Computational chemistry is a branch

Computational chemistry is a branch of chemistry that uses principles of computer science to assist in solving chemical problems. It uses the results of theoretical chemistry, incorporated into efficient computer programs, to calculate the structures and properties of molecules and solids. Its necessity arises from the well-known fact that apart from relatively recent results concerning the hydrogen molecular ion (see references therein for more details), the quantum many-body problem cannot be solved analytically, much less in closed form. While its results normally complement the information obtained by chemical experiments, it can in some cases predict hitherto unobserved chemical phenomena. It is widely used in the design of new drugs and materials.
Examples of such properties are structure (i.e. the expected positions of the constituent atoms), absolute and relative (interaction) energies, electronic charge distributions, dipoles and higher multipole moments, vibrational frequencies, reactivity or other spectroscopic quantities, and cross sections for collision with other particles.
The methods employed cover both static and dynamic situations. In all cases the computer time and other resources (such as memory and disk space) increase rapidly with the size of the system being studied. That system can be a single molecule, a group of molecules, or a solid. Computational chemistry methods range from highly accurate to very approximate; highly accurate methods are typically feasible only for small systems. Ab initio methods are based entirely on theory from first principles. Other (typically less accurate) methods are called empirical or semi-empirical because they employ experimental results, often from acceptable models of atoms or related molecules, to approximate some elements of the underlying theory.
Both ab initio and semi-empirical approaches involve approximations. These range from simplified forms of the first-principles equations that are easier or faster to solve, to approximations limiting the size of the system (for example, periodic boundary conditions), to fundamental approximations to the underlying equations that are required to achieve any solution to them at all. For example, most ab initio calculations make the Born–Oppenheimer approximation, which greatly simplifies the underlying Schrödinger equation by assuming that the nuclei remain in place during the calculation. In principle, ab initio methods eventually converge to the exact solution of the underlying equations as the number of approximations is reduced. In practice, however, it is impossible to eliminate all approximations, and residual error inevitably remains. The goal of computational chemistry is to minimize this residual error while keeping the calculations tractable.
In some cases, the details of electronic structure are less important than the long-time phase space behavior of molecules. This is the case in conformational studies of proteins and protein-ligand binding thermodynamics. Classical approximations to the potential energy surface are employed, as they are computationally less intensive than electronic calculations, to enable longer simulations of molecular dynamics. Furthermore, cheminformatics uses even more empirical (and computationally cheaper) methods like machine learning based on physicochemical properties. One typical problem in cheminformatics is to predict the binding affinity of drug molecules to a given target.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เคมีคอมพิวเตอร์เป็นสาขาของวิชาเคมีที่ใช้หลักการของวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เพื่อช่วยในการแก้ปัญหาสารเคมี จะใช้ผลของเคมีทฤษฎีรวมเข้าไปในโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพในการคำนวณโครงสร้างและคุณสมบัติของโมเลกุลและของแข็งความจำเป็นที่เกิดขึ้นจากความเป็นจริงที่รู้จักกันดีว่านอกเหนือจากผลล่าสุดค่อนข้างที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนโมเลกุลไอออน (ดูอ้างอิงในนั้นสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม) ปัญหาหลายตัวควอนตัมไม่สามารถแก้ไขได้วิเคราะห์น้อยมากในรูปแบบปิด ในขณะที่ผลการดำเนินงานตามปกติเติมเต็มข้อมูลที่ได้จากการทดลองสารเคมี,มันในบางกรณีสามารถทำนายปรากฏการณ์ทางเคมีจนบัดนี้ไม่มีใครสังเกต มันถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบของยาเสพติดใหม่และวัสดุ.
ตัวอย่างของคุณสมบัติดังกล่าวมีโครงสร้าง (เช่นตำแหน่งที่คาดหวังของส่วนประกอบอะตอม) แน่นอนและพลังงาน (ปฏิสัมพันธ์) ญาติกระจายประจุ, ไดโพลและสูงกว่าช่วงเวลา multipole, สั่น ความถี่ส่วนปฏิกิริยาหรือปริมาณการสเปกโทรสโกอื่น ๆ และข้ามชนกับอนุภาคอื่น ๆ .
