I dag, när nya läkemedel designas med hjälp av superdatorer, och elektroniska enheter fungerar i nanoskala, det är mycket viktigt för forskare att förstå hur grannmolekyler beter sig mot varandra. För det här syftet, de behöver veta storleken på atomer med högsta precision. Moderna kvantkemimetoder kan vara till hjälp här, men svaren de ger är antingen inte tillräckligt korrekta eller tar månaders arbete att ta fram. Forskare från ITMO University och deras kollegor från Ryska vetenskapsakademin föreslog en ny metod för statistisk analys av intermolekylära interaktioner och atomstorlekar. Deras forskning gjorde förstasidan av ChemPhysChem tidning.

Ur kemisynpunkt, vi lever alla i en värld av eviga intermolekylära interaktioner. Processen att brygga te, smälta våra måltider eller stelheten hos en ny typ av plast – allt detta beror på hur specifika molekyler interagerar. Problemet är att moderna kvantkemimetoder inte räcker för att fullständigt och exakt beskriva egenskaperna hos intermolekylära interaktioner.

Sedan igen, idag är det mycket viktigt för forskare att känna till energin i intermolekylära interaktioner. Forskare behöver exakta data om hur molekyler av ett nytt läkemedel interagerar med en organisms celler, eller på molekylstrukturen hos en ny halvledare. De minsta förändringarna i sättet för molekylernas interaktion kan göra en uppfinning mycket effektiv eller helt omöjlig. Kemister hittade en väg ut:för att identifiera i vilken utsträckning intermolekylära interaktioner påverkar egenskaperna hos ett kemiskt system, de började använda principen om atomernas effektiva storlek, mest känd som van der Waals radier. Detta koncept innebär att om atomer kommer närmare varandra än ett specifikt avstånd, då är deras interaktion signifikant; annat, det kan försummas.

Än, på grund av detaljerna i metoden för att bestämma van der Waals radier, deras värden är vanligtvis underdimensionerade med 10-15%. Som ett resultat, misstag tar sig in i analysen av kemiska system, och många interaktioner försummas som obetydliga. Ett team av forskare från ITMO University i samarbete med specialister från Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds föreslog en ny metod för statistisk analys som gör det möjligt att bestämma storleken på atomer bättre.

"Hur brukar du beräkna den effektiva storleken på atomer?" säger Ivan Chernyshov, en av artikelns författare, "Väl, vi har data om alla möjliga interaktioner mellan två atomer. Om vi ​​ritar en graf över fördelningen av interatomära avstånd, vi kommer att kunna få ett genomsnittligt avstånd som motsvarar den analyserade interaktionen. Fortfarande, detta är inte alltid möjligt, så istället för det mest troliga avståndet från grafen får vi ett annat, ungefärligt värde. Vi lyckades komma runt det här problemet genom att komma på ett sätt att sålla de oavsiktliga kontakterna från direkta interaktioner där det inte finns några andra screeningatomer på "siktlinjen" mellan de två atomernas centra."

Trots att denna metod för att lösa en extremt komplex uppgift från kvantkemiområdet är ganska enkel, det gör det möjligt att få tillräckligt exakta data som är väsentliga för att bedöma storleken på atomer och molekyler och sättet för intermolekylära interaktioner, vilket är mycket viktigt mot bakgrund av dagens tillämpningar.

"I dag, forskare forskar aktivt på interaktioner mellan läkemedel och proteiner i organismer, " förklarar Mr Chernyshov. "Du har en bra molekyl som redan har visat sin effektivitet, men behöver förbättra det genom att förstärka bandet med det aktiva centret. För att kunna göra det, man tar data om den effektiva storleken på dessa atomer och ser vilka interaktioner i det bundna proteinets struktur som är viktiga och vilka som kan försummas. De värden som har använts hittills bestämdes empiriskt och hade ingen specifik fysisk betydelse. Vår metod kommer att göra det möjligt att avsevärt öka precisionen i sådana beräkningar, speciellt för system som inte har studerats ännu."