水溶性自己組み立てカプセルにおけるアルカン複合体のモデリングのための混合明示的-暗示的溶解アプローチ
Henrik Daver1, Andrés G Algarra2, Julius Rebek3,4
1Department of Organic Chemistry, Arrhenius Laboratory , Stockholm University , SE-106 91 Stockholm , Sweden.
Journal of the American Chemical Society
|September 7, 2018
まとめ
計算式化学は,リソルシナレン基のキャビタンズが水中での水害性ゲストをどのように結合するかを正確に予測します. 洗練された溶解モデルは,結合自由エネルギー計算を改善し,1:1および2:1複合体の実験的傾向に匹敵する.
科学分野:
- 超分子化学
- コンピュータ化学
- 物理化学
背景:
- リゾルシナレン基のキャビタンスは水溶性分子で,水嫌性ゲストと宿主-ゲスト複合体を形成することが知られている.
- 実験研究では,これらのカビタンドは,アルカン鎖の長さに依存するステキオメトリーで,n-アルカンで1:1および2:1の複合体に自己組み立てることが示されています.
- これらの結合特性の正確な理論的予測は,水性環境における分子認識を理解するために重要である.
研究 の 目的:
- 水中のリソルシナレンカビタンズの宿主-ゲスト結合特性を予測するための標準量子化学的方法の精度を評価する.
- 既存の計算プロトコルのエラーの源を特定する.
- 結合親和とステキオメトリーの正確な予測のための改良された計算アプローチを開発する.
主な方法:
- ホスト・ゲスト結合を研究するために,密度関数理論 (DFT) の計算を使用した.
- 先進的な計算プロトコル (COSMO-RSと準固形ローター・ハーモニック・オシレータを備えたB3LYP-D3 ((BJ) 6-311+G ((2d,2p)) が最初に評価された.
- 熱中性水クラスタ形成のための水素化自由エネルギーのパラメータ化によって,新しい混合明示的-暗示的溶解プロトコルが開発され,検証されました.
主要な成果:
- 標準的な高度な計算プロトコルは,自由エネルギー結合を予測する上で重大なエラーを示した.
- 体系的な分析により,暗黙の解答モデルが主なエラーの源であることが明らかになった.
- 開発された混合溶解プロトコルは,n-アルケンの実験的な1:1対2:1結合傾向を正確に再現し,大きな改善を示した.
結論:
- 標準の暗黙の溶解モデルは,リソルシナレンのカビタンを含む水溶液における宿主-ゲストの複合性を正確に記述するのに不十分である.
- 洗練された混合明示的-暗示的ソルヴェーションアプローチは,そのようなシステムに対するDFTの予測力を大幅に高めます.
- 改善された方法論は,水中の分子認識プロセスを理解し設計するための信頼できるツールを提供します.
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