วิธีการที่ใช้ครอบคลุมสถานการณ์แบบคงที่และแบบไดนามิก ในทุกกรณีเวลาที่เครื่องคอมพิวเตอร์และทรัพยากรอื่น ๆ (เช่นหน่วยความจำและพื้นที่ดิสก์) เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่มีขนาดของระบบการศึกษา ระบบที่สามารถเป็นโมเลกุลเดี่ยวกลุ่มของโมเลกุลหรือของแข็งวิธีทางเคมีคอมพิวเตอร์จากระยะไกลได้อย่างแม่นยำประมาณมากวิธีการที่ถูกต้องแม่นยำสูงโดยทั่วไปจะมีความเป็นไปได้เพียง แต่สำหรับระบบขนาดเล็ก AB วิธีการเริ่มแรกจะขึ้นอยู่ทั้งหมดในทฤษฎีจากหลักการแรก วิธีการ (ถูกต้องโดยทั่วไปน้อยกว่า) อื่น ๆ จะเรียกว่าเชิงประจักษ์หรือกึ่งเชิงประจักษ์เพราะพวกเขาใช้ผลการทดลอง,มักจะมาจากรูปแบบที่ยอมรับของอะตอมหรือโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบบางอย่างโดยประมาณของทฤษฎี.
เริ่มแรกทั้ง AB และวิธีการกึ่งเชิงประจักษ์ที่เกี่ยวข้องกับการประมาณ ช่วงเหล่านี้จากรูปแบบที่เรียบง่ายของหลักการแรกสมการที่ง่ายหรือเร็วกว่าที่จะแก้ปัญหาเพื่อให้ใกล้เคียง จำกัด ขนาดของระบบ (เช่นระยะขอบเงื่อนไข)เพื่อประมาณค่าพื้นฐานของการสมการพื้นฐานที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุการแก้ปัญหาให้กับพวกเขาใด ๆ ที่ทั้งหมด ตัวอย่างเช่น AB ที่สุดการคำนวณเริ่มแรกทำให้เกิดประมาณออพที่ง่ายมากSchrödingerสมการพื้นฐานโดยสมมติว่านิวเคลียสยังคงอยู่ในสถานที่ระหว่างการคำนวณ ในหลักการAB วิธีการเริ่มแรกในที่สุดก็มาบรรจบกันเพื่อแก้ปัญหาที่ถูกต้องของสมการพื้นฐานเป็นตัวเลขจากการประมาณจะลดลง ในทางปฏิบัติ แต่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะกำจัดทั้งหมดประมาณและข้อผิดพลาดที่เหลือยังคงหลีกเลี่ยงไม่ได้ เป้าหมายของการคำนวณทางเคมีเพื่อลดข้อผิดพลาดนี้ที่เหลืออยู่ในขณะที่ทำให้การคำนวณซูฮก.
ในบางกรณีรายละเอียดของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์เป็นสำคัญน้อยกว่าเป็นเวลานานพฤติกรรมด้านอวกาศของโมเลกุล เป็นกรณีนี้ในการศึกษาโครงสร้างของโปรตีนและโปรตีนลิแกนด์อุณหพลศาสตร์ที่มีผลผูกพัน ใกล้เคียงคลาสสิกกับพื้นผิวที่มีศักยภาพพลังงานเป็นลูกจ้างที่พวกเขามีคอมพิวเตอร์น้อยกว่าเข้มกว่าการคำนวณอิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้การจำลองอีกต่อไปของการเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุล นอกจากนี้ cheminformatics ใช้วิธีการ (และคอมพิวเตอร์ถูก) แม้เชิงประจักษ์มากขึ้นเช่นกลไกการเรียนรู้ตามคุณสมบัติทางเคมีกายภาพ หนึ่งปัญหาทั่วไปใน cheminformatics คือการทำนายความสัมพันธ์ผูกพันของโมเลกุลของยาเสพติดไปยังเป้าหมายที่กำหนด

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

เคมีการคำนวณเป็นสาขาของวิชาเคมีที่ใช้หลักการของวิทยาการคอมพิวเตอร์เพื่อช่วยในการแก้ปัญหาทางเคมี ใช้ผลลัพธ์ของทฤษฎีเคมี รวมอยู่ในโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพ การคำนวณโครงสร้างและคุณสมบัติของของแข็งและโมเลกุล ความจำเป็นเกิดจากการรู้จักกันดีว่า นอกเหนือจากผลลัพธ์ล่าสุดค่อนข้างเกี่ยวกับไอออนโมเลกุลไฮโดรเจน (ดูอ้างอิง therein รายละเอียดเพิ่มเติม) ควอนตัมตัวหลายปัญหาไม่สามารถแก้ไขได้ analytically มากน้อยในการปิดแบบฟอร์ม ในขณะที่ผลของมันโดยปกติเติมเต็มข้อมูลที่ได้รับ โดยการทดลองเคมี มันสามารถในบางกรณีทำนายปรากฏการณ์ทางเคมี unobserved มาจนบัดนั้น มันถูกใช้ในการออกแบบยาใหม่และวัสดุ
ตัวอย่างของคุณสมบัติดังกล่าวมีโครงสร้าง (เช่นการคาดตำแหน่งของอะตอมธาตุ), สัมบูรณ์ และพลังงานสัมพันธ์ (โต้ตอบ) การกระจายอิเล็กทรอนิกส์ dipoles และช่วงเวลา multipole สูง ความ ถี่ vibrational เกิดปฏิกิริยา หรือปริมาณด้าน และอื่น ๆ ส่วนข้ามสำหรับชนกับอนุภาคอื่น ๆ .
วิธีจ้างครอบคลุมสถานการณ์ทั้งแบบคง และแบบไดนามิก ในทุกกรณี เวลาในเครื่องคอมพิวเตอร์และทรัพยากรอื่น ๆ (เช่นหน่วยความจำและพื้นที่ดิสก์) เพิ่มขนาดของระบบการศึกษา ระบบที่สามารถโมเลกุลเดี่ยว กลุ่มของโมเลกุล หรือของแข็ง วิธีเคมีการคำนวณช่วงจากความถูกต้องสูงไปมากประมาณ วิธีการความถูกต้องสูงโดยทั่วไปเป็นไปได้สำหรับระบบขนาดเล็กได้ Ab initio วิธีมีพื้นฐานอยู่บนทฤษฎีจากหลักแรกทั้งหมด วิธีอื่น ๆ (โดยปกติจะเทียบ) จะเรียกว่าผล หรือกึ่งประจักษ์เนื่องจากพวกเขาจ้างผลการทดลอง มักจากยอมรับแบบจำลองของอะตอมหรือโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง การประมาณองค์ประกอบบางอย่างของพื้นฐานทฤษฎี
ทั้ง ab initio และวิธีกึ่งประจักษ์เพียงการประมาณที่เกี่ยวข้องกับ ช่วงนี้จากแบบฟอร์มที่เรียบง่ายของสมการหลักแรกที่ง่ายขึ้น หรือเร็วขึ้นในการแก้ไข การเพียงการประมาณการจำกัดขนาดของระบบ (เช่น งวดขอบเขตเงื่อนไข), เพื่อเพียงการประมาณการสมการพื้นฐานพื้นฐาน ที่เหมาะสมเพื่อให้พวกเขาวิธีที่ ตัวอย่าง สุด ab initio คำนวณได้ประมาณ Born–Oppenheimer ซึ่งช่วยให้ง่ายแบบสมการวินโดยมากสมมติว่าแอลฟายังคงอยู่ในระหว่างการคำนวณ หลัก ab initio วิธีในที่สุดจึงทำให้การแก้ปัญหาที่แน่นอนของสมการพื้นฐานเป็นเพียงการประมาณจำนวนจะลดลง ในทางปฏิบัติ อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถกำจัดเพียงการประมาณทั้งหมด และข้อผิดพลาดที่เหลืออยู่ย่อม เคมีการคำนวณเป้าหมายจะลดข้อผิดพลาดนี้เหลือขณะทำการคำนวณ tractable.
