|
|
Development and applications of molecular dynamics for molecular spectroscopy
Kessler, Jiří ; Bouř, Petr (vedoucí práce) ; Bludský, Ota (oponent) ; Setnička, Vladimír (oponent)
This Thesis deals with simulations of chiroptical spectra using a combination of molecular dynamics and quantum chemistry. Molecular dynamics was used to explore conformational behaviour of studied systems (proteins), quantum chemistry for calculation of spectral prop- erties. The Quantum chemical methods are limited to relatively small systems. We overcome this problem mostly by a fragmentation of studied systems, when smaller, computationally feasible, fragments are created and used for the quantum chemical calculations. Calculated properties were then transferred to the big molecule. Vibrational Optical Activity (VOA) spectra of poly-L-glutamic acid fibrils (PLGA), insulin prefibrillar form and native globular proteins were studied. The simulated spectra provided satisfactory agreement with the experiment and were used for its interpretation. Experimental Vibrational Circular Dichroism (VCD) spectra of poly-L-glutamic acid fibrils were only qualitatively reproduced by the simulation. We could reproduce the major amide I band and a smaller negative band associated with the side chain carboxyl group. Our simulation procedure was then extended to a set of globular proteins and their Raman Optical Activity (ROA) spectra. Here we achieved an exceptional precision. For example, we were able to reproduce...
|
|
|
Lattice energies of molecular solids
Hofierka, Jaroslav ; Klimeš, Jiří (vedoucí práce) ; Bludský, Ota (oponent)
Molekulárne kryštály sú dôležité materiály s mnohými aplikáciami v rôznych vedných odboroch a priemysle. Často majú bohatý fázový diagram a môžu sa vyskytovať v rôznych kryštálových štruktúrach. K popisu malých energetických rozdielov medzi jednotlivými fázami alebo kryštálovými štruktúrami sú potrebné presné kvantovo-mechanické metódy. V tejto práci počítame väzbové energie kryštálov metánu, metanolu, amoniaku a oxidu uhličitého dvomi rôznymi prístupmi, a to fragmentovým prístupom a prístupom s periodickými okrajovými podmienkami. Tieto dve metódy majú rozličné nároky na výpočtový čas a ľudské zdroje. V rámci fragmentového prístupu sme použili kvantovo mechanické metódy Hartree-Fock (HF), MP2 a CCSD(T). S periodickými okrajovými podmienkami sme aplikovali HF a MP2 metódy. Pre všetky skúmané systémy, ktoré sa navzájom líšia dominantnými medzimolekulárnymi interakciami, sme obomi prístupmi získali zhodné výsledky s odchýlkami 0,1 - 0,6 kJ/mol na úrovni MP2 metódy.
|
|
|
Výpočetní studium adsorpce nasycených a nenasycených uhlovodíků v CPO-27 Metal-Organic Framework
Smetanová, Tereza ; Nachtigall, Petr (vedoucí práce) ; Bludský, Ota (oponent)
Název: Výpočetní studium adsorpce nasycených a nenasycených uhlovodíků v CPO-27 Metal-Organic Framework Abstrakt: Tato práce se věnuje adsorpci nasycených a nenasycených uhlovodíků na koordinačně nenasycená místa CPO-27, patřícího mezi tzv. Metal-Organic Frameworks (MOF), s využitím výpočetní chemie. Byla posouzena vhodnost několika funkcionálů (vdW-DF2, PBE, DFT- D2), které byly srovnávány s referenční metodou DFT/CC a dostupným experimentem, pro nalezení kvalitativně vhodné a zároveň výpočetně méně náročné metody pro popis koordinačně nesaturovaných adsorpčních míst v materiálech typu MOF. Byly vyšetřovány vlastnosti dvou různých kationtů kovů přítomných v CPO-27 (Mg, Cu) a jejich vhodnost pro adsorpci a selektivitu plynů byla diskutována na základě získaných dat. Klíčová slova: adsorpce, metal-organic frameworks, teorie funkcionálu hustoty, koordinačně nenasycená adsorpční místa
|
|
|
Modeling of bio-inorganic interfaces
Trachta, Michal ; Bludský, Ota (vedoucí práce) ; Nachtigall, Petr (oponent)
Detailní atomistický popis bioanorganických rozhraní zahrnující dynamický pohled je jednou z výzev současné výpočetní chemie. Analýza procesů na rozhraní mezi biomolekulami a anorganickým materiálem může pomoci našemu porozumění nejrůznějších procesů, chromatografií a separací proteinů počínaje a imobilizací proteinů a efektem na konformační stabilitu proteinů konče. Složitost bioanorganických rozhraní bohužel brání rozsáhlejšímu nasazení nejpřesnějších metod výpočetní chemie. Vzhledem k tomu, že kvalitní empirické potenciály pro tyto systémy nejsou k dispozici, je naším cílem tyto potenciály vyvinout a s tím i obecnou metodologii pro jejich vývoj. Parametrizace těchto potenciálů byla provedena automatizovaným postupem, přičemž vzorkování struktur bylo založeno na simulacích molekulové dynamiky. Výsledné potenciály byly použity na zkoumání konformačních závislostí polypeptidů interagujících s anorganickými materiály.
