Hướng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 Bi Bắt đầu sử dụng phần mềm Nhấp chuột vo biểu tợng HyperChem, mn hình lm việc lên nh sau: Thanh tiêu đề (title bar) Biểu diễn tên file biểu diễn cửa sổ Nếu cha lu file tên l untitled Thanh công cụ lựa chọn (menu bar) Chứa công cụ tính toán khác: File, Edit (hiệu chỉnh), Build (xây dựng), Databases (dữ liệu), Setup (đặt phơng pháp tính), Compute (tính toán), Annotations (ghi chú, diễn giải), cancel (thoát), Script, v Help (trợ giúp) Thanh biểu tợng công cụ (tool bar) Chứa công cụ cho phép ta vẽ, chọn, biểu diễn, v di chuyển nguyên tử, phân tử Phần bên phải công cụ có chứa công cụ giúp ta ghi thêm, lu nhanh, cắt, dán, in, trợ gióp Mμn lμm viƯc (workspace) Lμ n¬i biĨu diƠn hƯ phân tử Hớng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 Dòng trạng tính toán (status line) Cho ta biết thông tin nh l số nguyên tử phân tử, trạng tính toán, giá trị tính toán Trợ giúp (help) Chứa hớng dẫn thêm cho ngời sử dụng Cách sử dụng chuột: Muốn thao tác công cụ no ta việc nhấp trái chuột (L-Click) vo biểu tợng công cụ Ví dụ muốn sử dụng công cụ vẽ, ta di chuyển biểu tợng chuột ®Õn biĨu t−ỵng ®ã vμ nhÊp cht: Sư dơng bμn phím Thay phải dùng chuột ta dùng bn phím để di chuyển đến lựa chọn cần thiÕt VÝ dơ ®Ĩ më select menu ta nhÊn ®ång thêi hai phÝm [Alt] + [S] ([Alt] vμ [S]) §Ĩ chọn lựa chọn khác hộp thoại ta nhấp tiếp vo ký tự tắt đợc gạch dới lùa chän VÝ dơ ®Ĩ chän tiÕp select all ta nhấp chữ e bn phím Hớng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 Các phím tắt khác: Ctrl + N Ctrl + O Ctrl + S Ctrl + X Ctrl + C Ctrl + V Alt + F4 Ctrl + D Ctrl + K Ctrl + L Ctrl + F Ctrl + B Spacebar F2 F9 Esc T¹o trang lμm viƯc míi Më file L−u file (save) File menu C¾t (cut) File menu Copy (copy) Edit menu D¸n (paste) Edit menu Tho¸t khái HyperChem Xo¸ (delete) Annotations menu Lùa chän tiÕp (select next) Annotations menu Lùa chän phÇn tr−íc (select previous) Annotations menu Di chuyÓn tiÕp (move forward) Annotations menu Di chuyÓn trë l¹i (move backward) Annotations menu Di chun hƯ ph©n tư vμo trung t©m vμ biĨu diƠn theo tû lệ mn lm việc Trả lại kiểu biểu diễn lúc trớc (last rendering) Display menu Copy hình ảnh (copy image) Edit menu Nh mục thoát (cancel) công cụ Các công cụ quan trọng cộng H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 C¸c thao tác HyperChem Mở file ví dụ: Ví dụ mở file có đuôi HIN Di chuyển trỏ chuột đến File công cụ Nhấp trái cht (L-click) vμo File mμn h×nh sÏ hiƯn nh− sau: Nhấp trái chuột vo Open Mn hình hiƯn nh− sau: H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 Nếu mn hình list chất khác, kéo trợt để tìm kiếm Để kéo trợt ta nhấp trái biểu tợng chuột vo trợt, giữ nguyên nh v rê chuột theo chiÒu muèn kÐo Muèn më file nμo ta chØ cần nhấp trái (L-click) chuột vo file nhấn tiếp vo nút Open list Trên mn hình hiƯn ph©n tư chøa file H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 C¸ch sư dơng Display Settings Display settings chứa lựa chọn để biểu diễn hệ phân tử trang lm việc Để mở Display menu ta thùc hiƯn nh− sau NhÊp tr¸i cht vμo biĨu tợng Display công cụ Mn hình hiƯn nh− sau: Sư dơng nh·n (Labels) H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 NhÊp tr¸i cht vμo Labels Display Hộp thoại Labels với lựa chọn khác nhau, ta lựa chọn hình thức nhÃn biểu nguyên tử hệ Atoms None Bỏ tất nhÃn Symbol Biểu tợng nguyên tư, vÝ dơ C, O, N Name Tªn cđa nguyªn tử theo ngân hng liệu, ví dụ CA, CB ®èi víi cacbon alpha vμ beta Sè thø tù t¹o nguyên tử Number Type Kiểu nguyên tử, theo tác động cđa tr−êng lùc, vÝ dơ CT ®èi víi cacbon tø diƯn tr−êng lùc AMBER Charge §iƯn tÝch thùc cđa nguyªn tư Spin Tỉng spin thùc (alpha-beta) cđa mét nguyªn tử Poputation Mass Khối lợng nguyên tử Basis set Tập hợp hm áp dụng cho nguyên tử Chirality R S RMS Gradient Gía trị vô hớng vectơ biến thiên mô tả trờng lực nguyên tử Custom Đặt tuỳ chọn Residues None Bỏ tất nhÃn Name Tên hợp phần, ví dụ: TRP, ILE Sequence Thứ tự hợp phần từ hợp phần đuôi N (Nteminus).1,2,3 Name+Seq Cả tên lẫn thứ tự Bonds Hớng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 None Bỏ tất nhÃn Bond Length Độ di liên kết nguyên tử Bond Order Thứ tự liên kết tính toán theo học lợng tử Hình thức biểu diễn phân tử: Ta hon ton biểu diễn phân tử khác hệ Thay đổi hình thức biểu diễn: NhÊp tr¸i chuét vμo Rendering Display menu Hép thoại lựa chọn nh sau: Nhấp trái chuột vo hình thức biểu diễn, ví dụ chọn Balls and Cylinders (kiểu hình cầu v hình trụ) m hình nguyên tử hệ đợc biểu diễn dới dạng hình cầu, liên kết dạng hình trơ nh− sau: H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 Chú ý: HyperChem có kiểu biểu diễn khác: - Sticks: Kiểu que - Balls : Kiểu hình cầu - Overlapping Spheres: Kiểu hình cầu chồng lên - Dots: KiÓu chÊm - Sticks & Dots: KiÓu chÊm - gạch Đặt mầu trang lm việc Để đặt mu nỊn trang lμm viƯc ta lμm nh− sau: NhÊp tr¸i chuét tÝch chän Preferences File menu TÝch chọn mục Window Color hộp thoại Preferences Mu ngầm ®Þnh cho trang lμm viƯc cđa HyperChem lμ mμu ®en: H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 Local minimum Mét cực tiểu mặt lợng hệ phân tử biểu diễn cấu hình thấp Các mặt lợng phân tử có nhiều cực tiểu địa phơng (local minimum), cực tiểu địa phơng nhỏ l global minimum (cực tiểu ton phần) Các tính toán Geometry optimization cã thĨ ®−a ®Õn mét cÊu tróc ë cực tiểu địa phơng Log Một file chứa kết tính toán hoá học v lời giải HyperChem tự động tập hợp thông tin ny ta chän Start Log Menu File (xem Start Log) Tªn file (filename) ngầm định l chem.log v file thờng có phần mở rộng l log Lowest state Trạng thái điện tử thấp độ bội spin riêng biệt; thiết l ground state LUMO Orbital phân tử không định c thấp Điều ny đợc dùng nh điểm dẫn để miêu tả vị trí orbital phân tử no hay orbital ny Các orbital phân tử l tổ hợp tuyến tính orbital nguyên tử (LCAO) Metafile Hình ảnh bao gồm lệnh vẽ Sự chuyển hình metafile không phụ thuộc vo mn hình (monitor), l chuyển thiết bị đầu Ví dụ, ta in mét metafile b»ng m¸y in laser, sù chun l 300 dpi MINDO/3 Bỏ qua có mức độ xen phủ vi phân trung gian, phiên Đây l phơng pháp SCF tính toán học lợng tử bán kinh nghiệm Mở rộng từ INDO, MINDO/3 dùng tham số thích hợp cho kết thực nghiệm, thay tính toán xác Dùng cho phân tử hữu lớn, cation, v hợp chất polynitro Tính toán thuộc tính điện tử, tối u hình học v lợng ton phần Tham khảo: Dewar, M.J.S et al., J Am Chem Soc 97: 1285, 1975 MM+ Phơng pháp chung tính toán học phân tử, phát triển cho phân tử hữu Đây l trờng lực all atom MM+ dựa hm MM2 (77), tác giả l Dr Norman Allinger thuộc đại học Georgia HyperChem ấn định kiểu nguyên tử v tham số giá trị thông thờng l MM2, mở rộng phạm vi hợp chất hoá học m trờng lực ny có thĨ thÝch nghi MM+ më réng MM2 ®Ĩ cho phÐp lựa chọn nh l điều kiện biên tuần hon v động lực học phân tử chung với trờng lực khác Tham khảo: Allinger, N.L., J Am Chem Soc 99:8127-8134, 1977 254 H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 MNDO Giảm bớt bỏ qua xen phủ hai nguyên tử Đây l phơng pháp SCF tính toán học lợng tử bán kinh nghiệm Dùng cho hợp chất hữu khác chứa nguyên tố từ dòng v bảng hệ thống tuần hon, trừ kim loại chuyển tiếp Loại bỏ số lỗi MINDO/3 Tính toán thuộc tính điện tử, tối u hình học, lợng ton phần, v nhiệt hình thnh Tham khảo: Dewar, M.J.S v Theil, W., J Am Chem Soc 99:4899, 1977 Model Builder Tr×nh thuËn tiện HyperChem dùng để dựng mô hình 3D cấu trúc hoá học từ hình vẽ 2D HyperChem dùng quy tắc gắn liền để quy định độ di liên kết, góc liên kết, góc xoắn v hoá lập thể chuẩn Trình xây dựng (Model Builder) quy định kiểu nguyên tử force field hoạt động, v tự động thêm nguyên tử hydrogen thoả mÃn hoá trị cần thiết Có cấu trúc gần v cần lọc geometry optimization Moleculer dynamics Tính toán mô chuyển động nguyên tử hệ phân tử lợng cố định, nhiệt độ cố định, hay với biến đổi nhiệt độ có điều khiển Kết tính toán động lực học phân tử đợc gọi l trajectory (quỹ đạo) HyperChem dùng học phân tử hay phơng pháp học lợng tử bán kinh nghiệm để tính quỹ đạo động lực học phân tử Ta dùng tính toán ny để nhận đợc số lín c¸c tÝnh chÊt vỊ cÊu tróc vμ tÝnh chÊt nhiệt động lực học, bao gồm lần lợt local minimum, lợng khác cấu hình khác nhau, v chế nh đờng phản ứng Molecular mechanics Các phơng pháp khác để tính toán hệ phân tử nh hm toạ độ hạt nhân nguyên tử, bỏ qua xử lý electron Tác động điện tử đợc ngầm định kiểu hm giải tích v trình tham số hoá Tất phơng pháp dùng liệu kinh nghiệm để xác định số lực riêng (ví dụ, số căng liên kết) v thăng (căng tự strain-free) giá trị đại lợng hình học (ví dụ, độ di liên kết) HyperChem cung cấp phơng pháp sau: MM+, AMBER, BIO+ v OPLS Multiplicity Độ bội spin ton phần l 2S + 1, S l tổng spin electron hệ Mỗi electron không cặp đôi tính có spin l +1/2 Các electron cặp đôi có spin thực lμ kh«ng (+1/2 -1/2 = 0) Mét hƯ vá kÝn (closed-shell) có độ bội l (singlet mức đơn) Mét hƯ vá hë (open-shell) cã thĨ cã ®é béi lμ 2, 3, (doublet, triplet, quartet t−¬ng øng), hay cao Dùng giá trị nguyên từ đến HyperChem Named selection Một tập hợp nguyên tử đợc ấn định tên, định giới hạn (POINT, LINE, hay PLANE) hay tên khác di đến 19 ký tự Ta dùng phần lựa chọn đợc đặt tên để lặp lại phần lựa chọn hay để chuyển đến 255 Hớng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 trình đặc biệt (ví dụ, nghịch chuyển-inversion, phản chiếu-reflection, quay-rotation, tính trung bình-averaging v vẽ đồ thị động lực học phân tử, hay đặt kiềm chế (restraints) tính toán) NDO Bỏ qua xen phủ vi phân Đối với tính toán học lợng tử bán kinh nghiệm, l đơn giản hoá loại trừ nhiều tích phân mô tả tơng tác electron Phơng pháp CNDO bỏ qua việc tính toán tất tích phân xen phủ vi phân Các phơng pháp NDO khác (INDO, MNDO/3, MNDO vμ AM1) bá qua mét sè tÝch phân Open shell Một hệ phân tử chứa electron cha kết đôi OPLS Các đợc tối u hoá mô chất lỏng Một phơng pháp học phân tử, hay force field, để tính toán ho¸ häc Ph¸t triĨn cho c¸c protein vμ nucleic acid Nó tơng tự AMBER nhng xem xét tơng tác không liên kết xác Trờng lực ny cung cấp cho miêu tả united atom (nguyên tử liên kết) Orbital Hm mô tả phân bố không gian electron Các orbital nguyên tử mô tả electron nguyên tử Orbital phân tử, bắt nguồn l tổ hợp tuyến tính orbital nguyên tử (LCAO), mô tả electron phân tử Parameter set Đối với trờng lực học phân tử, kinh nghiệm hay lý thuyết nhận đợc từ số lực v giá trị cấu trúc áp dụng cho tổ hợp liên kết xác định nguyên tử (mỗi mô tả atom type) Mỗi trờng lực có nhiều tập hỵp tham sè, nh−ng ta cã thĨ chØ dïng mét tập hợp riêng biệt Với MM+, HyperChem cung cấp tham số chúng sẵn tập tham sè MM2 Víi c¸c tÝnh to¸n b¸n kinh nghiƯm, c¸c file tham sè (cã phÇn më réng lμ abp) chøa giá trị kinh nghiệm cho tích phân tÝnh to¸n PDB Xem Brookhaven Protein Data Bank Periodic box/ boundary conditions Hộp tuần hon l hình lập phơng bao quanh hệ phân tử HyperChem thêm phân tử n−íc chn (TIP3P, c©n b»ng ë 300K vμ atmosphere) ®Ó hép, cung cÊp mét h»ng sè tû träng dung môi Trong tính toán học phân tử, hộp ®−ỵc xem nh− lμ ®−ỵc bao quanh b»ng 26 hép giống hệt (hình ảnh), hộp chứa phân tử giống hệt Các nguyên tử hình chịu lực (biểu lộ chuyển động nh nhau) nh phân tử 256 Hớng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 hộp trung tâm Nếu trình tính toán, phân tử chuyển động ngoi hộp, hạt giống hệt vo từ hộp lân cận Các điều kiện biên tuần hon ny mô hệ liên tục với tỷ trọng phân tử Ta tách loại phân tử nớc, nhng giữ nguyên hộp tuần hon v điều kiện biên, mô mạng tinh thể Với điều kiện biên tuần hon HyperChem, nguyên tử tơng tác với hình ảnh gần nguyên tử khác v không với hình ảnh tính toán học phân tử PLANE Xác định trớc, named selection đồng nguyên tử phần lựa chọn, với mặt phẳng hình thnh bëi trơc qu¸n tÝnh thø nhÊt vμ thø hai cđa nguyên tử đợc chọn Một hệ phân tử có thĨ chØ cã mét lùa chän PLANE riªng biƯt Potential (energy) surface Một biểu đồ nhiều chiều hệ phân tử l hm tất biến số (các độ tự do) hệ (ví dụ, góc liên kết) Mặt phân tử không thẳng có N nguyên tử (lớn 2) có 3N – ®é tù ®éc lËp (6 = ba độ trì quay v ba cho chuyển dịch ton hệ phân tử) Các mặt thờng đợc vẽ biểu đồ hai chiều Mặt 1D biểu diễn lợng liên kết theo độ di Mặt 2D biểu diễn biểu đồ đờng viền lợng l hm hai góc xoắn Những nét quan trọng mặt l cực tiểu với HyperChem định vị tối u hình học v tính toán động lực học phân tử - v điểm yên ngựa, biểu diễn cấu trúc trạng thái chuyển tiếp Quantum mechanics Thuyết lợng đợc hấp thụ hay phát xạ phần rời rạc, gọi l lợng tử Kết l electron di chuyển số orbital giới hạn quanh hạt nhân nguyên tử, v orbital đặc trng lợng xác định Sự chuyển động electron có tính chất hạt v sóng Phơng trình Schrodinger v đạo hm mô tả hon ton hoạt động electron v hạt nhân, v tác động hợp chất hoá học Các tính toán bán kinh nghiệm HyperChem thừa nhận hạt nhân đứng yên v giải gần phơng trình Schrodinger, với liệu kinh nghiệm (các tham số), để dự đoán tính chất electron hệ phân tử Các tính toán ab initio HyperChem giải phơng trình Roothaan (xem computationa Chemistry ) m gần no thêm ngoi việc dùng tập hm hạn chế xác định Chúng bao gồm nhiều hm gần với lời giải phơng trình Schrodinger phơng pháp bán kinh nghiƯm 257 H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 Rendering Biểu diễn kiểu để nhìn hệ phân tử dới hình thức Phiên HyperChem ny cung cấp năm kiểu: Sticks, Disks, Spheres (CDK kiểu mô hình), Dots, vμ Sticks & Dots RHF Thut Hartree-Fock giíi h¹n BiĨu diễn hm sóng với electron có spin cặp đôi (hớng lên v hớng xuống) hạn chế c ngụ orbital phân tử không gian Mỗi orbital không gian chứa electron đơn (spin hớng lên hay spin hớng xuống) RMS gradient Gradient (độ dốc) lợng ton phần đợc tính giá trị bậc hai bình phơng trung bình Gradient (G) l tốc độ biến thiên (đạo hm đầu tiên) lợng ton phần (E) xem xét đến chuyển dời nguyên tử theo hớng x, y v z Từ nguyên tử đến n, GRMS 2 n ⎛ ⎛ ∂E ⎞ ⎛ ∂E ⎞ ⎛ ∂E ⎞ ⎞ ⎜⎜ = ∑ ⎜ ⎜ ∂x ⎟ + ⎜ ∂y ⎟ + ⎜ ∂z ⎟ ⎟ 3n i =1 ⎝ i ⎟ ⎜ i ⎟ ⎜ i ⎟ Đơn vị l kcal/mol Angstrom HyperChem báo giá trị ny cho tính toán geometry optimization v single point Gradient RMS l không cã nghÜa cÊu tróc ë mét local minimum hay ®iĨm yên ngựa mặt năng, không thiết cấu trúc v trạng thái lợng thấp (global minimum) Restraint Restraint để tính toán mạnh cộng với hon lại lực cho nguyên tử đợc chọn Kiềm chế (restraint) áp dụng cho khoảng cách nguyên tử (một hai nguyên tử), góc