[發明專利]提取β-CD主客體體系代表性構象的MD/QM/CSM方法

有效

• 申請號: 202110337800.2
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113129997B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 劉瀟;周寶晶
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G16B15/00
• 分類號: G16B15/00;G06K9/62
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發明公開了一種提取β?CD主客體體系代表性構象的MD/QM/CSM方法。所述方法包括：(1)計算主體分子的拓撲結構和RESP電荷；(2)計算客體分子的拓撲結構和RESP電荷；(3)構建主客體復合物的初始構象；(4)篩選主客體復合物、主體分子和客體分子的優勢構象；(5)對主客體復合物優勢構象進行ECD計算，與ICD實驗相對照，確定篩選結構的準確性；(6)將主客體復合物、主體分子和客體分子的優勢構象共采用QM/CSM方法計算包合自由能，計算值與實驗值進行線性相關性分析。本發明能準確的提取主客體復合體系的代表性構象，為包合自由能計算提供了準確的結構模型，同時計算了真空中的包合自由能和溶劑效應，使主客體體系包合自由能的計算更為完善，為實驗提供指導。

技術領域

本發明屬于超分子主客體體系的理論計算領域，涉及一種提取β-CD主客體體系代表性構象的MD/QM/CSM方法。

背景技術

N-甲基氨基甲酸酯類殺蟲劑在農業中使用廣泛，以消滅各種可能毀壞農作物的害蟲，提高農產品質量。但其使用過程中對人類健康構成了威脅，因此需要簡單、快速和靈敏的方法來量化該殺蟲劑的殘留。由于在有機介質中加入這類農藥分子具有強烈的熒光信號，在測定其殘留時，將這類農藥分子加入到β-環糊精(β-CD)介質中能夠很好的快速測定其含量。

β-CD及其衍生物具有“內疏水，外親水”的性質，可以與不同的客體分子進行包合，從而改善客體分子的溶解度、生物利用度等。分析β-CD主客體復合物的結構與復合機理對于深刻理解發生在該系統中的分子識別現象具有重要意義。而隨著計算機的發展和人們對計算方法的不斷探索，理論計算起著越來越重要的作用，為實驗數據提供了可靠的理論支持，對設計新型超分子材料提供了新的視角。

用于預測主客體包合能力的理論計算方法有很多種。近年來Gilson等人組織了SAMPL(Statistical Assessment of the Modeling of Proteins and Ligands)系列研究，對常用的計算主客體包合自由能的理論方法進行了全面評估。他們在SAMPL研究結果匯總中指出，大多數方法能計算出主客體包合自由能變化的大趨勢，但它們依然存在精確性問題，理論計算值要么與實驗測量值的線性相關度不高、要么有較大的均方根誤差，同時計算方法的普適性和可移植性仍存在較大問題(J Comput Aided Mol Des,2017,31(1):1-19)。Kessler等使用DFT，PMF(potential of mean force)和MD-WHAM(weighted histogramanalysis method with molecular dynamics simulations)方法計算了5種主體分子對同一客體分子的包合自由能。他們發現，DFT方法的計算結果和實驗值的線性相關度高，但均方根誤差大；對于PM6-DH2X方法，其計算值與實驗值的均方根誤差小于DFT方法，但對不同主客體復合物的相對穩定性的排序存在錯誤；而使用MD-WHAM進行計算時，計算值和實驗值的均方根誤差最小，但也無法對不同主客體復合物的相對穩定性進行正確排序(Journalof Computational Chemistry,2012,33(29):2310-2317)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種提取β-CD主客體體系代表性構象的MD/QM/CSM方法。

實現本發明的目的技術解決方案為：

提取β-CD主客體體系代表性構象的MD/QM/CSM方法，包括以下步驟：

(1)將主體分子β-CD采用q4md-CD力場，得到β-CD的拓撲結構和在HF/6-31G*水平上計算得到RESP電荷；

(2)將N-甲基氨基甲酸酯類客體分子采用GAFF力場，得到客體分子的拓撲結構和在HF/6-31G*水平計算得到RESP電荷；

(3)調節步驟(1)中經過電荷和拓撲計算后的主體分子，與步驟(2)中經過電荷和拓撲計算后的客體分子的取向，構建主客體復合物的初始構象；