Zeitschrift für Physikalische Chemie und Biophysik
Offener Zugang

Abstrakt

Anwendung der Computerchemie im Arzneimitteldesign und im Materialdesign für organische Photovoltaik

Dereje Fedasa Tegegn

Die Computerchemie ist in den letzten Jahrzehnten mit wichtigen Fortschritten bei Computerhardware und -software erwachsen geworden. Sie hat eine vollständige Partnerschaft mit Theorie und Experiment als Werkzeug zum Verständnis und zur Vorhersage des breiten Spektrums chemischen, physikalischen und biologischen Verhaltens erreicht. Die Fortschritte in der Computerchemie werden breit und umfassend sein, da die Chemie für die unzähligen Fortschritte in Bereichen wie der Entwicklung organischer Photovoltaikmaterialien (OPV), dem Arzneimitteldesign, den Biowissenschaften und der chemischen Fertigungsindustrie so entscheidend ist. Der Einsatz von Methoden der computergestützten Arzneimittelentdeckung (CADD) in Vorstudien durch führende Pharmaunternehmen und Forschungsgruppen hat dazu beigetragen, den Prozess der Arzneimittelentdeckung und -entwicklung zu beschleunigen und die Kosten und Fehler in der Endphase zu minimieren. Die Anwendung des rationalen Arzneimitteldesigns als integraler Bestandteil von CADD liefert nützliche Einblicke in das Verständnis der Bindungsaffinität und der molekularen Interaktion zwischen Zielprotein und Ligand. Computermethoden wie molekulares Docking, molekulardynamische Simulation, Struktur-Aktivitäts-Beziehungen, elektronische Eigenschaften und Pharmakophore wurden beim computergestützten Arzneimitteldesign verwendet. Die OPV-Solarzelle ist eine Art organischer Elektronik, die sich mit leitfähigen organischen Polymeren zur Lichtabsorption und zum Ladungstransport beschäftigt, um Elektrizität aus dem photovoltaischen Effekt des Sonnenlichts zu erzeugen. OPV-Materialien decken aufgrund der strukturellen Vielseitigkeit ihres kohlenstoffbasierten Gerüsts einen riesigen chemischen Raum ab. Aufgrund der Herausforderungen bei der Synthese und experimentellen Charakterisierung dieser Systeme können Ansätze, die mit dem computergestützten Screening von OPV-Verbindungen verbunden sind, dazu beitragen, die Entdeckung hocheffizienter Materialien zu beschleunigen. Computergestützte Methoden wie morphologische Eigenschaften, chemische Reaktivitätsdeskriptoren, Bandlücke, quantitative Struktur-Eigenschafts-Beziehungen, Emissionsquantenausbeute und optische und elektronische Transporteigenschaften von OPV-Materialien wurden beim computergestützten Design von OPV-Materialien eingesetzt. Die geeigneten computergestützten chemischen Methoden sind Ab-initio-, semi-empirische und Dichtefunktionaltheorie-Methoden, die mit Software wie Dalton, Gaussian 09, Gamess, Avogadro und Authodock Vina verfügbar sind. Im Allgemeinen besteht das Ziel dieser Übersicht darin, ausreichend Informationen über die Anwendung der computergestützten Chemie für das Arzneimitteldesign und das Design von OPV-Materialien bereitzustellen.