Инновационная образовательная программа программа по курсу: «динамика химических и биохимических реакций» Курс по выбору (бакалавриат) icon

Инновационная образовательная программа программа по курсу: «динамика химических и биохимических реакций» Курс по выбору (бакалавриат)


Смотрите также:
Инновационная образовательная программа программа по курсу: «основания и новости квантовой...
Инновационная образовательная программа программа по курсу: «основания и новости квантовой...
Инновационная образовательная программа программа по курсу: «методы молекулярной динамики и...
Тема: «типы  химических реакций»...
Урок игра путешествие в 8 классе. Тема: «типы химических реакций»...
Программа дисциплины дпп. В. 02. 1 Кинетика сложных химических реакций...
Работников образования Кафедра естествознания реферат на тему: классификация химических реакций...
Вопросы к экзамену по курсу охт экзаменационный билет №1...
Инновационная образовательная программа программа по курсу: «супрамолекулярн ая химия»...
Классификация химических реакций...
Урок в 11 классе по теме: «Классификация химических реакций в органической и неорганической...
Программа вмире химических задач (элективный курс по выбору предпрофильной подготовки для...



Министерство образования и науки Российской Федерации


федеральное агентство по образованию


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский физико-технический институт (государственный университет)»

УТВЕРЖДАЮ


Первый проректор


_____________ Т.В. Кондранин


«_____» ______________ 2007 г.

ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА




ПРОГРАММА ПО КУРСУ: «ДИНАМИКА ХИМИЧЕСКИХ И БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ»


Курс по выбору (бакалавриат)

факультет Молекулярной и биологической физики

кафедра Молекулярной физики

курс 3

семестр 5


Лекции 32 часа Зачет(диф.) 5 семестр

Самостоятельная работа 2 часа в неделю

Всего 64 часов


Автор программы доктор физ.-мат наук, проф. Норман Г.Э.


Программа обсуждена на заседании кафедры «_____» _________ 2007 года


Программа утверждена

Решением Ученого Совета ФМБФ «___» ________ 2007 г.


Председатель Ученого Совета ФИО


Заведующий кафедрой Кудрявцев Н.Н.


Москва 2007
^

Вводная лекция (2 часа).


Кинетика и динамика химических реакций – два уровня описания одних и тех же процессов, их разграничение по временным и пространственным масштабам.

Мотивация курса – появление фемтосекундной лазерной техника и прогресс компьютеров позволили в 90-ые годы перейти к теоретическому и экспериментальному изучению динамики химических и биохимических реакций. Нанотехнологии – новый импульс.

Согласованность с курсом “Химическая кинетика”


^ Поверхности потенциальной энергии (ППЭ) (2 часа).

Уровни энергии атома. Потенциальные кривые двухатомной молекулы. Адиабатическое приближение. ППЭ для трехатомной молекулы (одинаковые атомы Н3, разные атомы).

Методы расчета ППЭ, примеры, пересечение поверхностей.


^ Динамика движения атомов в молекуле (2 часа).

Динамика атомов в двухатомной и трёхатомной молекулах. Динамика движения реагирующей системы на ППЭ. Пример реакции F+H2. Путь реакции. Фазовое и координатное пространства. Динамические траектории движения реагирующей системы из долины реагентов в долину продуктов при замороженном угле. Координата реакции.


^ Характерные области и точки движения атомов в реакции F+H2 (2 часа).

Энергетический профиль пути реакции. Седловая точка. Проекции на различные координатные плоскости. Энергетический профиль траектории реакции. Характерные проекции и предельные сечения ППЭ. Концепция промежуточного комплекса.


^ Теория переходного состояния (ТПС) (2 часа).

Исходные формулы для моно и бимолекулярных реакций. Методы расчета скоростей химических реакций и статистических сумм с использованием ППЭ. Пример для карборанов. Влияние растворителя на траектории и путь реакции. Ограниченность ТПС.


^ Динамика движения атомов в мономолекулярной реакции термического разложения молекулы хлористого этила (комментарий к лабораторной работе № 6) (3 часа).

ППЭ для реакции C2H5Cl → C2H4 + HCl. Проекция на плоскость в координатах расстояний между атомами H – Cl и H – C. Путь мономолекулярного распада. Траектории мономолекулярного распада из основного и возбужденного состояний. Смысл термического разложения. Роль симметрии молекулы C2H5Cl. Переходное состояние и как оно достигается. Переход от динамического к флуктуационному описанию.


^ Соотношение между динамикой и кинетикой (статистикой) (2 часа).

Неустойчивость решений (траекторий) уравнений Ньютона для системы многих частиц. Пример траектории реакции Br + I2 → BrI + I, рассчитанной методом молекулярной динамики (МД) для ППЭ с переходным состоянием между двумя седловыми точками. Переход от динамического к флуктуационному подходу. Статистические теории,


^ Переход от уравнения Лиувилля к уравнению Больцмана (2 часа).

Функция распределения. Теорема Лиувилля. От динамической траектории столкновения к интегралу столкновений. Гипотеза Больцмана.


^ Метод квазиклассических траекторий (2 часа).

Полуклассический траекторный метод: уравнения движения - классические, а начальные условия (прицельный параметр, углы, скорости и энергии и пр.) соответствуют определенным колебательным и вращательным квантовым состояниям. Обработка результатов. Возможности, достоинства (селективность) и недостатки метода.

^ Классические бифуркации на динамических траекториях (2 часа).

