Parciální atomové náboje jsou reálná čísla (heuristiky), které se snaží popsat rozložení elektronové hustoty v molekule. Nacházejí mnohá uplatnění ve výpočetní chemii a chemoinformatice, konkrétně v oblastech jako je QSAR/QSPR modelování, molekulový docking nebo virtuální screening. Jelikož se jedná pouze o teoretický koncept, nelze je určit experimentálně a existuje tak velké množství jejich definic. Standardní metody výpočtu vycházejí z kvantové mechaniky (QM), nicméně výpočetní náročnost limituje jejich využití pouze na malé systémy. Empirické metody využívající naměřená nebo parametrizovaná data naproti tomu představují výrazně rychlejší alternativu. Parametrizace těchto metod je však netriviální časově náročný proces, který je ovlivněn řadou faktorů - volba reprezentativní tréninkové sady, lokální a globální optimalizace ap. Vhodné nastavení celého procesu významně ovlivňuje kvalitu parametrů a tedy i nábojů, které lze jejich užitím napočítat. [1]

Cíle diplomové práce jsou:

1. Seznámit se s problematikou parciálních atomových nábojů a metodami jejich výpočtu.
2. V rámci rešerše vybrat perspektivní empirické metody a srovnat je s tradičními, jako jsou EEM [2] nebo PEOE [3].
3. Implementovat výpočet nábojů těmito metodami spolu s obecným modulem pro jejich parametrizaci a validaci.
4. Identifikovat kritická místa parametrizace, provést jejich optimalizaci a nalézt ideální nastavení celého procesu (např. volba lokální/globální optimalizační metody, přístupy k samplingu vícerozměrného prostoru ap.).
5. Srovnat implementované empirické metody na reprezentativních sadách malých molekul.

[1] Raček, Tomáš, et al. "NEEMP: software for validation, accurate calculation and fast parameterization of EEM charges." Journal of cheminformatics 8.1 (2016): 57.
[2] Mortier, Wilfried J., Swapan K. Ghosh, and S. Shankar. "Electronegativity-equalization method for the calculation of atomic charges in molecules." Journal of the American Chemical Society 108.15 (1986): 4315-4320.
[3] Gasteiger, Johann, and Mario Marsili. "Iterative partial equalization of orbital electronegativity--a rapid access to atomic charges." Tetrahedron 36.22 (1980): 3219-3228.