Индекс нековалентных взаимодействий

Индекс нековалентных взаимодействий , обычно называемый просто нековалентными взаимодействиями (NCI), представляет собой индекс визуализации, основанный на электронной плотности (ρ) и уменьшенном градиенте плотности (s). Он основан на эмпирическом наблюдении, что нековалентные взаимодействия могут быть связаны с областями небольшого пониженного градиента плотности при низких электронных плотностях. В квантовой химии индекс нековалентных взаимодействий используется для визуализации нековалентных взаимодействий в трехмерном пространстве. ^[1]

Его визуальное представление возникает из изоповерхностей приведенного градиента плотности, окрашенных по шкале прочности. Силу обычно оценивают через произведение электронной плотности и второго собственного значения (λ _H ) гессиана электронной плотности в каждой точке изоповерхности, при этом характер притяжения или отталкивания определяется знаком λ _H . Это позволяет напрямую представлять и характеризовать нековалентные взаимодействия в трехмерном пространстве, включая водородные связи и стерические столкновения. ^[2]^[3] Индексы NCI, основанные на электронной плотности и производных скалярных полях, инвариантны по отношению к трансформации молекулярных орбиталей . Более того, электронная плотность системы может быть рассчитана как с помощью экспериментов по дифракции рентгеновских лучей , так и с помощью теоретических расчетов волновой функции. ^[4]

Приведенный градиент плотности (s) представляет собой скалярное поле электронной плотности (ρ), которое можно определить как

$s(\mathbf {r} )={\frac {\left|\nabla \rho (\mathbf {r} )\right|}{2(3\pi ^{2})^{1/3}\rho (\mathbf {r} )^{4/3}}}$

В рамках теории функционала плотности приведенный градиент плотности возникает при определении обобщенного градиентного приближения обменного функционала. ^[5] Исходное определение

$s(\mathbf {r} )={\frac {\left|\nabla \rho (\mathbf {r} )\right|}{2k_{F}\rho (\mathbf {r} )}}$

где k _F — фермиевский импульс газа свободных электронов . ^[6]

NCI был разработан канадским компьютерным химиком Эрин Джонсон, когда она была научным сотрудником в Университете Дьюка в группе Вейтао Янга .

Ссылки

^ Пасторчак, Э.; Корминбёф, К. (1 марта 2017 г.). «Перспектива: Найдено в переводе: Квантово-химические инструменты для понимания нековалентных взаимодействий». Журнал химической физики . 146 (12): 120901. дои : 10.1063/1.4978951 . ISSN 0021-9606 . ПМИД 28388098 . Викиданные Q48042223 .
^ Джонсон, скорая помощь ; Кейнан, С.; Мори-Санчес, П.; Контрерас-Гарсия, Дж.; Коэн, Эй Джей; Ян, В. (1 мая 2010 г.). «Выявление нековалентных взаимодействий» . Журнал Американского химического общества . 132 (18): 6498–6506. дои : 10.1021/JA100936W . ISSN 0002-7863 . ПМК 2864795 . ПМИД 20394428 . Викиданные Q33830576 .
^ Контрерас-Гарсия, Дж.; Ян, В .; Джонсон, скорая помощь (25 июля 2011 г.). «Анализ потенциалов взаимодействия водородных связей по электронной плотности: интеграция областей нековалентного взаимодействия» . Журнал физической химии А. 115 (45): 12983–12990. дои : 10.1021/JP204278K . ISSN 1089-5639 . ПМЦ 3651877 . ПМИД 21786796 . Викиданные Q36837200 .
^ Салех, Г.; Гатти, К.; Прести, LL; Контрерас-Гарсия, Х. (4 октября 2012 г.). «Выявление нековалентных взаимодействий в молекулярных кристаллах через экспериментальную электронную плотность». Химия: Европейский журнал . 18 (48): 15523–15536. дои : 10.1002/CHEM.201201290 . ISSN 0947-6539 . ПМИД 23038653 . Викиданные Q87412684 .
^ Пердью Дж. П., Берк К. и Эрнцерхоф М. (1996) «Обобщенная градиентная аппроксимация стала простой», Physical Review Letters 77 , 3865, doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865
^ Хоэнберг, П .; Кон, В. (9 ноября 1964 г.). «Неоднородный электронный газ». Физический обзор . 136 (3Б): Б864–Б871. Бибкод : 1964PhRv..136..864H . дои : 10.1103/PHYSREV.136.B864 . ISSN 0031-899X . Викиданные Q21709392 .

[1] Пасторчак, Э.; Корминбёф, К. (1 марта 2017 г.). «Перспектива: Найдено в переводе: Квантово-химические инструменты для понимания нековалентных взаимодействий». Журнал химической физики . 146 (12): 120901. дои : 10.1063/1.4978951 . ISSN 0021-9606 . ПМИД 28388098 . Викиданные Q48042223 .

[2] Джонсон, скорая помощь ; Кейнан, С.; Мори-Санчес, П.; Контрерас-Гарсия, Дж.; Коэн, Эй Джей; Ян, В. (1 мая 2010 г.). «Выявление нековалентных взаимодействий» . Журнал Американского химического общества . 132 (18): 6498–6506. дои : 10.1021/JA100936W . ISSN 0002-7863 . ПМК 2864795 . ПМИД 20394428 . Викиданные Q33830576 .

[3] Контрерас-Гарсия, Дж.; Ян, В .; Джонсон, скорая помощь (25 июля 2011 г.). «Анализ потенциалов взаимодействия водородных связей по электронной плотности: интеграция областей нековалентного взаимодействия» . Журнал физической химии А. 115 (45): 12983–12990. дои : 10.1021/JP204278K . ISSN 1089-5639 . ПМЦ 3651877 . ПМИД 21786796 . Викиданные Q36837200 .

[4] Салех, Г.; Гатти, К.; Прести, LL; Контрерас-Гарсия, Х. (4 октября 2012 г.). «Выявление нековалентных взаимодействий в молекулярных кристаллах через экспериментальную электронную плотность». Химия: Европейский журнал . 18 (48): 15523–15536. дои : 10.1002/CHEM.201201290 . ISSN 0947-6539 . ПМИД 23038653 . Викиданные Q87412684 .

[5] Пердью Дж. П., Берк К. и Эрнцерхоф М. (1996) «Обобщенная градиентная аппроксимация стала простой», Physical Review Letters 77 , 3865, doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865

[6] Хоэнберг, П .; Кон, В. (9 ноября 1964 г.). «Неоднородный электронный газ». Физический обзор . 136 (3Б): Б864–Б871. Бибкод : 1964PhRv..136..864H . дои : 10.1103/PHYSREV.136.B864 . ISSN 0031-899X . Викиданные Q21709392 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]