Простейший МД расчет для ППЭ с раздваивающейся долиной. Классическое описание силовых полей межатомного взаимодействия в полипептидной цепи. Пример МД расчета силового разрыва комплекса DNP (динитрофенил) hapten / monoclonal antibody fragment. Предварительный вывод на равновесие и дальнейшая «управляемая» МД. Экспериментальные данные о разбросе сил разрыва в атомно-силовой микроскопии и их интерпретация.


^ Квантовые ограничения теории переходного состояния и классических подходов (1 час).

Длина волны де Бойля и «толщина» перевала, нулевые колебания, неразделимость поступательного продольного и поперечного колебательного движений в точке перевала. Принцип статистической адиабатичности. Неадиабатические пути реакций.


^ Пересечение ППЭ (2 часа).

Примеры пересечения, их физический смысл, случай Na+ + I → Na + I. Теория возмущений в случае пересечения. Пересечение потенциальных кривых (электронных термов) двухатомной молекулы. Последовательные пересечения, Al2+ + O2– → Al+ + O → Al + O. Многоатомные молекулы.


^ Предиссоциация (1 час).

Два канала перехода в точке пересечения. Оценка вероятности перехода. Формула Ландау-Зинера.


Фемтохимия(2 часа).

Роль использования лазерных импульсов фемтосекундного диапазона. Волновые колебательные пакеты. Квантовые бифуркации на динамических траекториях. Сопоставление с предиссоциацией. Другие термины: когерентная химия, химия одиночных молекул. Амбициозные задачи фемтохимии (изучение динамики ядер в молекулярной системе и кинетики химических реакций в фемтосекундном диапазоне, управление внутримолекулярной динамикой и элементарным химическим актом).


^ Фемтохимия цветных белков (1 час).

Использование чирпированных импульсов. Управление соотношением интенсивностей флуоресценции и вынужденного испускания с помощью положительного и отрицательного чирпа. Эксперимент с GFP. Pump-probe техника.


^ Молекулярные наномашины (2 часа)

Катализ и ферментативный катализ. Ферменты - молекулярные машины (моторы). Пример: гидролиз и синтез АТФ. Митохондриальная АТР-синтезирующая машина

Механизм вращательного чередования изменяющегося сродства.

Кинетическая схема гидролиза. Соответствия и противоречия между кинетической схемой и механической моделью гидролиза АТФ.


Обратимость и необратимость в природе (2 часа).

Обратимые и необратимые процессы в механике и физике. Обратимые и необратимые химические и биохимические реакции. Кажущаяся необратимость. Различные уровни и смыслы понятия необратимости от уравнения Ньютона до биологической смерти. Центральная догма биологии.


^ Лекция по материалам публикаций и/или конференций последнего года (1 час).

Резюме по курсу, включая приложения к нанотехнологиям (1 час).

Литература


Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. М.: Наука, ГРФМЛ, 1989

Бучаченко А.Л. Время в химии // Соросовский Образовательный Журнал, №8, 25-29 (2001)

Степанов Н.Ф. ^ Потенциальные поверхности и химические реакции // Соросовский Образовательный Журнал, № 10, 33-41, (1996); Сложный мир элементарных актов химических реакций // там же, № 11, 30-36 (1996)

Уманский С.Я. Теория элементарного акта химического превращения в газе. М., МГУ, 2000

Воронин А.И., Ошеров В.И. ^ Динамика молекулярных реакций. М.: Наука,1990.

Бучаченко А.Л. Современная химическая физика: цели и пути прогресса // Успехи химии, т.56, №11, 1593-1638 (1987); Химия на рубеже веков: свершения и прогнозы // там же, т.68, №2, 99-118 (1999)

Саркисов О.М., Уманский С.Я. Фемтохимия // Успехи химии, т.70, №6, 515-538 (2001)

B. Heymann, H. Grubmüller, ^ Molecular dynamics force probe simulations of antibody/antigen unbinding: entropic control and nonadditivity of unbinding forces // Biophysical Journal v. 81, 1295-1313 (2001).

Blumenfeld L.A., Tikhonov A.N. Biophysical thermodynamics of intercellular processes: molecular machines of the living cell. New York: Springer, 1994.

Корниш-Боуден Э. Основы ферментативной кинетики. М., Мир,1979, (1995, 2-ое англ. издание)

Виноградов А.Д. Митохондриальная АТР-синтезирующая машина: пятнадцать лет спустя // Биохимия, т.64, №11, 1443-1456 (1999)

Энциклопедия СОВРЕМЕННОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ. Гл. ред. В.Н. Сойфер. М.. Магистер-Пресс, 2000. Том 1. Физическая химия. Том 8. Молекулярные основы биологических процессов.

А.С. Каклюгин, Г.Э. Норман, О микроскопическом происхождении необратимости (био)химических реакций I. Необратимость (био)химических процессов // Российский химический журнал 45, № 1, 3-8 (2001).


Г.Э. Норман, В.В. Стегайлов. О микроскопическом происхождении необратимости (био)химических реакций II. Модель необратимого динамического пути химической реакции // там же, 45, №1, 9-12 (2001).

C.J. Bardeen et al. Quntum control of population transfer in Green Fluorescent Protein by using chirped femtosecond pulse // J. Am. Chem. Soc. 120, 13023-13027 (1998)




Скачать 58.41 Kb.
оставить комментарий
Норман Г.Э
Дата29.09.2011
Размер58.41 Kb.
ТипОбразовательная программа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх