Chimia computerelor ( chimia matematică ) este un domeniu relativ tânăr al chimiei bazat pe utilizarea metodelor computerizate și a matematicii discrete , în primul rând , teoria grafurilor si combinatoria , la probleme chimice de natura fundamentala si aplicata. Pe baza definiției generale a chimiei ca știință a substanțelor și a transformărilor lor unele în altele, putem spune că substanțele ( moleculele ) sunt modelate în chimia computerizată prin grafice moleculare , iar transformările substanțelor ( reacții chimice ) sunt modelate prin operații formale cu grafice. Într-o serie de cazuri, o astfel de abordare simplifică semnificativ algoritmizarea problemelor chimice, reducându-le la probleme tipice de combinatorie și matematică discretă și face posibilă căutarea soluțiilor folosind programe de calculator. În același timp, alături de programe speciale de chimie computerizată, pot fi utilizate și programe universale: pentru lucrul cu tabele , programe matematice (de exemplu, Maple sau Mathematica ), etc.
Ca exemplu de sarcini tipice ale chimiei computerizate, se pot numi: căutarea dependențelor de tip „structură-proprietate” ; generarea de seturi de structuri chimice care îndeplinesc parametrii specificați (compoziția, prezența grupurilor funcționale etc.); enumerarea diferitelor reacții chimice între reactivi dați (așa-numita „sinteză pe computer”) etc. Alături de problemele chimice generale din chimia computerizată, există și un grup mare de probleme de înaltă specializare strâns legate de problemele informaticii chimice, pt. de exemplu, problema recunoașterii structurilor chimice atunci când la bazele de date chimice și fizico-chimice. Acest grup de probleme, la rândul său, este strâns legat de problema izomorfismului grafului .
La rezolvarea problemelor de chimie computerizată sunt utilizate pe scară largă diverse metode de calcul și operații cu indici topologici (invarianți grafici). În unele cazuri, abordarea formal-logică este extinsă prin abordări chimice, de exemplu, pe lângă indicii topologici, care reflectă structura moleculei, electronegativitățile atomilor din moleculă, care reflectă compoziția substanței, sunt utilizate. Metodele de chimie computerizată sunt adesea folosite în combinație cu metodele de chimie cuantică , mecanică moleculară etc. Metodele de statistică matematică sunt utilizate pe scară largă pentru a procesa rezultatele unui experiment de calcul . În unele cazuri, metodele de inteligență artificială sunt folosite pentru a găsi soluții .
Metodele de chimie computerizată joacă un rol deosebit în chimia organică , ceea ce se explică prin formalizabilitatea dificilă a acesteia din urmă, atât în comparație cu alte științe ale naturii, de exemplu, cu fizica , cât și în comparație cu alte domenii ale chimiei, de exemplu, cu cele anorganice . chimie . Chimia computerizată este, de asemenea, de mare importanță pentru multe domenii importante ale cercetării biochimice , de exemplu, la rezolvarea problemelor de tip „structură-activitate farmacologică”, adesea în astfel de studii, metodele de chimie computerizată sunt completate cu metode de modelare specifice sistemelor biologice moleculare.
În perioada de formare și formare într-un domeniu independent, o nouă direcție științifică primește adesea nume diferite de la diferiți autori. Acest lucru s-a întâmplat cu chimia computerizată: două nume au fost fixate istoric - „chimia computerului” și „chimia matematică”. Astfel, una dintre revistele științifice care a avut un impact semnificativ asupra dezvoltării chimiei computerizate se numește Journal of Mathematical Chemistry. Cu toate acestea, denumirea de „chimie matematică” pare nefericită. , având în vedere că multe domenii ale chimiei care s-au format cu mult înainte de apariția chimiei computerizate s-au bazat inițial pe o bază matematică, de exemplu, chimia fizică , cinetică și cataliză , chimia cuantică. În timp ce o serie de lucrări fundamentale în chimia computerelor au fost efectuate în timpul primei generații de calculatoare , dezvoltarea chimiei computerelor a devenit posibilă numai odată cu apariția computerelor moderne. În ciuda faptului că astăzi computerele sunt folosite în aproape toate domeniile chimiei moderne, atât pentru cercetare teoretică, cât și pentru cea experimentală, chimia computerizată este cea care, mult mai mult decât multe alte domenii ale chimiei, depinde de nivelul de dezvoltare a tehnologiei informatice. Această dependență este legată în primul rând de specificul celor mai importanți algoritmi de teorie a grafurilor, dintre care mulți au complexitate computațională exponențială - estimarea teoretică a timpului petrecut cu execuția algoritmului este o funcție exponențială a mărimii graficului, adică , pe numărul vârfurilor și marginilor sale, sau în limbajul chimic general - asupra numărului de atomi și a legăturilor chimice din moleculă.
Pe de altă parte, multe sarcini ale informaticii chimice ( Chemoinformatica ), rezolvate cu ajutorul metodelor de chimie computerizată, sunt deja imposibile fără utilizarea unui computer, de exemplu, formarea și funcționarea unei baze de date computerizate cu privire la proprietățile compușilor chimici. . În același timp, trebuie menționat că chimioinformatica în sine a apărut cu mult înainte de apariția computerelor. Sunt metode care s-au dovedit și au devenit metode clasice de căutare prin aceste publicații folosind tot felul de indici tipăriți (autor, subiect, formulă etc.), organizate fără a implica aparatul de chimie computerizată. Astfel, spre deosebire de chimia computerizată, informatica chimică ( Chemoinformatica ), la fel ca marea majoritate a domeniilor tradiționale ale chimiei, se bazează pe aplicarea tehnologiilor pre-calculatoare. . Acesta este principalul diferenta metodologica de chimie computerizata. Cu un anumit grad de inexactitate, se poate susține că, dacă scopul majorității cercetării chimice este de a stabili anumite modele chimice, atunci scopul cercetării în chimia computerizată este, de regulă, un anumit algoritm și un program de calculator care îl implementează, care vă permite să căutați modele chimice, funcționarea unui astfel de program poate avea loc deja în afara domeniilor chimiei computerizate.
| Secțiuni de chimie computațională | |
|---|---|