NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Luận án tập trung vào các nội dung chính sau:
- Xây dựng các phức chất các hệ phức các kim loại chuyển tiếp chứa phối tử linh hoạt YCp*, ylidone (X(YCp*) 2 , XPPh 3 , XPH 3 ), tetrylene (NHX) (X = C, Si,
Ge, Sn, Pb; Y = B, Al, Ga, In, Tl) bằng Molden.
Sử dụng phần mềm Gaussian 09 kết hợp với Turbomole 7.0 để tối ưu hóa năng lượng cho các phức đã được xây dựng, nhằm xác định cấu trúc ổn định nhất Bài viết cung cấp thông tin chi tiết về độ dài liên kết, góc liên kết chính, góc nhị diện chính và các góc cong (bending angles) của hệ phức và phối tử.
Tính toán các chỉ số liên kết Wiberg và phân tích mật độ điện tích tự nhiên trong hệ phức và các mảnh riêng biệt được thực hiện bằng chương trình NBO 3.1 trên nền tảng Gaussian 09.
- Tính toán năng lượng phân ly liên kết khi có xét tới tương tác phân tán DFT –
D3 (kcal.mol -1 ) và không xét tới tương tác phân tán BDE – D e (kcal/mol) của hệ phức bằng lý thuyết phiếm hàm mật độ.
- Khảo sát bản chất liên kết trong phức chất chứa phối tử nhóm 13 diyl, nhóm
14 ylidone bằng phương pháp EDA – NOCV tính trên phần mềm ADF 2016.01.
- Khảo sát độ bền của phức và đề xuất ứng dụng của hệ phức NHC-AgCl và (NHC-AgCl) 2 bằng phần mềm MOE 2015.01.
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
2.2.1 Hệ phức [Fe(CO) 4 -{YCp*}]
Phức [Fe(CO) 4 -{YCp*}] với Y là B đến Tl.
2.2.2 Hệ phức M(CO) 5 với {X(YCp*) 2 }
Phức [M(CO) 5 -X(YCp*) 2 ] với M là Mo, W; X là C đến Pb; Y là B đến Tl.
2.2.3 Hệ phức AlH 2 + với {X(PPh 3 ) 2 }
Phức [AlH 2 + -X(PPh 3 ) 2 ] với X là C đến Pb.
2.2.4 Hệ phức NHX với AgCl
Phức [NHX-AgCl] và [NHX-AgCl] 2 với X là C đến Pb.
2.2.5 Hệ phức Ni(CO) 2 với NHX Me và X(PH 3 ) 2
Phức [Ni(CO) 2 -X(PH 3 ) 2 ] và [Ni(CO) 2 -NHX] 2 với X là C đến Pb.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1 Các phần mềm sử dụng trong nghiên cứu
Xây dựng các phức chất các hệ phức các kim loại chuyển tiếp chứa
Molden phối tử linh hoạt YCp*, ylidone (X(YCp*) 2 , X(PPh 3 ) 2 , X(PH 3 ) 2 ), tetrylene (NHX) (X = C, Si, Ge, Sn, Pb; Y = B, Al, Ga, In, Tl)
Gaussian 09 & Tối ưu hóa phức, DFT – D e (kcal/mol); DFT – D3 (kcal/mol), tính Turbomole 7.0 liên kết Wiberg – NPA.
Gaussview 05 Tính toán điện tích của các mảnh trong phức.
Tính toán trạng thái tồn tại và bản chất của liên kết dựa trên phương
Xuất cấu trúc của phân tử sau khi đã tối ưu hình học; Xác định hình
Chemcraft dạng các orbital lai hoá và mức năng lượng của phức.
Origin 8.0 Vẽ giản đồ năng lượng của phức và phối tử
Tính toán docking; phân tích tương tác giữa phân tử hợp chất với
MOE 2015.01 mục tiêu tác động và biểu diễn tương tác trên mặt phẳng 2D, 3D
2.3.2 Tối ưu hóa hình học
Trong Luận án này, các phân tử nhóm đối xứng C1 đã được tối ưu hóa hình học sử dụng chương trình Gaussian 09 kết hợp với Turbomole 6.1, áp dụng gradient theo lý thuyết BP86/def2-SVP Đồng thời, hiệu ứng thế năng tương tác lõi cũng được xem xét.
Các nguyên tố có khối lượng nguyên tử lớn thuộc nhóm 13 như In và Tl, nhóm 14 như Sn và Pb, cũng như các kim loại chuyển tiếp như Mo, W, Ag, Pt và Pd, đều có 49 ứng dụng trong việc tính toán.
Sử dụng phép gần đúng RI để tối ưu hóa cấu trúc với các tập cơ sở tương ứng, tiêu chuẩn hội tụ cho năng lượng trường tự hợp được đặt ở mức 10 ‒8 a.u và áp dụng mạng lưới biến đổi tích hợp “m4” Các cấu trúc được tối ưu hóa theo tiêu chuẩn của Gaussian, với tất cả các cấu trúc được xác định tại điểm năng lượng thấp nhất trên bề mặt thế năng Bản chất của điểm dừng trên PES được xác định thông qua việc tính tần số tại năng lượng cực tiểu với lý thuyết BP86/def2-SVP.
