-Профессор, нужно купить новый компьютер!
– Зачем? Мы же химией занимаемся, а не программированием!

Нужен ли компьютер в современной химической лаборатории? Вопрос скорее риторический: сейчас без компьютера, наверное, даже философы не пишут свои труды. И все же, для чего нужен компьютер именно химикам?

Да хотя бы для того, чтобы аккуратно изображать формулы. Ведь любой химик в душе художник и получает эстетическое удовольствие от красиво нарисованных химических формул и схем реакций. К сожалению, не у каждого глаз и рука Леонардо да Винчи. Раньше химики при оформлении диссертаций и статей нередко обращались за помощью к профессиональным художникам, теперь же при помощи таких компьютерных программ, как ChemDraw (1 – см. список ),  ACD Sketch (2 ) или ChemWind (3), можно самостоятельно нарисовать самые сложные формулы и отредактировать их. Более того, нажимая на кнопку мыши, их легко превратить в пространственные структуры и, вращая в пространстве, выбрать наиболее наглядную проекцию для представления в статье или докладе (4). А насколько зрелищными и полезными бывают компьютерные анимации сложных химических и биохимических процессов (5,6)! Компьютер помогает не только выразить данные, но и понять их: не редко без специальных программ, наглядно изображающих периодически структурированные твердые тела (7,8), бывает очень трудно разобраться в типе и параметрах их кристаллических решеток.

Но компьютер не только помогает получать эстетическое наслаждение от красиво нарисованных структур, формул и схем реакций. Любой химик знает, какое большое значение в его деятельности имеет работа с литературой. Ведь как обидно бывает, когда потратишь на синтез несколько месяцев, а потом выясняется, что все это было уже сделано (иногда – еще в девятнадцатом веке!). Поэтому без работы с литературой, поиска и сравнения различных данных химику не обойтись. Однако загляните в современную химическую библиотеку – тысячи, если не миллионы томов энциклопедий, монографий, учебников и журналов высокомерно смотрят на вас с полок. Так и кажется, будто они в стиле героя Ильфа и Петрова сейчас произнесут насмешливо-скептически: "Ищете? Ну-ну!" Есть от чего пойти кругом голове, ведь обзорный поиск даже в реферативных журналах вроде "Chemical Abstracts" занимает не один день. Вот бы этот поиск автоматизировать! Наверняка эта мысль не раз приходила в голову химику, сидящему возле стопки толстенных томов, покрытых библиотечной пылью.

И вот тут без компьютера никак не обойтись. То, что для человека скучно и долго, для ЭВМ – минутное дело. Недаром рефераты по многим естественным дисциплинам, в том числе по химии, сейчас издаются и в цифровом формате на компьютерных компакт-дисках; в качестве примера можно привести широко известные "Current Contents". Вставил такой диск в компьютер, ввел ключевые слова или фамилии авторов – и через минуту получаешь полный список всех рефератов, в которых они встречаются. Потом можно просмотреть найденные компьютером материалы, отобрать нужную информацию и сохранить выбранные рефераты на дискету или распечатать их. В зависимости от количества отобранных компьютером источников вся процедура занимает от десяти минут до получаса, что гораздо меньше, чем при традиционном поиске информации.

Если у вас есть возможность пользоваться международной компьютерной сетью (Интернетом), то необязательно покупать компакт-диски для поиска необходимых данных: такой сервис бесплатно доступен на многих специализированных химических серверах. Например, осуществить литературный поиск можно на сайте Beilstein Abstracts (9), предварительно бесплатно зарегистрировавшись на химическом сервере ChemWeb (10). Кроме указанной возможности поиска, на этом сервере можно найти и много другой интересной химической информации, например интернет-журнал для химиков Alchemist или базу данных по номенклатуре и свойствам многих веществ (11). Хорошая база данных по физико-химическим свойствам и ИК спектрам органических соединений расположена на сайте Американского института стандартов (12), причем вы можете нарисовать на экране любой фрагмент структуры, а программа сама подберет все находящиеся в базе вещества, в которых он содержится. Не стоит и говорить, насколько это удобно и облегчает поиск, особенно если нужно сделать сравнительную выборку каких-либо свойств по определенному классу соединений. Нельзя не упомянуть и широко известные базы данных по структурам белков (РBD – Protein Data Base) (13), ЯМР-спектрам (14,15,16), структурам органических и координационных соединений (Cambridge Structural Database (17)).

