Quantenchemische Applikationen

Quantenchemie ist die Grundlage für das Verständnis von vielen Phänomenen in der Chemie. Deshalb müssen Studenten und Chemiker über ein solides Wissen von quantenchemischen Grundlagen verfügen. Wir haben zwei on-line Dienste entwickelt, die ein intuitives Verstehen von zwei grundlegende Anwendungen der Quantenchemie ermöglichen.

OrbVis

OrbVis ist ein on-line Service zur Berechnung und Visualisierung von Molekülorbitalen (MOs). MOs beschreiben die Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen in Atomen und Molekülen und sind unter anderem wichtig zum Verständnis von Reaktionen. Unsere Applikation kann MOs von beliebigen Molekülen berechnen und visualisieren, die an unseren Server geschickt werden. Die Berechnung der 3D Koordinaten und der Orbitalvektoren wird von chemischen Programmen auf unserem Server bewerkstelligt. Wir danken in diesem Zusammenhang Tim Clark (VAMP) und Johann Gasteiger (CORINA) von der Universität Erlangen für die Erlaubnis zur Benutzung ihrer Programme. Das Ergebnis der Berechnungen wird in einer sehr komprimierten Form als Funktionsparameter an den Client übermittelt. Der Client startet daraufhin ein Java Applet, welches Funktionen zur Berechnung der Elektronendichtevolumen aus den Funktionsparametern enthält. Der Vorteil dieser Methode ist, daß nur eine HTML-Seite mit den Funktionsparametern anstatt von vielen großen Volumendatensätzen an den Client gesendet werden muß. Diese Vorgehensweise erlaubt eine interaktive Analyse der Strukturen und Volumendaten bei gleichzeitiger Balancierung von Rendering-Qualität und Echtzeit-Performance [3]. Desweiteren wurde eine Prototyp-Applikation zur Animation von Volumendaten wie z.B. Molekülorbitalen während einer chemischen Reaktion entwickelt.

ComSpec3D

ComSpec3D [3] ist ein on-line Service zur Berechnung und Visualisierung von Infrarot- und Raman-Spektren sowie der korrespondierenden Normalschwingungen. Spektren können allgemein als Fingerabdrücke von Molekülen beschrieben werden. Jedes Spektrum ist charakteristisch für ein gegebenes Molekül und kann daher für dessen Identifikation verwendet werden. Der Fingerabdruck enthält Absorbtionsbanden. Jede Absorption führt zu einer charakeristischen Schwingung des Molekülgerüsts, welche als Normalschwingung bezeichnet wird.
Unsere Applikation verdeutlicht die Beziehung zwischen den Schwingungen des Moleküls und dem dazugehörigen Spektrum. Wie bereits für die OrbVis Applikation beschrieben, werden alle chemischen Informationen Server-seitig berechnet. Der Client erhält eine HTML-Seite, welche ein Bild des Spektrums sowie eine Tabelle mit allen Normalschwingungen enthält. Durch Anklicken der Wellenzahl in der Tabelle erhält der Benutzer die zugehörige 3D-animierte VRML Szene der Normalschwingung. Die Animation der Atom- und Bindungsbewegungen wird dabei durch sogenannte Positionsinterpoatoren realisiert. Diese Interpolatoren enthalten Listen mit den entsprechenden vorberechneten 3D Koordinaten (Trajektoren). Nachdem die Szene geladen wurde, werden die Bewegungen durch Interpolation entlang dieser Trajektoren realisiert.