Atomové typy v metodách pro výpočet parciálních atomových nábojů

Bc. Radka Sedláková

Bachelor's thesis

Atom types in methods for calculation of partial atomic charges

Abstract:

Parciální atomové náboje jsou vhodnou charakteristikou pro popis elektrostatických vlastností molekul. Pro jejich výpočet bylo vyvinuto množství kvantově-chemických a empirických metod. Ve výpočtech vybraných empirických metod vystupují neznámé (parametry), které lze získat z experimentálních dat nebo pomocí procesu tzv. parametrizace. Parametrizace empirických metod je netriviální výpočetní problém, který je mimo jiné ovlivněn dělením atomů do atomových typů. Bakalářská práce se zaměřuje na optimalizaci parametrizace empirických metod, a to skrze analýzu rozdělení atomů do atomových typů na základě vybraných charakteristik (hybridizace, nejvyšší řád vazby, příslušnost ke strukturnímu celku, vazební partneři atomu). Výsledky klasifikací byly užity pro parametrizaci empirických metod EEM a PEOE. Rozdělení atomů do atomových typů atomů dle příslušnosti ke strukturním celkům poskytly relevantní výsledky, ovšem za cenu velké výpočetní náročnosti. S ohledem na efektivitu a přesnost parametrizace se klasifikace atomů dle nejvyššího řádu vazby a hybridizace prokázaly jako nejvhodnější, a to u obou uvedených metod.

Abstract:

Partial atomic charges are fit for describing electrostatic properties of molecules. Several methods have been proposed for their calculation. These divide into methods based on quantum chemistry computations and empirical methods. Empirical calculations depend on unknown variables (parameters) which can be either derived from experimental data or gained through the process of parameterization. Parameterization of empirical methods is a complex computational problem depending on number of factors, atom type classification namely. This thesis focuses on parameterization of empirical methods optimization through analysis of different atom type classification schemes (based on hybridization, highest bond order, structural motif membership and bonding partners of atom). Results of proposed classifications were used for parameterization of empirical methods EEM and PEOE. Atom classifications based on structural motif membership resulted relevant, yet being computationally demanding. Regarding the cost-effective solution, atom type classification based on highest bond order and atom hybridization gave the best results with respect to both of methods mentioned.

Keywords

parciální atomové náboje, empirické metody, EEM, PEOE, parametrizace, atomový typ, klasifikátor, partial atomic charges, empirical methods, parameterization, atom type, classifier

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 26. 6. 2019
• Supervisor: RNDr. Tomáš Raček

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biochemistry / Chemoinformatics and Bioinformatics