|
|
|
Studium biologicky relevantních systémů v elektronicky excitovaných stavech
Zámečníková, Martina ; Soldán, Pavel (vedoucí práce) ; Bludský, Ota (oponent) ; Nachtigallová, Dana (oponent)
Dynamika excitovaných stavů izolovaných bází nukleových kyselin je charakteri- zována velmi krátkou dobou života, v řádu pikosekund, zajišťující fotostabilitu ge- netického kódu. V molekule nukleových kyselin spolu báze mohou interagovat po- mocí patrových interakcí (v rámci jednoho řetězce) nebo vodíkových vazeb (v rámci sousedních řetězců), což výrazně prodlužuje dobu života excitovaných stavů (v řádu nanosekund). Charakter těchto interakcí není dosud zcela objasněn, předpokládá se, že výrazně závisí na typu excitovaného stavu (π → π∗ ). Cílem práce bylo studovat dynamiku excitovaných stavů dimeru N-methylformamidu v komplexu s molekulami vody v excitovaných stavech n → π∗ charakteru. K tomu byla použita neadiabatická "surface hopping" dynamická studie používající multi-referenční popis k výpočtu hyperploch potenciální energie a neadiabatických spřažení. Výsledky ukazují, že ve vertikální oblasti delokalizovaná excitace v S2 stavu se během několika desítek fem- tosekund relaxuje do S1 stavu a lokalizuje na jednom monomeru. Během průběhu dynamiky charakter stavu osciluje mezi lokalizovaným a delokalizovaným. Srovnání s výsledky získanými pro dimery bez přítomnosti vody ukazuje, že hlavním činitelem, který...
|
|
|
Modelování ADOR syntézy nových zeolitů
Trachta, Michal ; Bludský, Ota (vedoucí práce) ; Nachtigall, Petr (oponent)
Zeolity jsou materiály s širokým uplatněním v průmyslu. Jsou schopny katalyzovat nejrůznější reakce, stejně tak mohou být použity jako molekulová síta nebo adsorbenty. Řízený design zeolitů je důležitým cílem chemiků, úplná kontrola nad porézností a složením zeolitů může vést k vývoji optimálních materiálů pro dané použití. V nedávné době byla navržena a úspěšně aplikována nová strategie syntézy zeolitů. Tato strategie, nazývaná ADOR proces, může vést k syntéze mnoha nových materiálů s definovanou strukturou a porézností. V této práci jsou zkoumány struktury hypotetických zeolitů, k jejichž syntéze by ADOR proces mohl vést, a je zde brána v potaz realizovatelnost jejich syntézy. Syntéza zeolitů z lamelárních prekurzorů, která je základem ADOR procesu, se tak může v budoucnu stát široce rozšířenou technikou. Klíčová slova: ADOR proces, hypotetické zeolity, teoretický výzkum
|
|
|
Theoretical Investigation of Metal Oraganic Frameworks
Hezinová, Markéta ; Nachtigall, Petr (vedoucí práce) ; Bludský, Ota (oponent)
Mikroporézní materiály označované jako Metal-Organic Frameworks (MOFs), v českém jazyce někdy též nazývané "mikroporézní koordinační polymery", obsahující koordinačně nesaturované (cus) kovové ionty, vykazují velice dobré adsorpční vlastnosti pro sirné aromatické sloučeniny. V současné době probíhá výzkum zabývající se možnou aplikací materiálů MOF pro separaci látek obsahujících síru ze směsi uhlovodíků. Tato diplomová práce shrnuje výsledky teoretického zkoumání procesu adsorpce thiofenu, dibenzothiofenu (DBT) a toluenu na CPO-27(X) a CuBTC koordinačních polymerech a na NaY zeolitu (s Si/Al poměrem 2.7:1). Spolehlivost výpočetních metod byla testována na malých klastrových modelech imitujících koordinačně nesaturovaná místa v CPO-27 materiálu. Interakční energie získané pomocí DFT metod byly porovnány s přesnými CCSD(T)/CBS výpočty. Výsledky z periodických DFT výpočtů provedených s nelokálním vdW-DF2 funkcionálem popisujícím disperzní interakce byly použity pro interpretaci experimentálních výsledků naměřených na spolupracujícím experimentálním pracovišti. Interakční energie počítané pro malé pokrytí thiofenu na CPO-27(X), kde X je Cu, Zn, Mg, Co nebo Ni, se zvyšují v pořadí Zn2+ < Cu2+ < Mg2+ < Co2+ < Ni2+ , což odpovídá experimentálním výsledkům. Adsorpce v CPO-27(X) je řízena především dvěma...
