Syllabus
1/ Quantum Mechanics: Key Concepts, Methods, and Machinery 2/ Molecular Mechanics: Key Concepts, Methods, and Machinery 3/ Solvation Methods: Polarized Continuum Methods (PCM, COSMO, COSMO-RS), Explicit Solvation 4/ QM/MM Methods and Energy Minimization: Background, Theory, Applications, and Examples 5/ Statistical Thermodynamics: Essential Concepts (Partition Functions, Boltzmann Population, Entropy, Enthalpy, Free Energy) 6/ Free Energy Perturbation (Thermodynamic Integration) and PMF Methods: Concept, Theory, Applications 7/ Transition State Theory: Eyring Equation (Theory, Applicability and Limitations, Kinetic Isotope Effects, Tunneling Correction), More Advanced Theories (Variational Transition State Theory) 8/ Concepts in (Bio)Catalysis: Kinetic/thermodynamic correlations (BEP principle, Westheimer Effect); Marcus Theory for Electron Transfer and Beyond, adiabatic versus non-adiabatic reaction dynamics; Applications 9/ Modelling Chemical Reactions in Solution vs. Enzymes: Theory and Applications (Reaction Mechanisms: Search for Transition States, Search for Rate-Determining Step in Multistep Reactions), Metals in Solution vs Enzymes (Entantic States, Electronic Structure Contributions to Reactivity), Reaction Selectivity - Case Studies (eg.
C-H bond Activation, hydroxylation vs. halogenation vs. desaturation).
Annotation
Počítačové modelování chemických a biochemických procesů, především organické a bioanorganické reaktivity včetně enzymových reakcí, tvoří neodělitelnou součást našeho porozumění těmto procesům na atomové či dokonce elektronové úrovni. Náplní tohoto kurzu je seznámení se s moderními metodami teoretické a výpočetní chemie, které mohou vést k dosažení tohoto cíle.
Důraz je kladen na kombinované metody kvantové mechaniky a molekulové mechaniky (QM/MM), praktické používání statistické mechaniky včetně teorie tranzitního stavu a jeho vztahu k reaktivitě a seletivitě, vysvětlení principů moderních solvatačních metod, použití molekulové dynamiky ke statistickému vzorkování fázového prostoru, srovnávání vypočtených dat s experimentálními daty a kritické zhodnocení vhodnosti jednotlivých metod pro řešení praktických problémů. V neposlední se v kurzu zmíní i redoxní procesy v bioanorganických systémech a způsoby jejich teoretického popisu.
Přednášky jsou vedeny - po dohodě - v angličtině.