Chemischen Modellierungsmethoden

ChemikerInnen decken Fehleranfälligkeit auf

Neben dem klassischen Experiment ist die Modellierung auf dem Computer mittlerweile wichtiger Bestandteil der modernen Forschung. WissenschafterInnen der Universität Wien haben nun aufgezeigt, dass das CASPT2-Verfahren, eine Methode zur genauen Berechnung molekularer Eigenschaften, aufgrund eines schadhaften Korrekturparameters häufig fehlerhaft angewandt wurde.

Eine groß angelegte systematische Vergleichsstudie an der Universität Wien zeigt die fehlerhafte Anwendung einer etablierten quantenchemischen Methode auf. (Copyright: Patrick Zobel, Universität Wien)

Dies stellt die Genauigkeit vieler bisher veröffentlichter Ergebnisse in Frage und ruft zur Vorsicht bei ihrer Interpretation auf. Die Studie hierzu ist kürzlich im renommierten Fachmagazin „Chemical Science" erschienen.

Es gibt in der Quantenchemie verschiedene Methoden zur möglichst effizienten Berechnung molekularer Eigenschaften. Für anwendungsorientierte Themenbereiche wie die Erforschung erneuerbarer Energiequellen, aber auch biologisch relevante Themen wie der Einfluss des Sonnenlichts auf das Erbgut von Lebewesen ist es wichtig, die elektronischen Zustände der Moleküle exakt beschreiben zu können.

Das CASPT2-Rechenverfahren hat sich hierbei als jene Methode etabliert, die bei vertretbarem Rechenaufwand sehr genaue Ergebnisse liefern kann. Um die Genauigkeit des Verfahrens zu erhöhen, wurde ein Korrekturparameter eingeführt, der systematische Fehler bei der Berechnung molekularer Eigenschaften beseitigen sollte.

Team des Instituts für Theoretische Chemie (von links): Patrick Zobel, Leticia González und Juan José Nogueira Pérez. (Copyright: Markus Oppel, Universität Wien)

ForscherInnen der Universität Wien um Leticia González konnten nun in einer breit angelegten Studie zeigen, dass die Benutzung des Korrekturparameters im Allgemeinen nicht nur nicht gerechtfertigt ist, sondern sich sogar negativ auf die Ergebnisse der quantenchemischen Berechnungen auswirken kann. „Wir haben die CASPT2-Methode in unseren Studien zu nitropolyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen verwendet, einer Gruppe von Umweltgiften, die im Verdacht stehen, nach Bestrahlung durch UV-Licht krebserregend zu sein", so Patrick Zobel, Mitautor der Studie und Doktorand der Arbeitsgruppe González. „Bei unseren Berechnungen stießen wir auf Ungereimtheiten, die uns dazu veranlassten, die Parametrisierung der Methode in Frage zu stellen."

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Anschließend wurden mithilfe des Supercomputers Vienna Scientific Cluster Vergleichsrechnungen durchgeführt. Diese Simulationen in Kombination mit einer systematischen Auswertung bereits publizierter Daten führten zur Schlussfolgerung, dass die Verwendung des Parameters innerhalb der CASPT2-Methode nicht empfehlenswert ist. Als Ergebnis empfehlen die Autoren daher, die CASPT2-Methode, wie ursprünglich vorgesehen, parameterfrei zu verwenden.

Publikation:
J. Patrick Zobel, Juan J. Nogueira and Leticia González: The IPEA Dilemma in CASPT2. In: Chemical Science. DOI: 10.1039/C6SC03759C.

Wissenschaftlicher Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Leticia González
Institut für Theoretische Chemie
Universität Wien
E-Mail: leticia.gonzalez@univie.ac.at

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