|
|
|
Nonlocal correlation in density functional theory
Hermann, Jan ; Bludský, Ota (vedoucí práce) ; Fišer, Jiří (oponent)
Van der Waalsovské (vdW) interakce, též disperzní síly, jsou klíčové v mnoha chemick- ých, fyzikálních a biologických procesech a přitahují pozornost mnoha vývojářů metod založených na teorii funkcionálu hustoty (DFT). Nejčastěji používaná neem- pirická DFT metoda pro popis vdW interakcí je vdW funkcionál hustoty Diona a kol. (vdW-DF). Navzdory jeho úspěchu, vdW-DF neposkytuje dostatečnou přesnost v mnoha chemických aplikacích. V této práci zkoumáme dva možné způsoby jak zlepšit přesnost vdW-DF. Za prvé, optimalizujeme jediný částečně volný parametr vdW-DF pro několik semi-lokálních funkcionálů. Na testovací S databázi je revPBE nejlepším kandidátem, s jehož použitím se chyba snižuje z . % na . %. Za druhé, představujeme systémově speci cké ale velmi přesné (∼ . kcal/mol) DFT korekční schéma, které lze použít k precizním výpočtům interakcí mezi adsorbentem a adsor- bátem. Schéma kombinuje vdW-DF a empirické korekční schéma DFT/CC. Tento nový přístup testujeme na malých molekulách (CH , CO , H , H O, N ) interagující s povrchem křemenu a s lamelou zeolitu UTL. Vysoká přesnost našeho schématu a relativní snadnost jeho použití ve srovnání se starším DFT/CC schématem nabízejí přímočaré řešení pro získání spolehlivých předpovědí adsorpčních energií.
|
|
|
Assessment of dispersion corrected density functional methods.
Hermann, Jan ; Bludský, Ota (vedoucí práce) ; Nachtigallová, Dana (oponent)
Práce se zabývá problémem disperzní interakce v DFT, o kterém je nej- prve podán stručný přehled, následován systematickou studií chování meto- dy LAP, zejména její transferability. Disperze je druh van der Waalsovských sil, dominantní v důležitých molekulárních systémech jako jsou biomolekuly nebo adsorpční systémy. DFT je stále častěji používaná metoda pro modelo- vání chemických systémů. Přesto je disperze v DFT reprodukována špatně. Podáváme jednoduchou ilustraci problému a představíme několik známých opravných metod. Jedna z nich je metoda lokálních atomických potenciálů, kterou rozvíjíme z její originální formulace, což nám umožní přesnou shodu s referenčními interakčními křivkami. Naši úpravu použijeme na systémy ses- távající z molekuly benzenu a atomu vzácného plynu. Vytvoříme potenciály pro atomy vzácných plynů a uhlík. Z našich výpočtů vyplývá, že metoda LAP není příliš transferabilní. Výpočty popsané v této bakalářské práci představují první pokus o detailní studii chování metody LAP.
|
|
|
A novel approach for description of non-covalent intermolecular interactions
Rubeš, Miroslav ; Bludský, Ota (vedoucí práce) ; Fišer, Jiří (oponent) ; Jurečka, Petr (oponent)
Universita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Obor modelování chemických vlastností bio- a nanostrutkur Teoretický popis nekovalentních interakcí v slabě vázaných molekulových systémech Autoreferát k disertační práci Mgr. Miroslav Rubeš Školitel: RNDr. Ota Bludský, CSc. Ústav organické chemie a biochemie AV ČR Centrum biomolekul a komplexních molekulárních systémů Praha 2010 Úvod Nekovalentní interakce hrají důležitou roli v řadě fyzikálně-chemických a biologických procesů (např. mezimolekulové interakce biomolekul, adsorpční a separační procesy, agregační jevy v supra- molekulární chemii a při katalytické aktivitě). Teoretický popis těchto interakcí na atomární úrovni vede k hlubšímu porozumění probíhajících procesů. Přesný popis nekovalentních interakcí v komplexních prostředích je stále výzvou pro současnou výpočetní chemii, jelikož relevantní molekulové modely zahrnují stovky atomů. Metody založené na funkcionálu hustoty (teorie funkcionálu hustoty, DFT) jsou nepoužívanější ab initio metody pro popis rozsáhlých molekulových systémů. Selhání standardních DFT metod při popisu nekovalentních interakcí (zejména disperze) je v literatuře dobře zdokumentováno. V posledním desetiletí bylo učiněno mnoho pokusů o vylepšení DFT tak, aby nekovalentí interakce byly popsány korektně. Výpočetně dostupné a...
|
host ::
RSS.