liên kết (ba nguyên tử), v góc xoắn (bốn nguyên tử) Scale to fit Một mơc Display menu (biĨu diƠn) lÊy tû lƯ c¸c nguyên tử v phân tử nhìn thấy thích vừa với workspace (mn lm việc) Nếu có phần lựa chọn, nguyên tử đợc chọn đợc chiếm đầy mn lm việc Không có phần lựa chọn, HyperChem đặt ton hệ ph©n tư võa víi mμn lμm viƯc SCF Tr−êng tù hợp (Self-Consistent Field) Đây l phơng pháp lặp, dùng tất phơng pháp tính toán học lợng tử NDO, semi-empirical Nó giải thích lợng đẩy electron lời giải phơng trình Schrodinger Phơng pháp SCF hay Hartree-Fock đơn giản hoá bi toán ny việc thừa nhận chuyển động electron l độc lập v electron tơng tác với trờng trung bình electron khác phân tử Trong HyperChem, tất phơng pháp học lợng tử bán kinh nghiệm, ngoại trừ phơng pháp Huckel mở rộng, l phơng pháp SCF 258 Hớng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 Một tính toán SCF bắt đầu việc ớc lợng hm sóng mô tả orbital electron v tơng tác đẩy electron Dựa ớc ®o¸n nμy, HyperChem tÝnh to¸n mét hμm sãng míi vμ so sánh kết với kết ớc đoán HyperChem lặp lại trình ny giá trị ớc đoán v kết hội tụ trở thnh tự hợp. Mỗi lặp lại cải tiến orbital kết đạt đến giới hạn hội tụ (convergence) Script Một tập hợp liệu, lu file với phần mở rộng l scr, để chạy HyperChem Tơng tự nh chơng trình lớn để áp dụng HyperChem viết tập hợp hay độc biến số, truyền lệnh, v lm hoạt động mục menu Dùng trình thu thập chủ đề để tạo file script, sau ®ã dïng menu Script HyperChem ®Ĩ ch¹y mét Script Self-consistent field method Xem SCF Semi-empirical KiĨu tính toán hoá học lợng tử dùng tham số xuất phát từ thực nghiệm để đơn giản hoá trình tính toán Single point Một tính toán xác định lợng ton phần (theo kcal/mol) v gradient hệ phân tử hay nguyên tử đợc chọn Bằng phơng pháp học lợng tử, tính toán điểm đơn xác định phân bố electron (điện tích) hệ Tính toán biểu diễn cấu hình phân tử tại, điểm đơn mặt hệ phân tử Snapshot Ghi điểm đơn theo thêi gian mét m« pháng molecular dynamic Ta cã thể thị HyperChem thực chụp ảnh nhanh (snapshot) khoảng thời gian không đổi trình mô Toạ độ v vận tốc hệ phân tử đợc lu file SNP Ta biểu diễn lại sau ảnh chụp nhanh để xem biến thiên cấu hình hệ, vẽ biểu đồ giá trị liệu, v tính trung bình giá trị liệu Dữ liệu chọn biến số (nh l lợng ton phần hay góc xoắn) đợc lu file CSV Spin density Khả tìm thấy nhiều electron có spin hớng lên electron có spin hớng xuống điểm không gian Đối với hệ vỏ kín, mật độ spin (spin density) l không điểm HyperChem vẽ biểu đồ mật độ spin ton phần cho hệ phân tử sau thực tính điểm đơn, tính toán học lợng tử bán kinh nghiệm hay ab initio Ta dùng biểu đồ mật độ spin hạt nhân để dự đoán kết phæ céng h−ëng spin electron (ESR) Xem Spin pairing vμ multiplicity 259 H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 Spin multiplicity Xem multiplicity Spin pairing Hai electron c− ngô cïng orbital phải đợc cặp đôi v có spin đối nhau, spin hớng lên v spin hớng xuống Các hệ vỏ kính chứa electron kết đôi Các hệ vỏ hở chứa electron không kết đôi Status line Dòng đáy cửa sổ HyperChem biểu diễn thông tin vμ d÷ liƯu 3D surface Xem isosurface Tool Con trỏ để thực nhiệm vụ, nh l vẽ hay dịch chuyển, workspace HyperChem Biểu tợng công cô (Tool icon) ë mét cét hay mét hμng vị trí bên hay bên trái cửa sổ HyperChem Nhấp trái chuột (Lclick) vo biểu tợng công cụ chuyển trỏ chuột thnh công cụ Trajectory Lịch sử chuyển động nguyên tử theo thời gian Thuật ngữ ny thờng đợc áp dụng cho mô Động lực học phân tử (molecular dynamics) Có thể lu đợc file snapshot Translation Dịch chuyển phân tử m không quay Type rules Quy tắc force