thmthm

ผู้เขียน : thmthm

อัพเดท: 04 มิ.ย. 2010 16.04 น. บทความนี้มีผู้ชม: 11189 ครั้ง

เทคนิคเคมีคอมพิวเตอร์ เป็นเทคนิคที่มีมามากกว่า 30 ปีแล้ว แต่ส่วนมากการใช้งานยังถูกจำกัดอยู่ในหน่วยวิจัยระดับสูง ซึ่งในประเทศไทยยังไม่เป็นที่เข้าใจแพร่หลายนักว่า..เขาเหล่านั้นทำอะไรกัน และการออกแบบยาเกี่ยวข้องกับเคมีคอมพิวเตอร์ได้อย่างไร ?


กลศาสตร์รากฐานแห่งการพัฒนา

ตามที่ได้เล่าให้ฟังแล้วว่าเคมีคอมพิวเตอร์จัดเป็นเครื่องมือการคำนวณที่สำคัญ เพื่อช่วยเหลือกระบวนการออกแบบและพัฒนายาได้ ซึ่งในตอนนี้จะขอลงลึกในรายละเอียด และที่มาที่ไปเกี่ยวกับวิธีการคำนวณที่ใช้ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ออกมาอย่างที่เราต้องการ

 

โดยทั่วไปแล้วเทคนิคในการจำลองโมเลกุลเพื่อศึกษาสมบัติเชิงไดนามิกนั้นแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ

1. ใช้กลศาตร์เชิงโมเลกุล เป็นพื้นฐานในการคำนวณ

2. ใช้กลศาสตร์ควอนตัม เป็นพื้นฐานในการคำนวณ

 

          ถ้าจะกล่าวว่า กลศาสตร์แบบนิวตัน (หรือที่เรียกว่ากลศาสตร์แบบคลาสสิก) สามารถใช้แก้ปัญหาการเคลื่อนที่วัตถุที่มีขนาดใหญ่ได้เป็นที่น่าพอใจ ประกอบกับความง่ายในการคำนวณ ดังนั้นกลศาสตร์คลาสสิกจึงได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้งานในการแก้ปัญหาในระดับโมเลกุล โดยหลักการคิดที่สำคัญจะมองว่า โมเลกุลประกอบมาจากอะตอมซึ่งถือว่าเป็นวัตถุที่มีมวล ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะซึ่งจะเปรียบเสมือนสปริง ซึ่งโมเลกุลสามารถ เลื่อนที่ (translation) สั่น (vibration) และหมุน (rotation) ได้เช่นเดียวกับวัตถุทั่วไป

 

          อาศัยความรู้แบบกลศาสตร์เดิมๆ มาประยุกต์ ก็จะสามารถแก้ปัญหาดังกล่าวได้อย่างง่ายๆ เช่น การเลื่อนที่ก็จะใช้สมการการเคลื่อนที่ประกอบความเร่งของนิวตัน การสั่นก็ประมาณว่าเป็นการสั่นแบบซิมเปิลฮาร์โมนิก และการหมุนก็คือการเคลื่อนที่แบบวงกลม ทำให้การสร้างฟังก์ชันหรือสมการการเคลื่อนที่ของโมเลกุลตามแบบฉบับกลศาสตร์คลาสสิก เป็นไปได้อย่างง่ายดายและสามารถใช้ได้ผลอย่างดีกับโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่นระบบโปรตีน  หรือพอลิเมอร์ (ด้วยความง่ายนี้เองทำให้เกิดจุดอ่อนขึ้นมาเมื่อใช้งานที่ต้องการความละเอียดสูงมากๆ)  

         

          สำหรับการคำนวณแบบที่ต้องการความละเอียดสูงหรือกลไกที่มีความซับซ้อน เช่นการเร่งปฏิกิริยา การศึกษาทรานสิชันสเตตของสาร หรือการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของปฏิกิริยารีดอกซ์ การคิดแบบหยาบๆหรือการประมาณอะตอมว่าเป็นวัตถุที่มีมวลและประจุแบบคงที่นั้น ดูเหมือนว่าจะไม่เพียงพอ เพราะการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวมีการถ่ายโอนมวลและประจุ เกิดขึ้น ดังนั้นจึงต้องอาศัยกลศาสตร์ขั้นสูงเข้ามาช่วยแก้ปัญหานั่นคือกลศาสตร์ควอนตัม

 

          การคำนวณที่ใช้กลศาสตร์ควอนตัมเป็นพื้นฐานนั้นเป็นเรื่องที่ซับซ้อนมาก จึงอยากสรุปให้ฟังอย่างง่ายๆว่า เป็นการคำนวณที่พิจารณาว่าอะตอมทั้งหมดประกอบจากรูปแบบของคลื่นและสมการที่อธิบายพฤติกรรมของอะตอมก็จะเรียกว่า ฟังก์ชันคลื่น ดังนั้นการที่อะตอมมาประกอบกันเป็นโมเลกุลก็เกิดจากการที่ฟังก์ชันคลื่นหลายๆชุดมารวมกันเป็นชุดเดียว ซึ่งการที่จะทราบสมบัติต่างๆของโมเลกุลก็ต้องแก้สมการฟังก์ชันคลื่นรวมนั้นออกมาเสียก่อน โดยอาศัยการแก้สมการ Schrödinger ซึ่งเป็นเรื่องที่ซับซ้อนและต้องใช้คณิตศาสตร์ขั้นสูง ในการแก้ปัญหา


บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที