Переносимость квантово-топологических атомных и связевых дескрипторов в ряду замещенных гидропиримидинов

• Автор: Рыкунов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Методы получения данных о распределении электронной плотности в веществе

1.2 Мультипольная модель и связанные с ней модели переносимости характеристик тсристик электронной плотности

1.2.1 Мультипольное разложение электронной плотности

1.2.2 Моделирование кристаллов с помощью экспериментально полученных мульти

пол ьных параметров

1.2.3 Моделирование кристаллов с помощью теоретически рассчитанных мульти

польных параметров

1.3 Модели переносимости характеристик связывания, основанные на неэмпирических методах квантовой химии

1.3.1 Концепция инвариомов

1.3.2 Модель переносимых атомных эквивалентов
1.3.3 Модели переносимоетн характеристик атомов и связей, основанные на квантовотопологической теории молекулярной и кристаллической структуры
1.4 Соединения Биджинслли и их свойства
1.5 Основные задачи диссертационной работы
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1 5Ацстил6метил4эгил1,2,3,4тетрагидропиримидин2тион
2.2 5Ацстил4,6диметил3,4дигидро1пиримидин2он
2.3 Этил 4,6диметнл2тиоксо1,2,3,4тетрагидропиримидин5карбоксилат
2.4 Обсуждение атомной структуры исследованных кристаллов
Глава 3. Переносимость квантовотопологических дескрипторов при конформации
онных переходах
3.1 Неопределенности квантовотопологических дескрипторов, связанные с различными используемыми теоретическими приближениями
3.2 Варьирование величин квантовотопологических дескрипторов при конформационных переходах
3.3 Предсказание электронных характеристик производных гидропиримидинового ряда на основе экспериментальных и теоретических квантовотопологических дескрипторов
Глава 4. От молекулы в газовой фазе к молекуле в кристалле
4.1 Изменение квантовотопологических дескрипторов в ряду мономер димер тетрамер кристалл
4.2 Континуальный учет среды 8 Глава 5. Стерический вклад в полную энергию и его связь с квантовотопологическими
дескрипторами
Основные результаты диссертационной работы
Библиографический список использованной литературы
Приложения
Список основных сокращений и условных обозначений
КТ критическая точка
КТТ, I квантовотопологическая теория молекулярной и кристаллической структуры КШ, метод Кона Шэма
ТФП, теория функционала плотности
ХФ, метод Хартри Фока
Э электронная плотность
ЭСП электростатический потенциал
МР2 теория возмущений второго порядка Мллера Плессета
рг электронная плотность
плотность кинетической энергии
v плотность потенциальной энергии
Кг плотность электронной энергии
лапласиан электронной плотности
Л, 2, Яз собственные значения матрицы Гессе электронной плотности е эллиптичность связи заряд атома
объем атома
Г электронная энергия атома
Введение


Первые данные об электронных плотностях асферических псевдоатомов были получены в ходе рентгенодифракционного анализа пептидов и их производных, в частности, мстиламида ацетилЬтриптофана , метиламида Vацетила. Ддегидрофснилаланина и тригидрата лейцинилэнкефалина ,. Кроме того, из этих экспериментов были определены молекулярные электростатические потенциалы с целью получения экспериментальных электростатических свойств, таких как атомные заряды и мультипольные моменты. При применении этих данных к исследованию молекулы трипептида продемонстрировано, что усредненные параметры дают реалистичные значения деформационных плотностей для фенильных и пептидных фрагментов и находятся в хорошем согласии с результатами высокоуровневых неэмпирических расчетов. Наибольшие значения пиков деформационной плотности наблюдаются для наиболее полярных связей С0 и , неподеленных электронных пар и, в целом, на выше, чем полученные в ходе рентгенодифракционных экспериментов высокого разрешения. Таким образом, данная модель несколько переоценивает несферическую часть электронной плотности. В качестве возможного улучшения существующей модели было предложено использовать иной вид радиальных функций . Стоит отметить, что при построении банка данных параметров асферических псевдоатомов было сделано предположение о слабой зависимости локальных значений электронной плотности отдельно взятой молекулы от конформационной изомерии. Это позволило использовать параметры электронной плотности, полученные лишь для одной конформации, имеющей место в кристалле, при вычислении молекулярного электростатического потенциала различных конформационных изомеров. Одной из работ в этом направлении является исследование комплексообразования переходных элементов с бипиримидиновыми лигандами , позволившее выявить наиболее предпочтительные геометрические параметры органического лиганда, координирующегося с атомом меди. Применимость экспериментально полученных асферических факторов рассеяния для высокоточного моделирования распределения электронной плотности в кристаллах была продемонстрирована в ряде работ. Одной из первых была работа, в которой банк параметров асферических псевдоатомов был использован для мультипольного уточнения структуры токсина II скорпиона i , имеющего белковую природу. С помощью модельных атомов аппроксимировались характеристики для всех функциональных групп, за исключением имидазольного кольца гистидина. На картах деформационной электронной плотности, в отличие от сферического усреднения, даже при комнатной температуре оказалась возможна локализация валентных электронов, хотя в целом выраженность пиков существенно ниже, чем в обычных измерениях олигопептидов. Кроме того, путем усреднения по связям, существующим в структуре, была проведена оценка величин зарядов атомов пептидной группы. Полученные значения находятся в качественном соответствии с известными данными водородные атомы заряжены положительно, в то время как атомы кислорода и азота отрицательно. Однако, заряды, полученные для полярных фрагментов пептидной связи С0 и недооценены, по сравнению со стандартными значениями, найденными для олигопептидов и справочными данными. Другой работой, направленной на сопоставление результатов рентгенодифракционного эксперимщгта высокого разрешения и неэмпирических квантовохимических расчетов единичной молекулы в газовой фазе, выполненной группой проф. Лекомта, является исследование гидрофобного глобулярного низкомолекулярного растительного белка крамбина, состоящего из аминокислотных остатков . Результаты, полученные в ходе низкотемпературного прецизионного эксперимента, расшифровывались с использованием упрощенной мультиполыюй модели ХансснаКоппенза. При этом программный код модифицировался для учта стсрических и динамических ограничений, связанных со сложной структурой исследуемого соединения. Начальные параметры заряды на атомах и мультипольные заселенности были взяты из банка данных параметров асферических псевдоатомов и затем подгонялись под экспериментальные данные.