Elucidation of static and dynamic solvent effects by global structure optimization and molecular dynamics of microsolvation clusters

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Sehr viele chemische Reaktionen finden in Lösung statt, insbesondere in der Biochemie. Nach einer längeren Phase, in der die theoretische Chemie lediglich Reaktionen ohne Solvens betrachten konnte, bietet sie nun mehrere Methoden, das Lösungsmittel in die Berechnung mit einzubeziehen. Diese Methoden greifen entweder “von unten” an, durch Hinzufügung einiger weniger Solvensmoleküle, oder “von oben”, durch Hinzufügung einer großen Anzahl. Der letztere Zugang ist rechnerisch sehr aufwendig, wenn die Reaktion selbst mit ausreichender Genauigkeit beschrieben werden soll; der erstere Zugang leidet darunter, dass die Anzahl möglicher Solvensclusterkonfigurationen exponentiell mit der Clustergröße ansteigt, und kann daher keine ausreichenden Clustergrößen erreichen. Mit der vorgeschlagenen Methodik global optimierter Solvenscluster soll diese Lücke geschlossen und ein vernünftiger Kompromiss zwischen rechnerischem Aufwand und Genauigkeit erreicht werden. Diese Methode soll mit bekannten Standardreaktionen und einem schrittweisen Arbeitsplan etabliert werden, gefolgt von Anwendungen auf reale Reaktionen. Daneben werden weitere interessante Aspekte untersucht, insbesondere der statische und dynamische Einfluss des Lösungsmittels auf den Reaktionsverlauf und die Frage, inwieweit die Reaktanden und/oder das Lösungsmittel die treibende Kraft darstellen.