ในบางกรณี รายละเอียดของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์สำคัญลักษณะพื้นที่ระยะนานของโมเลกุล นี้เป็นกรณีศึกษา conformational ของโปรตีนและลิแกนด์โปรตีนรวมอุณหพลศาสตร์ คลาสสิกเพียงการประมาณการศักยภาพพลังงานพื้นผิวเป็นลูกจ้าง พวกเขาเป็น computationally น้อยมากกว่าคำนวณอิเล็กทรอนิกส์ การเปิดใช้งานการจำลองยาวของ dynamics โมเลกุล นอกจากนี้ cheminformatics ใช้วิธียิ่งประจักษ์ (และ computationally ถูกกว่า) เช่นเครื่องเรียนตามคุณสมบัติ physicochemical ปัญหาทั่วไปหนึ่งใน cheminformatics จะทำนายความสัมพันธ์รวมของโมเลกุลยาไปยังเป้าหมายที่กำหนด

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

นวัตกรรมทางด้านเคมีคือสาขาวิชาเคมีของที่ใช้หลักการของวิชาวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เพื่อช่วยในการแก้ไขปัญหาทางด้านเคมี มีการใช้ผลการทางด้านเคมีในทางทฤษฎีรวมอยู่ในโปรแกรมคอมพิวเตอร์อย่างมี ประสิทธิภาพ ในการคำนวณโครงสร้างและคุณสมบัติของโมเลกุลของของแข็งและความจำเป็นที่เกิดขึ้นมาจากความเป็นจริงซึ่งเป็นที่รู้จักกันอย่างดีที่แยกออกจากกันจากผลเมื่อไม่นานมานี้เป็นเรื่องระดับโมเลกุลไฮโดรเจนไอออน(ดูที่การอ้างอิงในวันนั้นสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม)ที่มีปัญหาปริมาณจำนวนมาก - ร่างกายที่ไม่สามารถแก้ไขปัญหาได้เชิงวิเคราะห์มากน้อยในรูปแบบปิด ในขณะที่ผลการเพิ่มความสมบรูณ์แบบตามปกติข้อมูลที่ได้รับจากการทดลองทางเคมีมันสามารถในบางกรณีทำนายปรากฏการณ์ทางเคมีเพราะก่อนหน้านี้ มีการใช้ในการออกแบบวัสดุและสิ่งเสพติดใหม่อย่างกว้างขวาง.
ตัวอย่างของคุณสมบัติดังกล่าวเป็นโครงสร้าง(เช่นตำแหน่งที่คาดว่าจะของอะตอม สภา ร่างรัฐธรรมนูญที่)อย่างมากและมีความสัมพันธ์กัน(การ)พลังงานทดแทนการเผยแพร่ค่าธรรมเนียมอิเล็กทรอนิกส์ dipoles multipole สูงกว่าช่วงเวลาและความถี่ Vibrational Exerciseส่วนที่ตัดกันในปริมาณมากและ spectroscopic อื่นๆหรือ reactivity สำหรับอุบัติเหตุอื่นๆด้วย อนุภาค .วิธีการ
ที่ใช้ฝาครอบสถานการณ์แบบคงที่และแบบไดนามิก ในทุกกรณีและแหล่งข้อมูลอื่นๆในคอมพิวเตอร์(เช่นพื้นที่ว่างในฮาร์ดดิสก์และหน่วยความจำ)เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วพร้อมด้วยขนาดของระบบที่มีการศึกษา ระบบที่สามารถโมเลกุลเพียงตัวเดียวกลุ่มของโมเลกุลของหรือที่แข็งแกร่งวิธีการอย่างใดอย่างหนึ่งนวัตกรรมทางด้านเคมีจากความแม่นยำสูงโดยประมาณเป็นอย่างมากโดยวิธีการให้มีความแม่นยำสูงมากโดยปกติแล้วจะเป็นไปได้เฉพาะสำหรับระบบที่มีขนาดเล็ก วิธีการมาแต่ต้น AB อยู่บนพื้นฐานทั้งหมดในทฤษฎีจากหลักการเป็นครั้งแรก อื่นๆ(โดยปกติแล้วความถูกต้องน้อย)วิธีใดวิธีหนึ่งเรียกว่าในเชิงประจักษ์หรือแบบกึ่งในเชิงประจักษ์เนื่องจากพวกเขาจะใช้ผลการทดลองบ่อยครั้งจากรุ่นที่เป็นที่ยอมรับของอะตอมหรือโมเลกุลโดยประมาณที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบบางอย่างของทฤษฎีพื้นฐานที่.
