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[xtb] 手性大分子堆积成螺旋柱状的计算思路

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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


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Greciano 等 - 2019 - Decoding the Consequences of Increasing the Size o.pdf

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发表于 Post on 2024-5-10 22:24:01 | 只看该作者 Only view this author
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。
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-5-10 22:33:09 | 只看该作者 Only view this author
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

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发表于 Post on 2024-5-10 23:13:28 | 只看该作者 Only view this author
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
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-5-10 23:31:10 | 只看该作者 Only view this author
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

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发表于 Post on 2024-5-11 19:36:56 | 只看该作者 Only view this author
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
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2024-5-11 20:27:30 | 只看该作者 Only view this author
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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