图 4. 静电逆设计问题包括寻找反应周围带电残基或点电荷的最佳位置,以降低反应势垒。考虑围绕狄尔斯-阿尔德反应的分区球面,分区的每个斑块分配一个电荷密度(蓝色 - 带负电;红色 - 带正电),理论上可能的环境总数是无限的,因为任何一点的电荷都可以是任何实数值,并且分区可以无限精细。这产生了巨大的搜索空间。此外,由于静电环境的各种配置会产生类似的反应势垒,以及可能的解决方案完全改变反应途径,而这在蛋白质中不再可行,因此解决方案将不唯一。Hartke 和 Sokalski 试图通过使用机器学习或最小化给定反应的 𝐸 !"## 来确定最佳催化环境,从而减少这个搜索空间。
晶体场理论 (CFT) 是一种静电模型,该模型认为金属-配体键是离子键,纯粹由金属离子和配体之间的静电相互作用引起。对于阴离子(F - 、Cl - 、CN - ),配体被视为点电荷,对于中性分子(H 2 O、NH 3 、CO),配体被视为偶极子。孤立气态金属原子/离子中的五个 'd' 轨道具有相同的能量,即,它们是简并的。如果金属原子/离子周围有一个球对称的负电荷场,则这种简并性会保持。但是,当这个负场是由复合物中的配体(阴离子或偶极分子的负端)引起时,它会变得不对称,d 轨道的简并性会解除。这会导致 d 轨道分裂。分裂的模式取决于晶体场的性质。
从几何学的角度来看,一个球体通过其中心围绕任何轴的旋转对称性,并通过其center横穿任何平面上的对称对称性。具有这些特性的任何系统都被认为是球体对称的。例如,实体球和球形壳是球体对称的。现在让我们假设某种电荷包含在球体对称体中,以使给定点的密度不取决于方向。例如,假设球形表面均匀地充满了恒定的表面电荷密度或固体球体包含恒定体积电荷密度1的电荷1。这是带有球形符号的电荷分布的方案。然而,如果相同的球形表面充电,以使“北部”半球表面的表面电荷密度均匀,σ1则其“南部”反应具有不同的值,σ22 =σ1,该系统缺乏球形对称性。由球形表面的另一个例子是表面电荷密度取决于极性共同位置的标准案例研究,该标准案例研究是由于球体2外的点电荷存在,因此在接地球上诱导的表面电荷密度。此问题很好地说明了图像方法的应用。如果电荷分布具有球形对称性,则其电场必须具有球形对称性,并且是拨动向量。球形符号的第二个影响是,电场的大小仅取决于距分布中心的距离。结果,具有原点的球形坐标系统对对称中心的反应非常适合以一种相当简单的方式在任意点上计算电场。例如,可以使用3-7文献中广泛使用的许多此类结果所示的高斯定律。在球形坐标中,可以写入体积电荷密度为ρ(r,θ,φ)和
电磁场(3-0-0) 先决条件:1. 数学-I 2. 数学-II 课程成果 课程结束时,学生将展示以下能力:1. 理解电磁学的基本定律。2. 在静态条件下获得简单配置的电场和磁场。3. 分析时变电场和磁场。4. 理解不同形式和不同介质中的麦克斯韦方程。5. 了解电磁波的传播。模块 1:(08 小时)坐标系与变换:笛卡尔坐标、圆柱坐标、球坐标。矢量微积分:微分长度、面积和体积、线、表面和体积积分、Del 算子、标量的梯度、矢量散度与散度定理、矢量旋度与斯托克斯定理、标量的拉普拉斯算子。模块 2:(10 小时)静电场:库仑定律、电场强度、点电荷、线电荷、表面电荷和体积电荷产生的电场、电通量密度、高斯定律 - 麦克斯韦方程、高斯定律的应用、电势、E 和 V 之间的关系 - 麦克斯韦方程和电偶极子与通量线、静电场中的能量密度、电流和电流密度、点形式的欧姆定律、电流的连续性、边界条件。静电边界值问题:泊松和拉普拉斯方程、唯一性定理、求解泊松和拉普拉斯方程的一般程序、电容。模块 3:(06 小时)磁静场:磁场强度、毕奥-萨伐尔定律、安培电路定律-麦克斯韦方程、安培定律的应用、磁通密度-麦克斯韦方程。麦克斯韦静场方程、磁标量和矢量势。磁边界条件。模块 4:(10 小时)电磁场和波传播:法拉第定律、变压器和运动电磁力、位移电流、最终形式的麦克斯韦方程、时谐场。电磁波传播:有损电介质中的波传播、无损电介质中的平面波、自由空间、良导体功率和坡印廷矢量。教科书:
电磁场(3-0-0) 先决条件:1. 数学-I 2. 数学-II 课程成果 课程结束时,学生将展示以下能力:1. 理解电磁学的基本定律。2. 在静态条件下获得简单配置的电场和磁场。3. 分析时变电场和磁场。4. 理解不同形式和不同介质中的麦克斯韦方程。5. 了解电磁波的传播。模块 1:(08 小时)坐标系与变换:笛卡尔坐标、圆柱坐标、球坐标。矢量微积分:微分长度、面积和体积、线、表面和体积积分、Del 算子、标量的梯度、矢量散度与散度定理、矢量旋度与斯托克斯定理、标量的拉普拉斯算子。模块 2:(10 小时)静电场:库仑定律、电场强度、点电荷、线电荷、表面电荷和体积电荷产生的电场、电通量密度、高斯定律 - 麦克斯韦方程、高斯定律的应用、电势、E 和 V 之间的关系 - 麦克斯韦方程和电偶极子与通量线、静电场中的能量密度、电流和电流密度、点形式的欧姆定律、电流的连续性、边界条件。静电边界值问题:泊松和拉普拉斯方程、唯一性定理、求解泊松和拉普拉斯方程的一般程序、电容。模块 3:(06 小时)磁静场:磁场强度、毕奥-萨伐尔定律、安培电路定律-麦克斯韦方程、安培定律的应用、磁通密度-麦克斯韦方程。麦克斯韦静场方程、磁标量和矢量势。磁边界条件。模块 4:(10 小时)电磁场和波传播:法拉第定律、变压器和运动电磁力、位移电流、最终形式的麦克斯韦方程、时谐场。电磁波传播:有损电介质中的波传播、无损电介质中的平面波、自由空间、良导体功率和坡印廷矢量。教科书:
B化学与化学生物学系B化学与生物工程系,伦斯勒理工学院,Troy,Troy,纽约12180,美国