SMILES порфирина: c1cc2cc3ccc(cc4ccc(cc5ccc(cc1n2)[nH]5)n4)[nH]3
Построение 3D-структуры порфирина с помощью babel:
obgen porphyrin.smi > porphyrin.mol
В построенной 3D-структуре порфирина были удалены "лишние" водороды.
Оптимизация 3D-структуры порфирина с помощью babel и Mopac (параметр PM6):
babel -ipdb porphyrin.pdb -omop porphyrin_pm6.mop -xk "PM6"
MOPAC2009.exe porphyrin_pm6.mop
babel -imopout porphyrin_pm6.out -opdb porphyrin_pm6.pdb
Оптимизация 3D-структуры порфирина с помощью babel и Mopac (параметр AM1):
babel -ipdb porphyrin.pdb -omop porphyrin_am1.mop -xk "AM1"
MOPAC2009.exe porphyrin_am1.mop
babel -imopout porphyrin_am1.out -opdb porphyrin_am1.pdb
Неоптимизированная структура порфирина (показана светло-желтым) слегка изогнута, некоторые протоны сильно выступают из плоскости молекулы. Структура порфирина, оптимизированная с параметром PM6, является плоской (показана темно-зеленым).
from IPython.display import Image
Image(filename = 'porphyrin_1.png')
Image(filename = 'porphyrin_2.png')
Структуры порфирина, оптимизированные с параметрами PM6 (показана темно-зеленым) и AM1 (показана розовым), отличаются незначительно.
Image(filename = 'porphyrin_3.png')
Image(filename = 'porphyrin_4.png')
В конец файла porphyrin_pm6_spectrum.mop были добавлены строки:
cis c.i.=4 meci oldgeo
porphyrin spectrum
Расчет возбужденных состояний порфирина с помощью Mopac:
MOPAC2009.exe porphyrin_pm6_spectrum.mop
Значения энергий для электронных переходов в порфирине, взятые из файла porphyrin_pm6_spectrum.out:
STATE ENERGY (EV) Q.N. SPIN SYMMETRY POLARIZATION
ABSOLUTE RELATIVE X Y Z
1+ 0.000000 0.000000 1+ SINGLET ????
2 1.914982 1.914982 1 TRIPLET ????
3 2.267356 2.267356 2 SINGLET ????
4 2.464879 2.464879 2 TRIPLET ????
5 2.826510 2.826510 3 TRIPLET ????
6 3.365178 3.365178 4 TRIPLET ????
7 3.392490 3.392490 3 SINGLET ???? 0.2399 0.1995 0.0013
8 3.669238 3.669238 4 SINGLET ???? 2.0363 2.3850 0.0129
9 3.872141 3.872141 5 SINGLET ???? 1.8024 1.5312 0.0100
Формула для расчета длины волны:
Максимальная длина волны, на которой поглощает порфирин: \(\frac{4.14*300}{1.91}\) ~ 650 нм
Минимальная длина волны, на которой поглощает порфирин: \(\frac{4.14*300}{3.87}\) ~ 320 нм
Таким образом, порфирин поглощает в основном видимый свет, а также ближний ультрафиолет.
SMILES хинона: O=C1C=CC(=O)C=C1
Построение 3D-структуры хинона с помощью babel:
obgen quinone.smi > quinone.mol
Оптимизация 3D-структуры хинона с помощью babel и Mopac (параметр PM6):
babel -ipdb quinone.pdb -omop quinone_pm6.mop -xk "PM6"
MOPAC2009.exe quinone_pm6.mop
babel -imopout quinone_pm6.out -opdb quinone_pm6.pdb
В файле quinone_pm6_anion.mop была добавлена строка CHARGE=-2 и заряды кислородов:
PM6 CHARGE=-2
quinone.pdb
C 2.21400 1 -0.07800 1 -0.15200 1
C 2.95000 1 1.18800 1 0.04300 1
C 4.24200 1 1.19300 1 0.38600 1
C 4.99000 1 -0.06500 1 0.58300 1
C 4.25300 1 -1.32900 1 0.38800 1
C 2.96200 1 -1.33600 1 0.04600 1
O(-) 1.03200 1 -0.08300 1 -0.46400 1
O(-) 6.17200 1 -0.05900 1 0.89700 1
H 2.38800 1 2.10100 1 -0.10500 1
H 4.79700 1 2.11300 1 0.53300 1
H 4.81600 1 -2.24300 1 0.53600 1
H 2.40700 1 -2.25400 1 -0.10100 1
Построение 3D-структуры хинонового дианиона с помощью babel и Mopac:
MOPAC2009.exe quinone_pm6_anion.mop
babel -imopout quinone_pm6_anion.out -opdb quinone_pm6_anion.pdb
Image(filename = 'quinone.png')
На рисунке выше структура хинона окрашена светло-желтым цветом, а структура хинонового дианиона окрашена темно-зеленым цветом. Можно видеть, что в структуре хинона укорочены связи С=О, а также связи С=С ароматического кольца, параллельные оси, проходящей через кислороды (горизонтально), поскольку эти связи двойные.
Оптимизация 3D-структуры тиминового димера с помощью babel и Mopac (параметр PM6):
babel -ipdb dimer.pdb -omop dimer_pm6.mop -xk "PM6"
MOPAC2009.exe dimer_pm6.mop
babel -imopout dimer_pm6.out -opdb dimer_pm6.pdb
Image(filename = 'dimer_pm6.png')
В файле dimer_charged_pm6.mop была добавлена строка CHARGE=+2.
Построение 3D-структуры тиминового димера в возбужденном состоянии с помощью babel и Mopac:
MOPAC2009.exe dimer_charged_pm6.mop
babel -imopout dimer_charged_pm6.out -opdb dimer_charged_pm6.pdb
Image(filename = 'dimer_charged_pm6.png')
Оптимизация 3D-структуры тиминового димера в возбужденном состоянии с помощью babel и Mopac (параметр PM6):
babel -ipdb dimer_charged_pm6.pdb -omop monomer_pm6.mop -xk "PM6"
В файле monomer_pm6.mop была добавлена строка CHARGE=0.
Построение 3D-структуры двух тиминовых мономеров с помощью babel и Mopac:
MOPAC2009.exe monomer_pm6.mop
babel -imopout monomer_pm6.out -opdb monomer_pm6.pdb
Image(filename = 'monomer_pm6.png')
Тиминовый димер в возбужденном состоянии имеет энергию -3253.90755 EV. При добавлении электронов образуются два тиминовых мономера, т.к. они имеют меньшую энергию (-3273.69464 EV), чем тиминовый димер в невозбужденном состоянии (-3273.58217 EV).