Efficient quantum-mechanical model for noncovalent interactions in large molecular systems
Project goals
Semiempirical quantum-mechanical computational methods can efficiently calculate large molecular systems (thousands of atoms), yet they use proper physical model and do not require any system-specific parametrization (unlike molecular mechanics). These properties make them a very useful tool for studying diverse systems of practical interest ranging from biomolecules to nanomaterials. However, the approximations involved in this methodology inherently limits its accuracy in the aspect that matters most in large systems – in the description of noncovalent interactions. These deficiencies had been addressed by empirical corrections but this approach already reached its limits. We propose a new, non-empirical extension of the electrostatic model that will significantly improve the description of hydrogen and halogen bonds as well as other interactions. Combined with improved dispersion and repulsion corrections, it should be possible to achieve accuracy of less than 0.5 kcal/mol which was so far reserved only to much more expensive approaches such as dispersion-corrected DFT.
Keywords
computational chemistrynoncovalent interactionssemiempirical methods
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Junior Grants
Call for proposals
Juniorské granty 2 (SGA0201600002)
Main participants
Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v. v. i.
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
16-11321Y
Alternative language
Project name in Czech
Rychlý kvantově-mechanický model pro popis nekovalentních interakcí ce velkých molekulárních systémech
Annotation in Czech
Semiempirické kvantově-mechanické výpočetní metody jsou použitelné pro studium velkých molekulárních systémů (tisíce atomů) ale přesto si zachovávají univerzálnost kvantově mechanických výpočtů – na rozdíl od molekulové mechaniky nepotřebují speciální parametrizaci pro každý studovaný systém. To z nich dělá velice užitečný nástroj pro řešení široké škály praktických problémů od biochemie po nanomateriály. Nevýhodou těchto metod je nedostatečná přesnost popisu nekovalentních interakcí které jsou přitom pro posis velkých systémů zcela zásadní. To bylo dosud řešeno empirickými korekcemi, další zvyšování přesnosti ale již vyžaduje nový přístup. Proto navrhujeme nový, neempirický model pro elektrostatické interakce který výrazně zlepší popis vodíkových a halogenových vazeb a dalších interakcí. V kombinaci s dalším zlepšením korekcí pro Londonovu disperzi a repulzi by mělo být možné dosáhnout přesnosti lepší než 0.5 kcal/mol která byla dosud vyhrazena pouze mnohem náročnějším výpočetním metodám jako je DFT s diperzní korekcí.
Scientific branches
Completed project evaluation
Provider evaluation
V - Vynikající výsledky projektu (s mezinárodním významem atd.)
Project results evaluation
A new semi-empirical scheme for modeling non-covalent interactions has been developed within the project which led to a total number of 11 publications (1 in press and 1 submitted for a publication) in highly-ranked international journals. The result is also the implementation of the proposed algorithm changes into commonly used SW products. Two PhD students were also trained within the project.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2016
Realization period - end
Dec 31, 2018
Project status
U - Finished project
Latest support payment
May 16, 2018
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP19-GA0-GJ-U/01:2
Data delivery date
Jun 11, 2019
Finance
Total approved costs
4,755 thou. CZK
Public financial support
4,755 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
4 755 CZK thou.
Public support
4 755 CZK thou.
100%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
CF - Physical chemistry and theoretical chemistry
Solution period
01. 01. 2016 - 31. 12. 2018