KE554: Kvantekemi for medicinalkemi

Studerende, der følger kurset, forventes at:

• Have kendskab til indholdet af matematik-, fysik- og kemi-delen af kurserne på første studieår i bacheloruddannelsen.
• Kunne anvende de matematiske redskaber fra første år og KE551, samt klassisk fysik (specielt kinetisk og potentiel energi, impuls og impulsmoment, kræfter, Coulombpotentialet).

Kursets formål er at give de studerende en grundlæggende teoretisk forståelse for molekylers elektronstruktur, kemisk binding og reaktivitet samt optisk spektroskopi baseret på den kvantemekaniske beskrivelse af atomer og molekyler. 

Kurset introducerer det teoretiske grundlag for at studere emnerne NMR og anden spektroskopi, uorganisk ligand-felt teori m.v., fysisk organisk kemi, molecular modelling.

For at opnå kursets formål er det læringsmålet for kurset, at den studerende demonstrerer evnen til at:

• redegøre for de kvantemekaniske postulater og principper og de nødvendige matematiske teknikker, specielt superpositionsprincippet og variationsprincippet.
• forklare løsningen af Schrödingerligningen for partikel i en kasse.
• opskrive både den elektroniske og den totale Hamiltonoperator for ethvert molekyle og forklare betydningen af de enkelte led.
• redegøre for og anvende Born-Oppenheimerapproksimationen, Pauliprincippet, Hunds regler, variationsprincippet, superpositionsprincippet.
• redegøre for den kvantemekaniske beskrivelse af impulsmoment (angulært moment) og dennes betydning med hensyn til at beskrive elektroners impulsmoment i atomer og lineære molekyler.
• redegøre for spin, fermioner og bosoner, og kobling af spin med spin.
• redegøre for løsningerne til Schrödingerligningen for én-elektron atomer og være i stand til at koble atomorbitalers impulsmoment og spin korrekt til totale værdier for flerelektronsystemer.
• anvende skærmingsbegrebet (shielding) til at forklare atomers egenskaber i molekyler: elektronegativitet, grundtilstanden af overgangsmetaller, mønstre i ioniseringsenergier og elektronaffiniteter, forskelle i bindingsegenskaber for forskellige oxidationstilstande.
• teoretisk fortolke elektroniske UV/vis og PES spektre for molekyler ud fra molekylorbitalteori.
• redegøre for den kvantemekaniske beskrivelse af en harmonisk oscillator og forklare hvordan den kan benyttes til at fortolke vibrationsspektre.
• udføre HF/DFT med det kvantekemiske programsystem brugt ved computerøvelserne og fortolke resultaterne af beregningerne.

Der lægges specielt vægt på, at den studerende er fortrolig med de begreber og sammenhænge, der knytter sig til kursets hovedemner, og kan kombinere disse begreber til at løse mere sammensatte opgaver inden for disse emner.

Kurset indeholder følgende faglige hovedområder:

• Schrödingerligningen og kvantemekaniske principper
• atomorbitaler, skærmning og atomorbitalenergier
• Born-Oppenheimer approksimationen
• molekylorbitaler og elektrontilstande
• variationsprincippet og perturbationsteori for to tilstande
• introduktion til beregningskvantekemi og vurdering af resultater
• elementær teoretisk baggrund for optisk vibrations-, elektronisk og fotoelektronspektroskopi

Skemalagte undervisningstimer:  
Antal undervisningstimer i alt: 49  
Heraf:  
Fællestimer i klasselokale/auditorium 40
Fællestimer i laboratorium 9   
 
Undervisningenformen vil bestå af en afveksling mellem at være undervisercentreret og studentercentreret, hvor de studerende løser uddybende og aktiverende opgaver i forbindelse med det underviseren netop har introduceret
 
Andre planlagte undervisningsaktiviteter:  
Læsning af lærebog og kursusnoter, forberedelse til opgaveregning, forberedelse til computerøvelser og eksamensforberedelse.