小分子构象搜索

1. 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）和自定义搜索（Custom Search）。

2. 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。

3. 预备知识

3.1 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）。

3.2 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。

4. 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】

5. 平台操作步骤

5.1 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”切换“图标，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】。

5.2 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

   表格给出各构象的编号、能量及比例，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。