var effektivt, men den ene formen viste seg å gi fødselsdefekter, og legemidlet ble raskt trukket fra markedet. Thalidomide viste tydelig hvor viktig det er å kunneskille mellom kirale former av et molekyl i utviklingen av nye legemidler. "Håndheten" er også viktig i utviklingen av materialer med nye, innovative egenskaper. Den innebygde dissymmetrien hos kirale molekyler gir også ulike effekter når stoffet blir eksponert for lys. Dette kan utnyttes for å gi uvurderlig innsikt i stoffers molekylære struktur. Til tross for en imponerende utvikling innen eksperimentelle metoder, er spektroskopi i seg selv ikke nok til å gi oss alle svar når det gjelder "håndheten" av et gitt stoff uten også å ta i bruk beregningsmetoder. Utviklingen av beregningsmetoder som både er effektive og nøyaktige for store kirale systemer er fortsatt en stor utfordring. FLAKS-prosjektet har åpnet for nye muligheter når det gjelder beregningsbasert prediksjon av elektronstruktur av molekylær. Robuste beregningsmetoder har blitt implementert ved bruk av Monte-Carlo algoritmer. Sistnevnte benytter seg av generatorer av tilfeldige tall og er velegnet for å utnytte dagens tungregningsressurser effektivt. FLAKS-prosjektet viste at velkjente coupled cluster diagrammatiske teknikker kan brukes effektivt sammen med Monte Carlo sampling. Den nye diagrammatiske formuleringen reduserer RAM og CPU bruk for høynøyaktige beregninger. FLAKS er et betydelig fremskritt.

The project has improved, on a fundamental level, the formulation and implementation of stochastic methods for the solution of the coupled cluster equations. The project has initiated a new, fruitful direction for the application of Monte Carlo methods in high-level correlated wavefunction theories. The approach developed is already useful for the study of complex electronic structure problems, but their full impact has still to be realized. The methods can potentially be applied on large molecular systems, efficiently exploiting existing and upcoming high-performance computing infrastructure. It is expected that the method will have an increasing impact in the quantum chemical community, as it allows highly accurate calculations at a fraction of the computational cost of current methodologies.

Chirality is the unique property possessed by molecules with a three-dimensional ``handedness'' so that their mirror images cannot be superposed. Chiral molecules are used in a wide range of applications where the two enantiomers ("hands") of the compound can exhibit dramatically different chemical behavior when reacting in a chiral environment, such as the human metabolism. The drug thalidomide is an infamous example. Prescribed in Europe against morning sickness to pregnant women between 1957 and 1962, it was withdrawn soon thereafter when numerous cases of birth defects were reported. Clearly, the ability to distinguish between the different "hands" - known as assigning the absolute configuration of the compound - has a critical impact on the design of improved drugs or materials with innovative properties. These species have peculiar responses to electromagnetic radiation and this can be exploited to shed light on their molecular structure. Despite tremendous technical advances in spectroscopic technologies, experiments alone can in many cases not provide the ultimate and conclusive answer on the question of absolute configurations without theoretical input. It is still an open challenge to devise a computational methodology that is accurate and efficient for sizable molecular systems both in the gas and the liquid phase. The intrinsic complexity engendered by the solution is an additional challenge to reliable computations of molecular chiroptical properties. The FLAKS project will open new frontiers in the computational prediction of molecular chiroptical properties, by providing the community with a faithful, accurate and efficient protocol. I will achieve this goal by combining robust and well-established formulations of chiroptical properties with parallel and scalable stochastic solution strategies. The open-source computational software tool developed within FLAKS will be a major step towards predictive computations of chiroptical properties.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek