40
Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in der Strukturanalyse Modellbau Simulated annealing Evolutionäre Algorithmen FOCUS Charge flipping

Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken

Pulverdiffraktometrie

Einkristall Strukturanalyse

Strukturanalyse mittels Pulverdaten

Kristallchemie in der StrukturanalyseModellbauSimulated annealingEvolutionäre AlgorithmenFOCUSCharge flipping

Page 2: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Simulated annealing und Zeolithe

M.W. Deem and J.M. Newsam, "Determination of 4-connected framework crystal structures by simulated annealing" Nature 342, 260-262 (1989)

M. Falcioni and M.W. Deem, "A biased Monte Carlo scheme for zeolite structure solution" J. Chem. Phys. 110, 1754-1766 (1999)

Page 3: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Simulated annealing und Zeolithe

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

Page 4: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Simulated annealing und Zeolithe

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T-T Abstände

T-T-T Winkel

Anzahl nächste Nachbaren

Pulverdiagramm

figure of merit (χ2)

zufällige Verschiebung aller Atome

Page 5: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

oder n < e-δ

δ = (χ2neu-χ2

alt )/T

χ2neu < χ2

alt

"Move" akzeptiert wenn

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

Simulated annealing und Zeolithe

T

T

T

T

T

T

T

T

T

TT

T

T

TT

T

T

TT

T

T

T

TT

T

T

T

T

T

T

T

T

χ2neu-χ2

alt klein und/oder T gross

δ klein

e-δ gross

"Move" eher akzeptiert

Page 6: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

T

T

T

T

T

T

T

T

T

TT

T

T

TT

T

T

TT

T

T

T

TT

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

TT

T

TT T

T

T

T

T

T

T TT

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

TT

T

TT T

T

T

T

T

T

T TT

T

T

T

T

T

T

T

T

T

Simulated annealing und Zeolithe

Page 7: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in
Page 8: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

chemische ZusammensetzungVerknüpfung

MolekülstrukturenC10H16N6

S

Simulated annealing und Molekülstrukturen

Cimetidine

Bindungslängen, Bindungswinkel, Torsionswinkel

Page 9: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

C - S 1.82 Å C - C - S 109.5˚ C - C - C - S 180˚

N

C - S 1.82 Å C - C - S 109.5˚

Cimetidine

Molekül kann mittels interne Koordinaten beschrieben werden

HN N

S

HN

HN

N

C - C 1.36 Å

C - C 1.49 Å C - C - C 120˚

Simulated annealing und Molekülstrukturen

Page 10: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

ParameterPosition des Moleküls X,Y,Z

Orientierung des Moleküls Θ, Φ, Ψfreie Torsionswinkel τ1, τ2, τ3, τ4, τ5, τ6, τ7

Molekül kann mittels interne Koordinaten beschrieben werden

statt 17 x 3 = 51 Atomkoordinaten

Total: 13

Simulated annealing und Molekülstrukturen

N

Cimetidine

HN N

S

HN

HN

N

Page 11: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

(6) Nachdem die vorgeschriebene Anzahl T reduziert"Moves" akzeptiert

Kann auch andere Kriterien berücksichtigenz.B. Coulomb Potentiale(3) Strukturparameter modifizieren φneu = φalt + m*Δφalt

(4) Neuer Figure-of-merit rechnen χ2neu

(2) Figure-of-merit (z.B. R-Wert) rechnen χ2 alt

(5) χWenn 2neu < χ2

alt oder φneu φalt

n < exp (-(χ2neu - χ2

alt) / T)

(7) Zurück zu Schritt (3)

optimierte Struktur

Struktur chemisch sinnvoll

m ist ein Zufallszahl zwischen 0 und 1

n ist ein Zufallszahl zwischen 0 und 1ermöglicht Herauskommen aus falsche Minima

Annealing Schemaweniger Strukturen mit χ2

neu > χ2alt akzeptiert

sonst φalt unverändert

Simulated annealing und Molekülstrukturen

(1) Start mit einem Satz Strukturparameter φalt

{X,Y,Z,Θ,Φ,Ψ,τ1-n}

Page 12: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Reduce temperature

yes

no yesPrescribed number of

moves reached?

no Back to previous model

Simulated Annealing

no

yes

Is the model chemically

reasonable?

Move acceptable?

Random variation of X, Y, Z, Θ, Φ, Ψ,

τn

Initial modelSA control parameters

Evaluate fitness

Powder data

http://vincefn.net/Fox/FoxWiki

Page 13: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No. Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1

2 C2

3 C3

4 O4

5 N5

6 C6

7 C7

8 C8

9 C9

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

Polymer Clarifier

12

35

67

894

Page 14: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1

2 C2 1.39 Å 1

3 C3

4 O4

5 N5

6 C6

7 C7

8 C8

9 C9

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 15: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1

2 C2 1.39 Å 1

3 C3 1.50 Å 120˚ 2

4 O4

5 N5

6 C6

7 C7

8 C8

9 C9

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 16: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1

2 C2 1.39 Å 1

3 C3 1.50 Å 120˚ 2

4 O4 1.23 Å 120˚ 0˚ 3

5 N5

6 C6

7 C7

8 C8

9 C9

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 17: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1

2 C2 1.39 Å 1

3 C3 1.50 Å 120˚ 2

4 O4 1.23 Å 120˚ 0˚ 3

5 N5 1.33 Å 120˚ 180˚ 3

6 C6

7 C7

8 C8

9 C9

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 18: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1

2 C2 1.39 Å 1

3 C3 1.50 Å 120˚ 2

4 O4 1.23 Å 120˚ 0˚ 3

5 N5 1.33 Å 120˚ 180˚ 3

6 C6 1.45 Å 120˚ 180˚ 5

7 C7

8 C8

9 C9

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 19: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1

2 C2 1.39 Å 1

3 C3 1.50 Å 120˚ 2

4 O4 1.23 Å 120˚ 0˚ 3

5 N5 1.33 Å 120˚ 180˚ 3

6 C6 1.45 Å 120˚ 180˚ 5

7 C7 1.53 Å 109.5˚

60˚ 6

8 C8 1.53 Å 109.5˚

180˚ 6

9 C9 1.53 Å 109.5˚

300˚ 6

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 20: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1 0

2 C2 1.39 Å 0 1

3 C3 1.50 Å 120˚ 0 2

4 O4 1.23 Å 120˚ 0˚ 1 3

5 N5 1.33 Å 120˚ 180˚ 3

6 C6 1.45 Å 120˚ 180˚ 5

7 C7 1.53 Å 109.5˚

60˚ 6

8 C8 1.53 Å 109.5˚

180˚ 6

9 C9 1.53 Å 109.5˚

300˚ 6

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 21: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1 0

2 C2 1.39 Å 0 1

3 C3 1.50 Å 120˚ 0 2

4 O4 1.23 Å 120˚ 0˚ 1 3

5 N5 1.33 Å 120˚ 180˚ 1 3

6 C6 1.45 Å 120˚ 180˚ 5

7 C7 1.53 Å 109.5˚

60˚ 6

8 C8 1.53 Å 109.5˚

180˚ 6

9 C9 1.53 Å 109.5˚

300˚ 6

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 22: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1 0

2 C2 1.39 Å 0 1

3 C3 1.50 Å 120˚ 0 2

4 O4 1.23 Å 120˚ 0˚ 1 3

5 N5 1.33 Å 120˚ 180˚ 1 3

6 C6 1.45 Å 120˚ 180˚ 2 5

7 C7 1.53 Å 109.5˚

60˚ 6

8 C8 1.53 Å 109.5˚

180˚ 6

9 C9 1.53 Å 109.5˚

300˚ 6

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 23: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1 0

2 C2 1.39 Å 0 1

3 C3 1.50 Å 120˚ 0 2

4 O4 1.23 Å 120˚ 0˚ 1 3

5 N5 1.33 Å 120˚ 180˚ 1 3

6 C6 1.45 Å 120˚ 180˚ 2 5

7 C7 1.53 Å 109.5˚

60˚ 3 6

8 C8 1.53 Å 109.5˚

180˚ 3 6

9 C9 1.53 Å 109.5˚

300˚ 3 6

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 24: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1 0

2 C2 1.39 Å 0 1

3 C3 1.50 Å 120˚ 0 2

4 O4 1.23 Å 120˚ 0˚ 1 5˚ 3

5 N5 1.33 Å 120˚ 180˚ 1 5˚ 3

6 C6 1.45 Å 120˚ 180˚ 2 1˚ 5

7 C7 1.53 Å 109.5˚

60˚ 3 5˚ 6

8 C8 1.53 Å 109.5˚

180˚ 3 5˚ 6

9 C9 1.53 Å 109.5˚

300˚ 3 5˚ 6

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 25: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftm

ax

τmin τmax B

1 C1 0

2 C2 1.39 Å 0 1

3 C3 1.50 Å 120˚ 0 2

4 O4 1.23 Å 120˚ 0˚ 1 5˚ 0˚ 360˚ 3

5 N5 1.33 Å 120˚ 180˚ 1 5˚ -180˚ 180˚ 3

6 C6 1.45 Å 120˚ 180˚ 2 1˚ 160˚ 200˚ 5

7 C7 1.53 Å 109.5˚

60˚ 3 5˚ 30˚ 150˚ 6

8 C8 1.53 Å 109.5˚

180˚ 3 5˚ 150˚ 270˚ 6

9 C9 1.53 Å 109.5˚

300˚ 3 5˚ -90˚ 30˚ 6

Polymer Clarifier

(C) H C7H3

|| | |(C) = C1 - C2 – C3 – N5 – C6 – C8H3

|| | O4 C9H3

1.39 Å

1.50 Å 1.45 Å

1.33 Å 1.53 Å

1.23 Å

12

35

67

894

Page 26: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftmax τmin τmax B

1 C1

2 N2

3 C3

4 N4

5 C5

6 N6

7 N7

8 C8

9 C9

10 S10

1

2

3

4

5

6

79

10

11

12

1314

15

17

16 81.36 Å

1.35 Å

1.51 Å

1.31 Å

1.34 Å

1.52 Å

1.81 Å

1.81 Å

1.53 Å

1.47 Å

1.37 Å

1.37 Å

1.32 Å

1.47 Å

1.36 Å

1.14 Å1.34 Å

Page 27: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftmax τmin τmax B

1 C1

2 N2 1.47 1

3 C3 1.37 2

4 N4 1.32 3

5 C5 1.36 4

6 N6 1.14 5

7 N7 1.37 3

8 C8 1.47 7

9 C9 1.53 8

10 S10 1.81 9

1.36 Å

1.35 Å

1.51 Å

1.31 Å

1.34 Å

1.52 Å

1.81 Å

1.81 Å

1.53 Å

1.47 Å

1.37 Å

1.37 Å

1.32 Å

1.47 Å

1.36 Å

1.14 Å1.34 Å 1

2

3

4

5

6

79

10

11

12

1314

15

17

16 8

Page 28: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftmax τmin τmax B

1 C1

2 N2 1.47 1

3 C3 1.37 120 2

4 N4 1.32 120 3

5 C5 1.36 120 4

6 N6 1.14 180 5

7 N7 1.37 120 3

8 C8 1.47 120 7

9 C9 1.53 109.5 8

10 S10 1.81 109.5 9

1.36 Å

1.35 Å

1.51 Å

1.31 Å

1.34 Å

1.52 Å

1.81 Å

1.81 Å

1.53 Å

1.47 Å

1.37 Å

1.37 Å

1.32 Å

1.47 Å

1.36 Å

1.14 Å1.34 Å 1

2

3

4

5

6

79

10

11

12

1314

15

17

16 8

Page 29: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftmax τmin τmax B

1 C1

2 N2 1.47 1

3 C3 1.37 120 2

4 N4 1.32 120 0 1 3

5 C5 1.36 120 0 2 4

6 N6 1.14 180 5

7 N7 1.37 120 180 1 3

8 C8 1.47 120 180 3 7

9 C9 1.53 109.5 180 4 8

10 S10 1.81 109.5 180 5 9

1.36 Å

1.35 Å

1.51 Å

1.31 Å

1.34 Å

1.52 Å

1.81 Å

1.81 Å

1.53 Å

1.47 Å

1.37 Å

1.37 Å

1.32 Å

1.47 Å

1.36 Å

1.14 Å1.34 Å 1

2

3

4

5

6

79

10

11

12

1314

15

17

16 8

Page 30: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftmax τmin τmax B

1 C1

2 N2 1.47 1

3 C3 1.37 120 2

4 N4 1.32 120 0 1 1˚ 0 360 3

5 C5 1.36 120 0 2 1˚ 0 360 4

6 N6 1.14 180 0 5

7 N7 1.37 120 180 1 1˚ 180 540 3

8 C8 1.47 120 180 3 1˚ 180 540 7

9 C9 1.53 109.5 180 4 5˚ 180 540 8

10 S10 1.81 109.5 180 5 5˚ 180 540 9

1.36 Å

1.35 Å

1.51 Å

1.31 Å

1.34 Å

1.52 Å

1.81 Å

1.81 Å

1.53 Å

1.47 Å

1.37 Å

1.37 Å

1.32 Å

1.47 Å

1.36 Å

1.14 Å1.34 Å 1

2

3

4

5

6

79

10

11

12

1314

15

17

16 8

Page 31: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

No Atom Distance

Angle τ A shiftmax τmin τmax B

11 C11 1.81 100 180 6 5˚ 180˚ 540˚ 10

12 C12 1.51 109.5 180 7 5˚ 180˚ 540˚ 11

13 N13 1.34 126 0 8 5˚ 0˚ 360˚ 12

14 C14 1.31 108 180 0 13

15 N15 1.35 108 0 0 14

16 C16 1.34 108 0 0 15

17 C17 1.52 126 180 0 16

1.36 Å

1.35 Å

1.51 Å

1.31 Å

1.34 Å

1.52 Å

1.81 Å

1.81 Å

1.53 Å

1.47 Å

1.37 Å

1.37 Å

1.32 Å

1.47 Å

1.36 Å

1.14 Å1.34 Å 1

2

3

4

5

6

79

10

11

12

1314

15

17

16 8

Page 32: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in
Page 33: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Strukturparameter sind die GeneX,Y,Z,Θ,Φ,Ψ,τ1-n

Satz von Strukturparameter ist ein Chromosom {X,Y,Z,Θ,Φ,Ψ,τ1-n}

Start mit einem Anzahl verschieden Individuen

Neue Generation erzeugt via Rekombination/Mutation

Nur die "fittest" überleben

Neue Generation erzeugt ...

Evolutionäre Algorithmenalternativer "global optimization" Verfahren

Page 34: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Evolutionäre Algorithmen - Prinzipien

Parameterisierung

Algorithmus zur Erzeugung eines "Phenotyps"

Erzeugung einer Population möglicher Lösungen

Rekombination/Mutation

Berechnung der individuellen Fitness

"Survival of the fittest"

R = 0.31 R = 0.22

R = 0.25

R = 0.35R = 0.22

R = 0.42

R = 0.3

Page 35: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in
Page 36: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Strukturlösung mittels Modelbau

(Zufälliges) Modell vom Computer

Modell optimieren

Methode der Optimierung

least-squares refinement

simulated annealing

evolutionary algorithm

lokal Optimierung

}global Optimierung

Page 37: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Least squares is like dropping a kangaroo somewhere on the surface of the earth, telling it to hop only uphill and hoping it will get to the top of mount Everest

Least squares refinement

Strukturlösung mittels Modelbau

Page 38: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Simulated Annealing is like doing the same, but getting the kangaroo very, verydrunk first.

Simulated annealing

Strukturlösung mittels Modelbau

Page 39: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Genetic Algorithms are like taking a whole plane load of kangaroos and letting them reproduce freely (not pictured)...

Genetic algorithms

Strukturlösung mittels Modelbau

Page 40: Kristallchemie und Kristallstrukturdatenbanken Pulverdiffraktometrie Einkristall Strukturanalyse Strukturanalyse mittels Pulverdaten Kristallchemie in

Genetic algorithms

and regularly shooting those at lower altitudes.

Note: no kangaroos were harmed in the making of this presentation

Strukturlösung mittels Modelbau