Index nekovalentních interakcí - Non-covalent interactions index

NCI reprezentace ve 3D a 2D klastru tří molekul vody

NCI reprezentace ve 3D a 2D shluku šesti molekul vody

NCI reprezentace ve 3D a 2D klastru osmi molekul vody

The Index nekovalentních interakcí, běžně označovaný jako jednoduše Nekovalentní interakce (NCI) je vizualizační index založený na Hustota elektronů (ρ) a gradient (y) se sníženou hustotou. Je založen na empirickém pozorování Nekovalentní interakce mohou být spojeny s oblastmi malého gradientu snížené hustoty při nízkých elektronických hustotách. V kvantové chemii se index nekovalentních interakcí používá k vizualizaci nekovalentních interakcí v trojrozměrném prostoru.^[1]

Jeho vizuální znázornění vychází z izopovrchu gradientu snížené hustoty zbarveného stupnicí síly. Síla se obvykle odhaduje součinem hustoty elektronů a druhého vlastního čísla (λ_H) z Hesián hustoty elektronů v každém bodě isosurface, přičemž atraktivní nebo odpudivý charakter je určen znaménkem λ_H. To umožňuje přímé znázornění a charakterizaci nekovalentních interakcí v trojrozměrném prostoru, včetně vodíkových vazeb a stérických střetů.^[2]^[3] Na základě hustoty elektronů a odvozených skalárních polí jsou indexy NCI invariantní vzhledem k transformaci molekulární orbitaly. Dále lze elektronovou hustotu systému vypočítat jak pomocí Rentgenová difrakce experimenty a výpočty teoretických vlnových funkcí.^[4]

Gradient (y) se sníženou hustotou je skalární pole hustoty elektronů (ρ), které lze definovat jako

${ displaystyle s ( mathbf {r}) = { frac { vlevo | nabla rho ( mathbf {r}) vpravo |} {2 (3 pi ^ {2}) ^ {1/3 } rho ( mathbf {r}) ^ {4/3}}}}$

V rámci Teorie funkční hustoty rámec redukovaného hustotního gradientu vzniká v definici Generalized Gradient Aproximation of the Exchange Function.^[5] Původní definice je

${ displaystyle s ( mathbf {r}) = { frac { vlevo | nabla rho ( mathbf {r}) vpravo |} {2k_ {F} rho ( mathbf {r})}} }$

ve kterém k_F je Fermiho hybnost z volný elektronový plyn.^[6]

NCI byl vyvinut kanadskou výpočetní chemií Erin Johnson zatímco byla postdoktorandkou Duke University ve skupině Weitao Yang.

Reference

^ Pastorczak, E. a Corminboeuf, C. (2017) „Perspective: Found in translation: Quantum chemical tools for grabping non-covalent interactions“, The Journal of Chemical Physics. AIP Publishing LLC, 146 (12), str. 120901. doi: 10,1063 / 1,4978951.
^ Johnson, E. R. a kol. (2010) „Odhalení nekovalentních interakcí“, Journal of the American Chemical Society. Americká chemická společnost, 132 (18), str. 6498–6506. doi: 10,1021 / ja100936w.
^ Contreras-García, J., Yang, W. a Johnson, ER (2011) „Analýza potenciálu interakce vodíku a vazby z elektronové hustoty: integrace regionů nekovalentní interakce“, The Journal of Physical Chemistry A. American Chemical Society, 115 (45), s. 12983–12990. doi: 10,1021 / jp204278k.
^ Saleh, G. a kol. (2012) „Odhalení nekovalentních interakcí v molekulárních krystalech prostřednictvím jejich experimentálních hustot elektronů“, Chemistry - A European Journal, 18 (48), str. 15523–15536. doi: 10,1002 / chem.201201290.
^ Perdew, J. P., Burke, K. a Ernzerhof, M. (1996) „Generalized Gradient Aproximation Made Simple“, 77. Dostupné na: https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.77.3865
^ Hohenberg, P. a Kohn, W. (1964) „Inhomogenní elektronový plyn“, Fyzikální přehled. Americká fyzikální společnost, 136 (3B), str. B864 – B871. doi: 10,1103 / PhysRev.136.B864.

[1] Pastorczak, E. a Corminboeuf, C. (2017) „Perspective: Found in translation: Quantum chemical tools for grabping non-covalent interactions“, The Journal of Chemical Physics. AIP Publishing LLC, 146 (12), str. 120901. doi: 10,1063 / 1,4978951.

[2] Johnson, E. R. a kol. (2010) „Odhalení nekovalentních interakcí“, Journal of the American Chemical Society. Americká chemická společnost, 132 (18), str. 6498–6506. doi: 10,1021 / ja100936w.

[3] Contreras-García, J., Yang, W. a Johnson, ER (2011) „Analýza potenciálu interakce vodíku a vazby z elektronové hustoty: integrace regionů nekovalentní interakce“, The Journal of Physical Chemistry A. American Chemical Society, 115 (45), s. 12983–12990. doi: 10,1021 / jp204278k.

[4] Saleh, G. a kol. (2012) „Odhalení nekovalentních interakcí v molekulárních krystalech prostřednictvím jejich experimentálních hustot elektronů“, Chemistry - A European Journal, 18 (48), str. 15523–15536. doi: 10,1002 / chem.201201290.

[5] Perdew, J. P., Burke, K. a Ernzerhof, M. (1996) „Generalized Gradient Aproximation Made Simple“, 77. Dostupné na: https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.77.3865

[6] Hohenberg, P. a Kohn, W. (1964) „Inhomogenní elektronový plyn“, Fyzikální přehled. Americká fyzikální společnost, 136 (3B), str. B864 – B871. doi: 10,1103 / PhysRev.136.B864.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]