field, tìm file chem.rul (hay đơng lợng nhị phân nó, typerule.bin), để ấn định kiểu nguyên tử cho nguyên tử hay nhóm nguyên tử riêng UHF Phơng pháp Hartree-Fock không giới hạn Biểu diễn hm sóng cung cấp orbital không gian tách rời với electron có spin hớng lên () v spin hớng xuống () Mỗi orbital v không chứa chứa electron Ta dùng tính toán UHF để tính toán phản ứng phân tách hệ vỏ hở United atom Sự đơn giản hoá force field xem xét nhóm nguyên tử cụ thể (các nguyên tử nặng nh C v N v liên kết hydrogen chúng) l nguyên tử đơn Tổ hợp nguyên tử (united atom) đòi hỏi xử lý kiểu nguyên tử kết hợp tính chất nguyên tử hợp phần v kiểu quy tắc định kiểu ny Biểu diễn tổ hợp nguyên tử l lựa chọn với AMBER v MM+, tự động quy cho nhiỊu nguyªn tư víi OPLS, vμ biĨu diƠn ngầm định cho BIO+ Thuật ngữ khác tổ hợp nguyên tử l nguyên tử mở rộng Lần lợt cho tổ hợp l all atom, biểu diễn nguyên tử tách riêng, với atom type riêng Wave function Xem orbital 260 H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 Window Vùng lm việc mn hình chứa chơng trình phần mỊm (nh− lμ HyperChem) Mét cưa sỉ cã mét tiêu đề đỉnh, chứa tên chơng trình Chỉ cửa sổ hoạt động thời điểm Cửa sổ hoạt động nhận liệu đầu vμo tõ chuét vμ bμn phÝm Mét hép tho¹i lμ mét kiĨu cưa sè Workspace Vïng cưa sỉ chøa d÷ liƯu; víi HyperChem, lμ mét hƯ ph©n tư Z Clipping Xem clipping Zoom Hμm HyperChem phãng to hay thu nhá kÝch cì hƯ ph©n tư mμn lμm viƯc Zwitterion Một phân tử có vùng tính điện âm v điện dơng hình thức Đây l trạng thái bình thờng cđa polypeptide ë pH trung tÝnh dung dÞch, víi nhóm tận lNH3+ v -COO- Polypeptide đợc xây dựng từ liệu HyperChem cha hon thnh, đoạn cuối không tích điện (-N-H v -C-O), nhóm tận đợc sử dụng 261 Hớng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 Bi Bắt đầu sử dụng phần mềm .1 Thanh tiêu đề (title bar) .1 Thanh c«ng lùa chän (menu bar) Thanh biểu tợng công cụ (tool bar) Mμn lμm viÖc (workspace) Dòng trạng tính toán (status line) Trỵ gióp (help) C¸ch sư dơng cht: Sö dông bμn phÝm .2 Các phím tắt khác: .3 Các công cụ quan trọng cộng cụ .3 C¸c thao t¸c trªn HyperChem Më mét file vÝ dô: VÝ dô mở file có đuôi HIN C¸ch sư dơng Display Settings .6 Sư dơng nh·n (Labels) .6 Hình thức biểu diễn phân tử: Thay ®ỉi h×nh thøc biĨu diƠn: Đặt mầu trang lm việc Đặt mu sắc liên kết phân tử 10 Mμu s¾c cđa nguyªn tè .11 Đặt chế độ Copy hình ảnh 12 Tho¸t khái HyperChem 15 Bμi VÏ vμ hiÖu chØnh 16 VÏ nguyªn tư vμ liªn kÕt 16 Chän nguyªn tư (Selecting Atoms) 18 Chän nguyªn tư 20 Chän nhãm nguyªn tư 21 Chän thªm mét nhãm nguyªn tö 21 Chọn hợp phần (Residures) 21 Chọn phân tử (Molecules) .22 Lo¹i bá lùa chän 23 Mμu s¾c biĨu diƠn lùa chän 23 Chän phÇn bï (Complement Selection) .24 Chän theo chuỗi (String) 26 Chän theo sè .26 Tªn phÇn lùa chän (Name Selection) 26 Xoá nguyên tử 27 Xoá nhiều nguyên tử 27 Copy nguyªn tư vμo bé nhí t¹m thêi (Clipboard) 28 Đặt điện tích hình thức cho nguyên tử hƯ 28 262 H−íng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 Đặt điện tích thực .29 Đặt khối lợng nguyên tử 29 Đặt độ di liªn kÕt 29 Đặt xoắn liên kết 30 Đặt nhÃn riêng 30 Đặt kiểu nguyên tö (Atom Type) 30 Thay đổi thuộc tính hình học .30 C−ìng bøc h×nh häc .30 Cỡng độ di liên kÕt 32 C−ìng bøc gãc liªn kÕt 32 C−ìng liên kết xoắn 33 Bi Tạo phân tư nhá kh«ng gian hai chiỊu (2D) vμ ba chiều (3D) 35 Vẽ phân tử không gian hai chiÒu 35 L−u bøc vÏ vμo mét File .36 Thay đổi hình thøc liªn kÕt 36 Biểu diễn nguyên tử dới dạng nhÃn khác 38 Chỉnh sửa nguyên tử 39 Thêm nhanh hydro thiÕu .40 Bμi DÞch chun, quay vμ biĨu diƠn hƯ ph©n tư theo tû lƯ mμn lμm viƯc 42 Hệ toạ độ HyperChem 42 Hệ toạ độ ng−êi quan s¸t 43 Hệ toạ độ phân tử 43 Trơc qu¸n tÝnh 44 Đặt chế độ lm việc cho công cụ 46 Nghịch chuyển (Invert: chuyển (hoá) thnh) .47 Ph¶n chiÕu (Reflect) 48 Dịch chuyển phân tử theo trục xy 49 DÞch chun theo trơc Z 51 Sư dơng c«ng phãng to 51 Đặt phân tử trở lại tâm v biểu diƠn theo tû lƯ 53 Quay phân tử theo phơng XY 53 Quay ph©n tư theo trôc Z .54 Cắt phân tử thnh lát nhá theo trôc Z 55 Cách lm nh sau 56 Dùng dạng nêm (Wedge) để biểu diễn liên kết không gian 58 Bμi Xem thuéc tÝnh cÊu tróc ph©n tư 60 Xem thc tÝnh cđa nguyªn tư .60 Đo độ di liên kÕt .60 Đo góc liên kết .61 §o gãc vỈn 62 263 H−íng dÉn sử dụng HyperChem 7.04 Đo khoảng cách không liên kết 63 Liªn kÕt Hydro .63 Recompute Hydrogen Bonds 64 BiÓu diƠn momen l−ìng cùc .64 Bμi Databases Menu 66 T¹o chuỗi Polypeptide 66 Sư dơng hép tho¹i lùa chän c¸c Amino Axit .66 Tạo dựng v biểu diễn chuỗi Polypeptide 67 Tạo chuỗi 68 T¹o ion l−ìng cùc (Make Zwitterion) 70 Bỏ Ion đuôi (Remove Ionic Ends) 72 Thay monome hợp phần mét amino axit kh¸c .72 C¸c Axit Nucleic 74 Thêm ion trái dấu (Add Counter Ions) 78 Dùng tinh thÓ (Crystal Builder) 79 Các lệnh sử dụng xây dùng tinh thÓ 80 T¹o tinh thĨ kim lo¹i Natri .80 T¹o tinh thĨ NaCl .82 Xây dựng phân tử đờng (Sugar Builder) 83 Dựng chuỗi polymer 84 Tạo polyme cho monome khác 87 C¸c b−íc tạo Polyme nh sau (ví dụ cho butadien) 87 Bμi Lùa chän vμ biÓu diễn nhóm nguyên tử mn lm việc .89 Tạo vòng xoắn ốc alpha 89 Đặt nhÃn cho đầu v đuôi chuỗi 90 Chän liªn kÕt khung .91 Tô mu liên kết khung 93 ChØ biÓu diƠn liªn kÕt khung trªn mμn lμm viƯc 93 Biểu diễn liên kết nhánh (liªn kÕt biªn) .93 Biểu diễn nhóm nguyên tử không chọn .94 Chọn theo hình chữ nhËt 95 Chọn theo hình cầu 96 Đặt tên phÇn lùa chän 97 Chọn liên kết vòng .98 Bi Thao tác với phân tử lớn .99 §äc nguån file d÷ liƯu PDB .99 Loại bỏ phân tử n−íc 100 BiĨu diƠn cÊu tróc ph©n tư 101 BiÓu diƠn cÊu tróc chÝnh .101 Biểu diễn vòng xoắn Alpha 102 BiÓu diễn cầu nối sunfua 103 264 H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 Chän cÊu tróc vßng 105 Thay thÕ hợp phần vị trí đặc biệt 107 Quay nhánh liên kết 108 Bi Cực tiểu hoá lợng hÖ 111 L−u kết tính toán vo Log file 111 Chän tr−êng lùc 112 Dùng cÊu tróc d¹ng ghÕ cđa Xiclohexan 112 §o thuéc tÝnh cÊu tróc cÊu tróc d¹ng ghÕ cđa xiclohexan .114 Tính toán điểm đơn 114 Ghi chó vμo Log file 115 Tèi −u ho¸ cÊu tróc 115 Đặt biến tối u 115 Ch¹y tÝnh to¸n 118 §o thc tÝnh cÊu tróc cđa hƯ ®· tèi −u .118 Chun tõ xiclohexan d¹ng ghÕ sang d¹ng thun 119 Đo khoảng cách c¸c Hydro ë trơc 120 Tối u hoá cấu trúc xiclohexan dạng thuyền .121 Đo lại khoảng cách Hydro trục 121 Tạo cấu trúc dạng thuyền xoắn 122 Tèi u hoá cấu trúc xoắn dạng thuyền .123 Ngõng Log file 123 Bi 10 Cơ học phân tử 124 Bi thực hnh 1: Tạo ion lỡng tính alanin cô lập 125 Phác thảo ion lỡng tính alanin 125 HiƯu chØnh cÊu tróc 126 Đặt điện tích nguyªn tư 127 Chän tr−êng lùc 128 C¸c thμnh phÇn tr−êng lùc 132 Dựng v khảo sát cấu tróc 3D 133 Thực tính toán điểm đơn cho phân tö .135 Tèi −u hoá cấu trúc phân tử cô lập 136 L−u cÊu tróc .137 Bi thực hnh 2: Solvat hoá hệ phân tö 137 Đặt điều kiện biên tuần hon .138 Xác định kích cỡ hép tuÇn hoμn 139 BiĨu diƠn hƯ solvat hãa 139 §iỊu chØnh giới hạn v lựa chọn chất điện môi .140 Tối u hoá phân tử đợc solvat ho¸ 141 Bμi thùc hμnh 3: Sư dơng sù chång chÊt phân tử 141 Xoá phân tử nớc .141 Hỵp nhÊt hai hƯ 142 265 H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 Chång chất phân tử 143 Bμi thùc hμnh 4: Tèi −u m« pháng 145 Đặt biểu diễn lại động lực học 149 Đặt tính trung