Любой современный аналитический прибор, как правило, подключен к компьютеру, который собирает информацию, в соответствии с определенной программой предварительно обрабатывает данные (например, проводит Фурье-преобразование) и выводит результат на монитор и/или принтер (18). В последних версиях в такие аппаратно-программные комплексы интегрирована и база данных с элементами искусственного интеллекта, которая дает рекомендации о качественном составе анализируемых веществ и их смесей. Иные программы позволяют симулировать спектры (например, ЯМР (2,19), соответствующие определенной химической структуре. Если же ваши аналитические приборы не присоединены к компьютеру – не беда, при желании можно самостоятельно наладить интерфейс (20).

Ну и, конечно, нельзя обойти молчанием применение компьютеров для квантовохимических расчетов электронной структуры молекул (21,22) и обоснования механизмов различных реакций (поиск седловых точек) (23). Сейчас в составе чуть ли не каждого большого научного коллектива есть свой "компьютерно-химический шаман", колдующий над такими программами, как GAMESS (24) или GAUSSIAN (25), и обосновывающий при помощи квантовохимических расчетов то, что нужно обосновать. Самое интересное происходит, когда результаты эксперимента противоречат предварительным расчетам. Тогда "шаманы", не моргнув глазом, меняют какие-нибудь параметры в исходном файле или берут за основу другой базис и через несколько дней обосновывают диаметрально противоположное!

А если серьезно, то производительность компьютеров растет на глазах, математический аппарат и расчетные методы постепенно совершенствуются, а как следствие, увеличиваются и предсказательные возможности компьютерной квантовой химии. И наверно, недалек тот час, когда основное время химики будут проводить не у лабораторных столов, а за компьютерами, разрабатывая и обсчитывая наиболее вероятные схемы реакций или свойства полученных соединений с использованием так называемых QSAR-программ (от "quantative structure - activity relationships"; программы, которые позволяют по структуре предсказывать свойства соединений) (26,27). Но как бы ни сложились взаимоотношения химии и компьютеров, хочется надеяться, что такие слова, как "искусство эксперимента" и "интуиция", никогда не исчезнут из словаря химика.

Кандидат химических наук

1 D.Bradley. Chemistry suite а intelligent. // Scient. Comp. World. 1997, 32. р.41-44.
2 http://www.acdlabs.com
3 D.Bradley. Lightening the load for the practicing Chemist. // Scient. Comp. World. 1997, 30. р.31-32.
4 http://www,tripos.com
5 J.Halaska. Simple routings animate large molecules. // Scient. Comp. World. 27, р.22-23.
6 K.A.Burke, T.J.Greebowe, and M.A.Windschitl. Developing and Using Conceptual Copmuter Animations for Chemistry Instruction. // J. Chem. Edu. 1998. Vol.75, N12, р.1658-1661.
7. U.Wedig, L.Schroder. Visualization reveals new structures in solid-state chemistry. // Scient. Comp. World. 1996, 21. р.21-22.
8. W.R.Robinson. А Window on the Solid State. J. Chem. Edu. 1997. V.74. #10.р.1245-1246. 9. http://chemweb.com/databases/ bel/badisplay.exe?jcode=belabs
10. http://www.chemweb.com
11. http://chemfinder.camsoft.com
12. http://www.nist.gov/
13. http://www.rcsb.org/pdb
14. http://www.bmrb.wisc.edu/
15. http://sfdzuma.usc.es/pub/NMR/
16. http://gammal.magnet.edu
17. D.Bradley. Structural database moves into the future. // Scient. Comp. World. 1999, 47. р.19-20.
18. http://www.spss.соm/software/science/free
19. V.Spedding. / Software simplifies NMR spectroscopy. // Scient. Comp. World. 1996, 23. р.27-28.
20. O.Zerbinati. А Simple and Inexpensive 8-bit Analog to Digital Converter for the PC's Parallel Port. J. Chem. Edu. 1997. V.74. 410. р.1241-1242.
21. J.M.Goodman. Chemical Applications of Molecular modelling. RSC, 1998. 224рр.
22. D.Bradley. Molecular modelling to build miniature worlds. // Scient. Comp. World. 1997, 31, р.18 – 20.
23. Molecular Dynamics: From Classical to Quantum Methods. P.B.Balbuena, J.M.Seminario (eds.). Elsevier Science, 1999. 970рр.
24. http://www.msg.ameslab.gov/
25. http://www.gaussian.com
26. http://www.msi.com
27. Computational Materials Design. T.Saido (ed.). Springer-Verlag, 1999. 320 pp