ทั้งสองแนวทางมาแต่ต้นและแบบกึ่งในเชิงประจักษ์ AB เกี่ยวข้องกับตัวเลขโดยประมาณซึ่ง ช่วงนี้จากรูปแบบง่ายขึ้นเป็นครั้งแรกของสม - หลักการที่ได้ง่ายขึ้นหรือเร็วขึ้นในการแก้ปัญหาเพื่อตัวเลขโดยประมาณซึ่งการจำกัดขนาดของระบบ(ตัวอย่างเช่นเงื่อนไขของขอบเขตเป็นระยะๆ)ในตัวเลขโดยประมาณซึ่งรากฐานของการสมพื้นฐานที่จำเป็นต้องมีเพื่อช่วยให้โซลูชันใดๆให้เมื่อทั้งหมด. การคำนวณขนาดของแหล่งจ่ายไฟสำหรับตัวอย่างเช่นมากที่สุดมาแต่ต้นทำให้ประมาณ born-oppenheimer ซึ่งช่วยให้สมการ schrödinger พื้นฐานโดยการสันนิษฐานว่าเป็นแกนกลางยังคงอยู่ในตำแหน่งเดิมในระหว่างการคำนวณ ในหลักการวิธีการมาแต่ต้น AB ในที่สุดมาบรรจบกันไปเป็นโซลูชันที่แน่นอนของการมาถึงของสมพื้นฐานที่เป็นหมายเลขของตัวเลขโดยประมาณซึ่งจะลดลง ในการปฏิบัติแต่ถึงอย่างไรก็ตามยังเป็นไปไม่ได้ที่จะลดตัวเลขโดยประมาณซึ่งทั้งหมดและข้อผิดพลาดในส่วนที่เหลือไม่สามารถจะหลีกเลี่ยงได้ยังคงอยู่ เป้าหมายของนวัตกรรมทางด้านเคมีคือการลดข้อผิดพลาดในส่วนที่เหลือนี้ในขณะที่การรักษาไว้ซึ่งการคำนวณที่ว่านอนสอนง่าย.
ในบางกรณีรายละเอียดของโครงสร้างแบบอิเล็กทรอนิกส์มีความสำคัญน้อยกว่าการทำงานพื้นที่ระยะยาวของโมเลกุลของ โรงแรมแห่งนี้คือกรณีที่ในการศึกษา conformational ของวิชาว่าด้วยความเคลื่อนไหวเนื่องจากความร้อนโปรตีน - ligand มีผลผูกพันและโปรตีน ตัวเลขโดยประมาณซึ่งในแบบคลาสสิคไปยังพื้นผิวด้านพลังงานที่อาจเกิดขึ้นได้มีพนักงานที่มีราฟิคน้อยลงมากกว่าการคำนวณแบบอิเล็กทรอนิกส์ในการเปิดใช้งานการจำลองของ Dynamics โมเลกุล ยิ่งไปกว่านั้น cheminformatics ใช้วิธีใดวิธีหนึ่งได้มากยิ่งขึ้นในเชิงประจักษ์(และต้องถูก)เช่นการเรียนรู้ของคอมพิวเตอร์ที่ใช้คุณสมบัติ physicochemical ปัญหาหนึ่งตามแบบอย่างใน cheminformatics คือการทำนายความสัมพันธ์ของโมเลกุลของยาเพื่อเป้าหมายให้