bình theo động lực học phân tử 151 TiÕn hμnh ®éng lùc häc 153 Tối u hoá lại cấu trúc 154 Bμi thùc hμnh 5: M« pháng Langevin vμ Monte Carlo 155 Phần 1: Động lực häc Langevin .155 Phần 2: Mô Monte Carlo .156 Xem lại kết 157 Bi phơng pháp bán kinh nghiệm 157 Ph−¬ng pháp áp dụng cho nguyên tố: 160 Hép tho¹i lùa chän cho phơng pháp bán kinh nghiệm khác .163 Lựa chọn tơng tác cấu hình 165 Bμi 11 TÝnh to¸n Obital ph©n tư 167 Tạo phân tử nớc 167 Đặt cấu tróc th¼ng trơc .168 Biểu diễn điện tích nguyên tử 169 TÝnh hμm sãng 169 VÏ biĨu ®å thÕ tÜnh ®iƯn 171 Chú thích hộp thoại vẽ biểu đồ thc tÝnh ph©n tư 174 Mơc lùa chän Isosurface Grid hép tho¹i 175 Môc lùa chän Contour Grid 175 Môc Isosurface colors (mu sắc thể tính âm-dơng biểu ®å) 176 VÏ b¶n ®å mËt ®é ®iƯn tÝch toμn phÇn .177 VÏ đồ mật độ spin ton phần .178 VÏ biĨu ®å thÕ chiều (1D) v hai chiều (2D) 183 ThÕ mét chiÒu 183 C¸c lùa chän biĨu diƠn biĨu ®å thÕ 184 ThÕ hai chiÒu 185 L−u ph©n tư 186 Bμi 12: Tơng tác nớc với N-metylaxetamit 187 Tạo phân tử NMA 187 Chun d¹ng cis- sang d¹ng trans-NMA 188 Tèi −u ho¸ cÊu tróc NMA .190 Tính điện tích nguyên tử 191 Solvat ho¸ nhãm Cacbonyl .192 Dịch chuyển phân tử nớc 192 Tèi −u mét tËp hỵp cđa hƯ 193 Tính toán lại liên kÕt Hydro .194 Biểu thị đặc điểm hệ tơng tác 194 266 H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 Bμi 13: Thc tÝnh ®iƯn tư cđa Protein 196 Trớc ta bắt đầu 196 §äc vμ biĨu diƠn ph©n tư 196 Chän vïng ta quan t©m 197 Chọn biên cổ điển lợng tử 199 TÝnh hμm sãng 199 Phần tính toán tuý lý thuyÕt (Ab Initio Calculations) 202 Bμi ThiÕt lËp lùa chän tÝnh to¸n Ab Initio vμ Density Functional 202 Chọn tập hm 202 Lựa chọn cho phơng pháp Ab initio v Density Functional 202 Hép tho¹i lùa chän thªm cho Ab initio vμ Density Functional 204 Lùa chän cao cÊp cho Ab initio vμ Density Functional .205 Lùa chän më réng hm 206 Bμi 14: Sù Proton ho¸ cđa n−íc 208 Đặt để vẽ phân tử .208 Chän tËp hỵp hm để tính .209 Cùc tiĨu ho¸ cÊu tróc 210 Năng lợng Proton hoá 210 Bμi 15: Dao ®éng v trạng thái chuyển tiếp Amoni 212 Tạo Amoni 212 Chọn tập hợp hm b¶n 212 Phân tích dao động Amoni dạng hình chãp, phỉ dao ®éng 213 Tèi −u amoni ph¼ng 214 Phân tích dao động amoni ph¼ng 215 Tìm trạng thái chuyển vectơ đặc trng .217 Tìm trạng thái chuyển tiếp chuyển hoá đồng thời 218 Bi 16: Trạng thái điện tử kích thích thấp cđa Etilen 223 Tèi −u tr¹ng thái Etilen .223 Obital trạng thái Etilen 224 CI vμ phỉ ®iƯn tư cđa Etilen .225 H×nh häc vμ lợng Etilen bội ba 227 Bi 17 Khả phân cực DFT cña H2 229 T¹o H2 229 Chän thÕ tơng tác trao đổi 230 Tính toán DFT điểm đơn tr−êng ®iƯn .232 TÝnh căng phân cực 232 Bμi 18 Chó thÝch 234 Tạo hệ phân tử 234 Chó thÝch kiĨu ch÷ nhËt 234 Chú thích dạng đờng thẳng 237 Chó thÝch kiểu văn .237 267 H−íng dÉn sư dơng HyperChem 7.04 L−u chó thÝch .241 Bμi 19 C¸c File tham sè TNDO 242 Tham số ngầm định CNDO/INDO .242 KiÓm tra tham sè TNDO 243 Copy tham sè TNDO cho tËp hỵp míi .244 HiÖu chØnh tham sè TNDO 244 Chó gi¶i 246 268 ...Hớng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 Bi Bắt đầu sử dụng phần mềm Nhấp chuột vo biểu tợng HyperChem, mn hình lm việc lên nh sau: Thanh tiêu ®Ị (title... định nhấp Revert Đặt chế độ Copy hình ảnh 12 Hớng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 Đây l phần thú vị ta muốn lấy hình ảnh HyperChem chuyển qua trình ứng dụng khác, ví dụ nh trình Word Microsoft Nhấp trái... Databases menu từ ngân hng liệu Protein HyperChem không nhận hợp phần ta vẽ từ nguyên tử Chú ý: Nếu hợp phần no phân tử Residures hoạt động nh Atoms 21 Hớng dẫn sử dụng HyperChem 7.04 Để chọn hợp phần