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, XPPh3, XPH3), 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 của các phức đã được xây dựng Đưa ra cấu trúc ổn định nhất cùng với các thông số liên quan như độ dài liên kết, góc liên kết chính, góc nhị diện chính và các góc cong (bending angles) của hệ phức và phối tử.
Sử dụng chương trình NBO 3.1 chạy trên Gaussian 09 và Gaussview 05 để tính toán các chỉ số liên kết Wiberg, đồng thời phân tích mật độ điện tích tự nhiên trong hệ phức và các mảnh riêng biệt.
- 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 – De (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)2bằng 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 }
2.2.3 Hệ phức AlH 2 + với {X(PPh 3 ) 2 }
Phức [AlH2 +-X(PPh3)2] với X là C đến Pb
2.2.4 Hệ phức NHX với AgCl
Phức [M(CO)5-X(YCp*)2] với M là Mo, W; X là C đến Pb; Y là B đến Tl
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
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1 Các phần mềm sử dụng trong nghiên cứu
Xây dựng các phức chất của hệ phức kim loại chuyển tiếp với phối tử linh hoạt YCp* và ylidone (X(YCp*)2, X(PPh3)2, X(PH3)2), cùng với tetrylene (NHX) là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng Các kim loại chuyển tiếp như C, Si, Ge, Sn, Pb kết hợp với các nguyên tố như B, Al, Ga, In, Tl tạo ra những cấu trúc phức tạp và đa dạng Việc tìm hiểu và phát triển các phức chất này không chỉ mở rộng kiến thức về hóa học vô cơ mà còn có tiềm năng ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực.
Tối ưu hóa phức, DFT – De (kcal/mol); DFT – D3 (kcal/mol), tính liên kết Wiberg – NPA
Gaussview 05 Tính toán điện tích của các mảnh trong phức.
ADF 2016.01 Tính toán trạng thái tồn tại và bản chất của liên kết dựa trên phương pháp EDA – NOCV
Chemcraft Xuất cấu trúc của phân tử sau khi đã tối ưu hình học; Xác định hình dạng các orbital lai hoá và mức năng lượng của phức
Origin 8.0 Vẽ giản đồ năng lượng của phức và phối tử
MOE 2015.01 Tính toán docking; phân tích tương tác giữa phân tử hợp chất với 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 hình học thông qua chương trình Gaussian 09 kết hợp với Turbomole 6.1, sử dụng gradient ở mức lý thuyết BP86/def2-SVP Nghiên cứu tập trung vào hiệu ứng thế năng tương tác lõi của phức [Ni(CO)2-X(PH3)2] và [Ni(CO)2-NHX]2, trong đó X biến thiên từ C đến Pb.
Để tính toán các nguyên tố có khối lượng nguyên tử lớn thuộc nhóm 13 (In, Tl), nhóm 14 (Sn, Pb) và các kim loại chuyển tiếp (Mo, W, Ag, Pt, Pd), phương pháp gần đúng RI được áp dụng để tối ưu cấu trúc sử dụng các tập cơ sở tương ứng Tiêu chuẩn hội tụ cho năng lượng trường tự hợp được đặt ở mức 10 ‒8 a.u, với mạng lưới biến đổi tích hợp “m4” Các cấu trúc được tối ưu theo tiêu chuẩn của Gaussian, và tất cả đều được xác định tại điểm có 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 ở 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 năng lượng phân ly liên kết (BDE), bước đầu tiên là tối ưu hóa các phức và phối tử tự do Tiếp theo, năng lượng BDE được tính toán bằng chương trình NBO 3.1 ở mức 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, cần so sánh kết quả BDE với và không có tương tác phân tán của các nhóm thế, được tính tại mức BP86/def2-TZVPP và BP86/def2-TZVPP-D3, sử dụng tọa độ tối ưu hình học từ BP86/def2-SVP.
2.3.4 Orbital liên kết tự nhiên
Mức lý thuyết tính năng lượng điểm đơn được thực hiện với hàm tối ưu hóa hình học BP86, sử dụng tập cơ sở lớn hơn là def2-TZVPP và tính toán hiệu ứng thế năng tương tác lõi cho các nguyên tử có khối lượng lớn bằng phần mềm Gaussian 09, dựa trên tọa độ từ tối ưu hóa hình học BP86/def2-SVP Trong quá trình tính toán này, phương pháp gần đúng RI không được áp dụng Tiếp theo, liên kết Wiberg và phân tích mật độ điện tích tự nhiên trong các phối tử và phức chất được thực hiện tại mức BP86/def2-TZVPP//BP86/def2-SVP, kèm theo việc vẽ orbital phân tử và phân tích năng lượng orbital thông qua phương pháp orbital liên kết tự nhiên có sẵn 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 sử dụng để phân tích liên kết và tính toán cấu trúc của phức và phối tử tự do, với quá trình này được thực hiện trên phần mềm ADF 2016.01.
Các phương pháp tính toán sử dụng 51 phụ trợ của s, p, d, e, g và STO 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 kết hợp thông qua các mức gần đúng từ thứ không (ZORA) Tính toán được thực hiện ở mức 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 thông qua các phương pháp hóa lượng tử hiện đại.
Hình 2.1 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát
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 này.
BDE ‒ D3 Liên kết Wiberg; NPA;
EDA-NOCV NOCV pair Đối tượng nghiên cứu
Cấu trúc phân tử đã tối ưu
Phương pháp này đạt độ chính xác cao và thích hợp cho việc tính toán lý thuyết các hợp chất có nhóm đối xứng C1 trong các hệ phức được chọn, đặc biệt là 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 tập trung vào khả năng ức chế SARS-CoV-2 của các cấu trúc phân tử Kết quả từ quá trình docking đã phát hiện các dẫn chất tiềm năng từ các hệ chất đã được chọn Quy trình mô hình docking bao gồm 5 bước cơ bản.
2.3.7.1 L ự a ch ọ n và chu ẩ n b ị c ấ u trúc m ục tiêu tác độ ng
Để xác định vị trí gắn kết của protein, vùng tác động được xác định dựa trên vị trí của 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.
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, cho phép người dùng dễ dàng hình dung và nghiên cứu các đặc tính không gian của phân tử.
Cấu trúc phân tử 3D của các hợp chất được tối thiểu hóa năng lượng bằng phần mềm SYBYL-X 1.1 nhằm sửa chữa các giá trị không phù hợp về độ dài liên kết, góc liên kết, góc xoắn và các tương tác không liên kết bất thường, do các nguyên tử ở các phần khác nhau của phân tử chiếm cùng một khoảng không gian.
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 sử dụng các cấu dạng ligand khác nhau Việc này được thực hiện với ba cấu dạng ligand nhằm đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong nghiên cứu.
- 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-