【构象搜索教程】小分子构象搜索

【构象搜索教程】小分子构象搜索

概述

研究分子构象对于了解化合物结构、反应机理、能量分布等方面非常重要,在ECD/NMR计算、过渡态搜索、活性构象生成等许多计算研究中,通常是必不可少的步骤。本方案提供3种构象搜索算法以应对各种类型的有机小分子化学结构:系统搜索(Systematic Search)随机搜索(Stochastic Search)自定义搜索(Custom Search)

特色

  • 采用并行计算策略进行构象生成和能量最小化,可在极短时间内完成大量高精度搜索、获取低能构象,并给出各构象能量(MMFF94力场)及其玻尔兹曼分布比例。

  • 自定义搜索允许用户仅对特定可旋转键按指定角度间隔进行搜索,弥补绝大多数同类软件的不足。

预备知识

可旋转键

分子中不在环上、连接于非末端重原子(即,非氢原子)的单键,但不包括酰胺C-N键(因为它的能垒过高)。

搜索算法

本方案提供3种计算模式,各有一定的适用范围:

  • 系统搜索(Systematic Search)

    可对构象空间进行穷举搜索,找到全局能量最低(最稳定)的构象。但该模式随着可旋转键个数呈指数增长,因此,仅支持可旋转键个数<= 7的情况。并且,不支持环构象搜索,因此,产生的环构象与初始结构一致。

  • 随机搜索(Stochastic Search)

    可对所有类型的化合物进行随机搜索,可旋转键个数无限制支持环构象搜索。初始构象数目为1200万。在如此大量的初始构象中通常能找到接近最稳定的构象,但计算时间较长。

    另有专门针对大环化合物(如,大环内酯类抗生素)进行构象穷举的方案,详见相关教程。

  • 自定义搜索(Custom Search)

    允许用户对特定可旋转键按指定角度间隔进行穷举搜索,解决可旋转键个数较多的问题。若希望保持特定结构部位的构象而对其他部位进行构象搜索,亦可用此算法。

入口

平台地址:https://cloud.yinfotek.com

功能入口:平台左侧菜单栏【计算方案】->【大方案】->【分子结构】->【小分子构象搜索】

步骤

配置任务

  1. 上传3D分子文件

    注意:须事先处理成良好的3D结构,可参考《准备化合物结构》教程。价键、构型须确认无误。

  2. 选择构象搜索算法,有3种模式:

    系统搜索

    适用于可旋转键个数<= 7且无需搜索环构象的化合物。

    随机搜索

    1. 适用于可旋转键个数较多或需要搜索环构象的化合物;

    2. 当可旋转键数较多时,计算时间可长达30分钟。

    自定义搜索

    根据平台提示的可旋转键(表格和视图中有对应原子编号),设置角度间隔,即按指定角度间隔旋转一周(旋转次数自动计算)。必要时,可点击原子编号之间的,对调原子编号,切换旋转端。

    1. 总旋转次数(最大构象数)为各键旋转次数的乘积,不能超过5万次;

    2. 原子A为固定端,原子B为旋转端,即原子A一端固定不动,连接在原子B上的基团围绕A-B键旋转。例如,想绕2-3键旋转其甲氧基,而苯环固定不动,可设置原子A为3,原子B为2,成为3-2键。

    3. 计算时间≈旋转次数*分子量/181900 min。

3. 其他设置

通常采用默认参数即可。

  1. 能量阈值

    产生的构象与其中能量最低者之间的最大能量差。该阈值越大,产生的构象数目越多。

  2. RMSD阈值

    构象间结构差异用RMSD衡量,低于该阈值的两个构象被认为是相同构象。该阈值越大,产生的构象数目越少。

4. 点击【提交】,选择支付方式后,点击【确认】。

分析结果

计算完毕后,从【我的项目】->【项目列表】->【项目详情】找到任务,点击【查看】,进入分析页面。

1.分析构象

  1. 表格给出各构象的编号能量比例,下方给出全部构象的结构文件conf.sdf和能量数据文件conf.csv。勾选所需构象,点击【selected.sdf】即可下载其分子结构。

    1. 点击表格任一行,视图同步显示对应构象;

    2. 系统默认勾选比例>1%的构象,仅显示>0%的构象,隐藏比例为0的构象,点击【选择全部】可显示全部。

2.文件列表

从这里可以下载所有计算文件。