KVANTINĖS CHEMIJOS PAKETO QCHEM NAŠUMO ANALIZĖ KAROTENOIDŲ SUGERTIES SPEKTRŲ SKAIČIAVIMAMS

Ištrauka

KVANTINĖS CHEMIJOS PAKETO QCHEM NAŠUMO ANALIZĖ KAROTENOIDŲ SUGERTIES SPEKTRŲ SKAIČIAVIMAMS
Bakalauro studijų baigiamasis darbas

Turinys
Įvadas 3
1. Literatūros apžvalga 5
1.1 Karotenoidai 5
1.2 Hartree-Fock metodas 7
1.3 Hartree-Fock Energija 8
1.4 Tankio funkcionalo teorija (angl. Density Functional Theory, DFT) 9
1.5 Funkcionalas B3LYP 11
1.6 Optimizacija 12
1.7 Algebrinė diagraminė konstrukcija (angl. Algebraic Diagrammatic Construction - ADC) 14
1.8 Bazinių funkcijų rinkiniai 16
2 Skaičiavimo metodai 17
3 Rezultatai ir jų aptarimas 18
3.1 Likopeno molekulės geometrijos skaičiavimo analizė naudojant 5.3 programinio paketo Q-Chem versiją 18
3.2 Likopeno molekulės geometrijos skaičiavimo analizė naudojant 6.0 programinio paketo Q-Chem versiją 23
3.3 Polieno grandinių spektrų skaičiavimas ir našumo analizė 27
Pagrindiniai rezultatai ir išvados 29
Literatūra 31
Summary 33

Įvadas
Žmonijos populiacija pastaraisiais dešimtmečiais augo ypatingai greitai [1]. Remiantis
Jungtinių Tautų Organizacija (JTO) skaičiuojama, jog iki 2050 žmonių skaičius turėtų pasiekti
9,8 milijardo. Esant tokiam sparčiam augimo tempui bei gerėjant gyvenimo kokybei ir
kiekvienam žmogui suvartojant vis didesnį kiekį maisto, rūbų, kosmetikos ir kitų prekių bei
paslaugų kyla rizika, jog bus pasiekta iš Žemės gaunamų gyvybiškai svarbių išteklių riba. Dėl
šių priežasčių kyla daugybė rizikos veiksnių nuo nepilnavertės mitybos iki bado. Taip pat
besivystančiose šalyse maisto trūkumas laikomas rizikos faktoriumi ir gali lemti lėtinių ligų
vystymąsi, vėžį ar širdies nepakankamumą. [2]
Taip pat remiantis Pasaulio Sveikatos Organizacija (WHO) vidutinė gyvenimo trukmė nuo
2000 iki 2019 metų išaugo daugiau nei 7-eriais metais [3], o senstanti visuomenė kelia
papildomų iššūkių. Jutos universiteto atliktas tyrimas atskleidė, didėjanti vaistų paklausa
kasmet sukuria jų trūkumą, kurį jaučia tiek besivystančios tiek ekonomiškai stiprios šalys [4].
Visos šios problemos reikalauja greito ir veiksmingo atsako, kadangi nesprendžiant esamų
problemų, prisidės naujų, dar didesnių iššūkių. Būtent dėl augančios maistinių medžiagų
paklausos, turinčios organizmui būtinų elementų (Baltymų, angliavandenių, riebalų, skaidulų
ir kt.), maistinių medžiagų tyrimai įgyja svarbią reikšmę, kuriant naujus jų šaltinius ir
įrodymais pagrįstas rekomendacijos visuomenei, siekiant tvariai pagerinti žmonių sveikatą.
Tarp maistingųjų medžiagų produktų karotenoidai gali lemti svarbų indėlį į žmogaus mitybą ir
sveikatą dėl jų antioksidacinių, priešuždegiminių ir vitamino A savybių. Kadangi karotenoidai
turi daug naudingųjų savybių tiek praturtinančių mitybą tiek stiprinančių sveikatą, jų svarba
ateityje, ypač medicinoje, labai didelė. [5] Tačiau karotenoidai yra labai jautrūs ir gali skilti
juos bandant apdoroti, taip prarasdami siekiamas įsisavinti naudingąsias savybes. Būtent ši
problema yra viena esminių, tyrinėjant karotenoidus.
Karotenoidų fizines savybes, natūralias funkcijas ir veikimą lemia jų cheminės savybės, o
šias savybes – jų molekulinės struktūros [6]. Norint įtraukti karotenoidus į maisto grandinę ir
pritaikyti jų naudingąsias savybes būtina sukurti technologijas, leidžiančias apdoroti
karotenoidus, nepanaikinant naudingųjų savybių. Siekiant išsiaiškinti ir pritaikyti karotenoidų
savybes būtina suprasti ir apskaičiuoti molekulėse vykstančius procesus – struktūros pokyčius,
elektroninę konfigūraciją. Nuspėti karotenoido elektroninę struktūrą yra labai sudėtinga
užduotis. Tai galima atlikti naudojant „ab initio“ skaičiavimus, tačiau būtina prieš tai
išsiaiškinti ar esamas programinis paketas geba atlikti tokios apimties skaičiavimus ir gali būti
naudojami studijuojant karotenoidų energiją. Būtent todėl šiame darbe pasirinkta atlikti Q-
Chem paketo našumo analizė. Šio darbo tikslas – atlikti Q-Chem paketo našumo analizę ir
įvertinti karotenoidų sugerties spektrų skaičiavimų galimybes.