2.3.3 Năng lượng phân ly liên kết khi xét (DFT‒D3) và không xét tới tương tác phân tán (D e )
Khi tính toán BDE, bước đầu tiên là tối ưu hóa các phức và phối tử tự do Sau đó, cần tính năng lượng phân ly liên kết bằng chương trình NBO 3.1 với lý thuyết BP86/def2-TZVPP//BP86 def2-SVP Để rút ra kết luận quan trọng về hiệu quả tương tác giữa các phối tử và hợp chất trong phức, việc so sánh cách tính BDE với và không có tương tác phân tán của các nhóm thế là cần thiết, được thực hiện tại mức BP86/def2-TZVPP và BP86/def2-TZVPP-D3, sử dụng tọa độ tối ưu hình học từ mức BP86/def2-SVP.
2.3.4 Orbital liên kết tự nhiên
Mức lý thuyết tính năng lượng điểm đơn được thực hiện với hàm BP86 và tập cơ sở def2-TZVPP, sử dụng hiệu ứng thế năng tương tác lõi cho nguyên tử nặng, tính toán bằng Gaussian 09 từ tọa độ tối ưu hóa hình học BP86/def2-SVP Trong quá trình này, phép gần đúng RI không được áp dụng Tiếp theo, tính toán liên kết Wiberg và phân tích mật độ điện tích tự nhiên cho các phối tử và phức chất được thực hiện tại mức BP86/def2-TZVPP//BP86/def2-SVP, đồng thời vẽ orbital phân tử và phân tích năng lượng orbital thông qua phương pháp orbital liên kết tự nhiên trong Gaussian 09.
2.3.5 Phương pháp phân tách các hợp phần năng lượng gồm năng lượng phân hủy kết hợp với sự dịch chuyển điện tích trong orbital liên kết hóa trị
Phương pháp EDA-NOCV được áp dụng để phân tích liên kết và tính toán cấu trúc của phức và phối tử tự do, sử dụng phần mềm ADF 2016.01 [47].
Trong nghiên cứu này, 50 phụ trợ của s, p, d, e, g và STO được sử dụng để xác định chính xác mật độ phân tử, Coulomb và thế năng tương quan trao đổi trong mỗi chu kỳ SCF Hiệu ứng tương đối vô hướng được tích hợp thông qua các mức gần đúng từ thứ không (ZORA) Các tính toán được thực hiện theo lý thuyết BP86/TZ2P+//BP86/def2-SVP nhằm tối ưu hóa hình học và phân tích bản chất liên kết của hệ phức bằng phương pháp EDA-NOCV cho các hệ phân tử nhóm đối xứng C1.
2.3.6 Sơ đồ tổng quan nghiên cứu cấu trúc và tính chất của phức
Cấu trúc, tính chất và bản chất của liên kết hóa học trong các phức nghiên cứu sẽ được phân tích bằng phương pháp hóa lượng tử hiện đại, như thể hiện trong Hình 2.2 Đối tượng nghiên cứu chính là Molden.
Cấu trúc phân tử đã tối ưu
& dữ liệu tính toán Gaussian 09
Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chọn phương pháp BP86 kết hợp với các hàm cơ sở như def2-SVP, def2-TZVPP và TZ2P+ để khảo sát cấu trúc, dựa trên các khảo sát trước đây và thăm dò sơ bộ ban đầu cho luận án.
Phương pháp này cho phép tính toán lý thuyết chính xác cho các hợp chất có nhóm đối xứng C1 trong 51 tính chất của các hệ phức được chọn, đặc biệt là ở nhóm 13 và 14.
2.3.7 Phương pháp mô phỏng lắp ghép phân tử
Mô hình docking được sử dụng để dự đoán năng lượng và tương tác giữa hợp chất với protein ACE2 của thụ thể chủ trong cơ thể người hoặc động vật, cũng như protein chính 6LU7 của SARS-CoV-2 Nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng ức chế SARS-CoV-2 của các cấu trúc phân tử Kết quả từ quá trình docking đã xác định các dẫn chất tiềm năng từ các hệ chất đã chọn Quy trình mô hình docking bao gồm 5 bước.
2.3.7.1 Lựa chọn và chuẩn bị cấu trúc mục tiêu tác động
Vị trí gắn kết của protein được xác định dựa trên vị trí ligand trong bán kính 4,5 Å và sự hiện diện của các amino acid quan trọng Trước khi tái lập vùng tác động của enzyme, các phân tử nước sẽ được loại bỏ và cấu hình của các amino acid sẽ được kiểm tra kỹ lưỡng.
2.3.7.2 Chuẩn bị cấu trúc phân tử hợp chất
Cấu trúc hóa học 2D của các phân tử hợp chất được chuyển đổi tự động sang cấu trúc 3D bằng phần mềm ChemBioOffice 2018, giúp tạo ra mô hình không gian ba chiều chính xác.
Để tối thiểu hóa năng lượng, cấu trúc phân tử 3D của các hợp chất được xử lý bằng phần mềm SYBYL-X 1.1, nhằm điều chỉnh các giá trị không chính xác về độ dài liên kết, góc liên kết, góc xoắn và các tương tác không liên kết bất thường, do sự chồng chéo không gian của các nguyên tử ở các phần khác nhau của phân tử.
2.3.7.3 Mô phỏng lắp ghép lại (Re-docking)
Docking lại cấu trúc ligand đồng kết tinh trong protein là quá trình đánh giá tính phù hợp của các thông số docking bằng cách thực hiện docking lại phân tử ligand trong cấu trúc tinh thể phối tử Quá trình này được thực hiện với ba cấu dạng ligand khác nhau.
- Tách ligand từ phức chất hợp đồng kết tinh trong protein.
- Tách ligand từ phức hợp đồng kết tinh và chuẩn bị lại trong phần mềm Sybyl-