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标题: 手性大分子堆积成螺旋柱状的计算思路 [打印本页]

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Author: 吹梦到西洲 时间: 2024-5-10 20:12
标题: 手性大分子堆积成螺旋柱状的计算思路
各位老师好
目前我是想按照文献的方法（图片所示）来应用到我自己的课题上，酞菁衍生物分子加上手性的侧链，一共562个原子，包括C\O\H\S\N。实验上是观测到S手性的分子堆起起来的柱状超分子是右旋，R手性的堆积起来是左旋，R+S实验上得到的是右旋。原料也是S手性的更便宜，所以推测应当S手性比R手性的单分子更稳定，且堆积起来以后也是S导致的右旋有优势。
实验计算的方案是，用GFN2-xtb来优化SSS\RRR\SRS\RSR的结构，最后对比单点能，再细算弱相互作用之类的来探究一下具体的机制。
碰到的问题：算出来的能量是SSS比RRR的高，和实验上观测的是相反（R+S形成的是S对应的右旋）；实验上长不出来晶体，S和R单体优化出来的结构构象太多了，如果是用SSS或者RRR优化以后的构象取一个出来当作单体的话是S的能量比R的高，也和实验对不上。
另外，文献中取了20个分子右旋扭转了360°左右，每个分子旋转20°左右（似乎是每个单体优化一下结构然后自己按角度摆上去算个单点的），但是并没有给SEM图，我们的SEM图里边几万个分子长度螺旋柱才够转180°（他的应该也差不多）。文献中这种做法是合理的吗？如果不是的话我能用什么思路和做法去研究这个体系呢？
谢谢各位老师

作者
Author: wzkchem5 时间: 2024-5-10 22:24
这种体系构象确实太多了，没办法把构象搜全，我觉得用分子动力学的方法来研究比较好，写脚本统计一下MD轨迹里面分子的各种堆积模式的分布。MD的优势在于即使没有sample到所有的构象，只要sample到的构象足够有代表性，结果就是可靠的。但MD的结果有随机误差，比较不同手性结果的时候注意数据的error bar，当两个量的差别和两者的error bar之和在一个量级时，不能贸然说两个量有差别。
另外，如果构象搜索做得很充分，那么根据宇称守恒，理论上SSS和RRR应该严格等价，R+S 1:1堆积的结果应该左旋和右旋概率是1:1。如果实验上结果不是这样的，建议检查（1）R和S的投料量是否严格是1:1；（2）实验结果是否可重复；（3）体系是否有其他手性杂质。

作者
Author: 吹梦到西洲 时间: 2024-5-10 22:33

wzkchem5 发表于 2024-5-10 22:24
这种体系构象确实太多了，没办法把构象搜全，我觉得用分子动力学的方法来研究比较好，写脚本统计一下MD轨迹 ...

感谢你的回复 MD目前我也在做但是由于目前是无溶剂自组装的过程所以只能在NVT下做打算的是丢个几百个分子到盒子里跑跑看一下看有没有什么明显的趋势
对于实验的问题，
（1）R-S的投料比我就算R过量最后还是堆叠成S优势的右旋，我甚至怀疑在S-R都有的情况下R不能参与自组装
（2）是的实验可以重复
（3）没有其他杂质

作者
Author: wzkchem5 时间: 2024-5-10 23:13

吹梦到西洲发表于 2024-5-10 15:33
感谢你的回复 MD目前我也在做但是由于目前是无溶剂自组装的过程所以只能在NVT下做打算的是丢个几百个 ...

如果R和S完全是对映异构体，那么没有任何道理R和S组装出来的螺旋方向一样。真要是R和S组装出来的螺旋方向一样，而且不是因为杂质（或者分子结构错误）的话，这可是诺奖级别的工作，把弱相互作用的宇称不守恒放大到宏观级别。。。我不敢说这个完全不可能，但是还是多排查一下实验的其他方面比较好

作者
Author: 吹梦到西洲 时间: 2024-5-10 23:31

wzkchem5 发表于 2024-5-10 23:13
如果R和S完全是对映异构体，那么没有任何道理R和S组装出来的螺旋方向一样。真要是R和S组装出来的螺旋方向 ...

谢谢老师回复，可能是我回复的不清楚
我的意思是R+S 1比1 或者R过量想要得到的消旋体结果这个消旋体和S构型产生的螺旋方向一样。并不是R和S组装出来的螺旋方向一样

作者
Author: wzkchem5 时间: 2024-5-11 19:36

吹梦到西洲发表于 2024-5-10 16:31
谢谢老师回复，可能是我回复的不清楚
我的意思是R+S 1比1 或者R过量想要得到的消旋体结果这个消旋体和S ...

一样的问题，R过量组装的螺旋方向肯定应该和S过量组装的螺旋方向相反，建议补一个S加得比R多的实验，比例严格和你R过量的实验相反，如果这个实验组装的结果和R过量时相同，那么99.99%说明你哪里做错了；如果相反，那再考虑是不是只用S组装的实验做错了。或者补一个只用R的实验也可以，原理类似

作者
Author: 吹梦到西洲 时间: 2024-5-11 20:27

wzkchem5 发表于 2024-5-11 19:36
一样的问题，R过量组装的螺旋方向肯定应该和S过量组装的螺旋方向相反，建议补一个S加得比R多的实验，比例 ...

谢谢老师的回复我现在也S:R 1：1.5以后就是R构型的占优势了，所以我现在有点怀疑是不是样品纯度的问题，我后续再细细研究一下吧。。

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