ВВЕДЕНИЕ
По мере того, как какая-либо наука становится более точной, в ней во все больших масштабах используется точное математическое описание изучаемых объектов и явлений. В частности, этот принцип, впервые продемонстрированный в небесной механике, давно утвердился в других областях физики. Однако многие химики отнюдь не приветствуют четко обозначившуюся в химии аналогичную тенденцию. Одной из причин такого неприятия является отсутствие опыта по математическому моделированию у большинства химиков.
Химия традиционно была экспериментальной наукой: чтобы исследовать молекулу, ее надо было синтезировать или обнаружить в природе. В современной компьютерной химии не используются ни синтез или выделение, ни физико-химические измерения, не нужна даже химическая лаборатория как таковая. Бурный прогресс вычислительной техники и развитие программного обеспечения привели к научной революции в области компьютерного моделирования в химии. Теперь можно теоретически исследовать неизвестные молекулы, интермедиаты, переходные состояния в химических реакциях и другие, не менее экзотические, объекты. Опыт показывает, что результатам квантово-химических и молекулярно-динамических расчетов вполне можно доверять и что их экспериментальная проверка не всегда обязательна.
В настоящее время химики имеют в своем распоряжении невероятно мощные вычислительные средства. Они просты в обращении и с каждым днем становятся все более дешевыми. Тем не менее, квантово-химические и, особенно, молекулярно-динамические расчеты еще не получили должного распространения в нашей стране. Во многом это объясняется банальным незнанием подавляющего большинства химиков методов и практических основ применения квантовой химии и молекулярной динамики.
Данное мультимедийное издание направлено на то, чтобы частично восполнить такой пробел в знаниях. На первый взгляд оно составлено фрагментарно: есть раздел, посвященный теоретическим основам компьютерного моделирования в химии - квантовой механики, квантовой химии и молекулярной динамики (соответствующий курс лекций, читаемый в Красноярском государственном университете), раздел, посвященный широко распространенной программе HyperChem, позволяющей проводить квантово-химические и молекулярно-динамические расчеты (в сопровождении этой программы рекомендуется изучать данное издание), раздел, посвященный структуре и свойствам элементарных форм углерода и раздел, посвященный биологическим молекулам. Два последних раздела являются самыми яркими примерами возможностей современной компьютерной химии: возможно рассматривать структуру и свойства объектов, содержащих сотни, тысячи и десятки тысяч атомов. В последние годы именно эти направления и стали основой для развития вычислительных нанотехнологий во всем мире.
Авторы выражают свою благодарность А. Кузубову, Ф. Томилину, А. Федорову, А. Гуськову за помощь и плодотворные обсуждения во время работы над книгой. Работа выполнена в Центре коллективного пользования "Квантово-химические расчеты нанокластеров" Красноярского научно-образовательного центра высоких технологий, созданного на средства ФЦП "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки" (гранты №69 и 31 (направление 3.2) ФЦП «ИНТЕГРАЦИЯ» Создание центра кластерных и распределенных вычислительных систем коллективного пользования»), поддержана 6-ым конкурсом научных проектов молодых ученых РАН (грант №218) и проектом по фундаментальным исследованиям Красноярского краевого фонда науки (№ 11F0054F).