Bilgisayar Metodları Ne Demek?

‘Teorik Kimya’, ‘Bilgisayar Kimyası’ ve ‘Moleküler Modelleme’ terimlerinin anlamları ile ilgili oldukça karışıklıklar olmaktadır. Gerçekten de birçok insan bu üç kelimeyi de araştırmalarını anlatmak için aynı anlamlarda kullanmaktadırlar. ‘Teorik Kimya’ genellikle kuantum kimyası ile eşanlamlı sayılmakta iken, ‘Bilgisayar Kimyası’ ise sadece kuantum mekaniği değil moleküler mekanik, minimizasyon, simülasyonlar, konformasyonel analizler ve diğer bilgisayar-tabanlı metodları da kapsamaktadır. Moleküler modelleyiciler ise bütün bu metodları kullanmaktadırlar.

Kuantum mekaniğinin ilk uygulamaları atomik, diatomik ve simetrik sistemler gibi elle çözülebilen sistemler ile sınırlıydı. Daha genel kullanımı olan ve bir bilgisayarla uygulanabilen kuantum mekaniksel tekniklerin gelişmesi, kuantum mekaniğinin artık gerçek moleküler sistemlerin hesaplamalarını gerçekleştirebileceği anlamına gelmektedir. Kuantum mekaniği net bir şekilde bir hesaplamadaki elektronları göstermektedir ve böylece, elektronik dağılıma bağlı olan özellikleri türetmek ve özellikle de kimyasal reaksiyonlarda hangi bağların kırılıp hangilerinin oluştuğunu incelemek mümkün olabilmektedir. Moleküler sistemleri incelemek için bir çok kuantum teorisi bulunmaktadır. Bunlardan en çok kullanılanı moleküler orbital teorisidir. Bununla birlikte, alternatif yaklaşımlar geliştirilmiştir. Fakat öncelikle ilgilenilenler kuantum mekaniğine yarı-empirik yaklaşımlar ve ab-initionun yanında Hückel teorisi ve valans bağ teorisi gibi tekniklerdir. (Leach, 1996)

Moleküler modellemede çözülmek istenen birçok problem ne yazık ki kuantum mekaniksel metodlarla üzerinde düşünülemeyecek kadar geniştir. Kuantum mekaniği bir sistemdeki elektronlarla ilgilenir, bu nedenle bazı elektronlar göz ardı edilse bile hala büyük sayıdaki partiküller göz önüne alınmalıdır ve hesaplamalar oldukça zaman harcayıcıdır. Kuvvet alanı (force field) metodları (moleküler mekaniği olarak da bilinir) elektronik hareketleri göz ardı etmekte ve sistemin enerjisini sadece nükleer pozisyonların bir fonksiyonu olarak hesaplamaktadır. Moleküler mekanik bu nedenle önemli sayılarda atomlar içeren sistemlerdeki hesaplamaları her zaman yapabilecektir. Bazı durumlarda moleküler mekanik, bilgisayarda az bir zaman harcayarak en az çok yüksek düzeydeki kuantum mekaniksel hesaplamalardaki kesinlikte cevaplar sağlayabilmektedir. Fakat moleküler mekaniği bir moleküldeki elektronik dağılıma bağlı olan özellikleri elbette ki sağlayamamaktadır.

Moleküler mekaniği birçok varsayımların geçerliliğine bağlı olarak çalışmaktadır. Bunlardan ilki Born-Oppenheimer yaklaşımıdır ki, bu yaklaşım olmazsa enerjiyi nükleer koordinatların bir fonksiyonu olarak yazmayı düşünmek imkansız olur. Moleküler mekaniği, bağların esnemesi, açıların kapanıp açılması ve tekli bağlardaki dönmeler gibi olaylardan gelen katkılar içeren sistemlerdeki etkileşimlerin oldukça kolay bir modelidir. Basit fonksiyonlar (Hooke kanunu gibi) bu katkıları açıklamak için kullanıldığında bile kuvvet alanı hesapları, oldukça kabul edilebilir yapabilmektedir. Transfer edilebilirliği moleküler mekaniğinin anahtar bir özelliğidir çünkü; bir çok parametrenin oldukça küçük sayıdaki sistemlerde test edilip geliştirilerek çok daha büyük sistemlerdeki problemlere uygulanabilmesine olanak vermektedir. Üstelik, küçük moleküllerin verilerinden geliştirilen parametreler, polimerler gibi daha büyük sayılardaki molekülleri çalışmak için kullanılabilmektedir (Leach, 1996).