Effiziente und genaue Kontinuumsmodelle für Lösungsmittel

• Antragsteller: Professor Dr. Benjamin Stamm
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Mathematik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440641818

Kontinuumsmodelle für Lösungsmittel werden in quantenmechanischen Berechnungen oft verwendet, um Umgebungseinflüsse durch polarisierbare Lösungsmittel zu berücksichtigen. CSMs werden für kleine Systeme entwickelt, bei denen der damit verbundene Rechenaufwand im Vergleich zu den quantenmechanischen Berechnungen vernachls Qsigbar gering ist. Mit vielen neuen Fortschritten, wie verbesserter Hardware, linearen Skalierungsmethoden oder effizienten semi-empirischen Modellen, ist der den Kontinuumsmodellen gewidmete Rechenaufwand zu einem Engpass geworden. Eine vom PI vorgeschlagene Strategie eines Gebietszerlegungsverfahrens für das COSMO-Modell (ddCOSMO) skaliert linear in Bezug auf die Grösse der Anzahl Atome des Moleküls und ist insgesamt sehr effizient, so dass mittelgrosse bis grosse Moleküle berechnet werden können. Aber es zeigte sich, dass die Annahme, dass der vom Molekül besetzten Raum welcher als eine Vereinigung von skalierten van der Waals-Kugeln modelliert wurde, nicht-physikalische Ergebnisse liefert. Dies suggeriert ein Modell basierend auf der sogenannten “Solvent Excluded Surface” (SES) als eine physikalisch sinnvollere Wahl. Kürzlich hat der PI diese SES analysiert und eine erste Vorarbeit für ein neues Gebietszerlegungsverfahren für ein SES-basiertes Modell vorgestellt, welches das Potenzial hat, ein genaues und effizientes Kontinuumsmodell für mittlere bis grosse Moleküle zu werden. Ziel dieses Projekts ist es, diese Vorarbeit zu einem voll funktionsfähigen und ausgereiften Werkzeug in der theoretischen Chemie zu entwickeln, einschliesslich der Herleitung einer effizienten Lösungsstrategie für das Lösen der Gleichungen und der Berechnung der Ableitungen erster und zweiter Ordnung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien
• Kooperationspartner: Dr. Filippo Lipparini