Część A wprowadzenie do programu Mercury

Transkrypt

1 Część A wprowadzenie do programu Mercury Mercury program graficzny do wizualizacji i analizy geometrii cząsteczek i kryształów. Zbiory wejściowe do tego programu o rozszerzeniu res, cif (mol lub pdb) zawierają wszystkie niezbędne informację o położeniu atomów oraz geometrii sieci. Po wejściu do programu i odczytaniu danych strukturalnych z w/w zbiorów (File Open) lub wybraniu struktury z krystalograficznej bazy danych (patrz Rys. 5 i strona 4)- CSD 1 - na ekranie otrzymamy rysunek cząsteczki, na którym atomy poszczególnych typów są zaznaczone kolorami im przypisanymi (Rys. 1). Rys. 1 Inne widoczne na Rys. 1 opcje pozwalają m. in. na: uzyskanie większej ilości informacji o strukturze (More Info), np. dane krystalograficzne (Structure Information), wzór strukturalny (Chemical Diagram), długości wiązań (Bond List), sprawdzenie nazw atomów etykiet (Label atoms), sprawdzenie wartości długości wiązań (Bond List), kątów walencyjnych i torsyjnych, zaznaczanie atomów, rozbudowywanie struktury, itd... (Picking Mode...), (Bond List). Na Rys. 2 przedstawiono wykorzystanie opcje menu do zmiany reprezentacji graficznej cząsteczek: kreski (pokazane), cylindry, kulki-patyczki (pokazane), sfery van der Waalsa (pokazane) i elipsoidy drgań termicznych, (Display Styles Wireframe / Stick Ball and stick / Spacefill / Ellipsoid) oraz zmiany kolorów atomów, tła, itp. (Display Colours Atoms/Bonds...). Innymi funkcjami programu są (Calculate Centroids) i (Calculate Planes), Rys. 3; pierwsza z nich umożliwia zdefiniowanie środka geometrycznego dla podzbioru wybranych atomów, druga natomiast pozwala na wyznaczenie płaszczyzny przechodzącej przez dane atomy (Mean plane), bądź płaszczyzny sieciowej o zadanych wskaźnikach (hkl). 1 Cambridge Structural Database krystalograficzna baza danych, w której każdej strukturze przypisany jest tzw. refkod - 1 -

2 Rys. 2 Rys

3 Sposób upakowania (ułożenia) cząsteczek w sieci krystalicznej możemy analizować uaktywniając opcję (Packing) (Rys. 4). Uzyskamy wtedy programowo wygenerowane upakowanie cząsteczek w obrębie jednej komórki elementarnej. Stosują opcje menu (Calculate Packing/Slicing...) możemy rozbudowywać upakowanie np. w wybranych kierunkach krystalograficznych. Widok komórki (obrys komórki) elementarnej uzyskamy opcją (Show cell axes), ustawienie komórki wzdłuż danego kierunku krystalograficznego, obrót kryształu, powiększenie/pomniejszenie rysunku dostaniemy stosując funkcje (a b c a* b*...itd...)-pasek programu. Powrót do wyjściowego położenia i rysunku cząsteczki umożliwia opcja (Reset), Rys. 4 i 5. Rys. 4 szukanie stuktury o danym refkodzie refkody struktur z CSD Rys

4 Aby przeanalizować np. stereochemię cząsteczki/strukturę kryształu z CSD (Databases...) o znanym refkodzie (kod, pod którym cząsteczka zapisana jest w bazie), należy ją odnaleźć wśród wszystkich struktur poprzez wpisanie jej identyfikatora do odpowiedniego pola (Rys. 5); uzyskujemy wtedy wszystkie informacje o strukturze, które są zawarte w bazie. Możemy także wczytać do programu dane dowolnej struktury (nie zawartej w bazie) jeśli są one zapisane w postacie jednego ze zbiorów: res, cif (mol lub pdb), korzystamy wtedy z opcji menu (File Open...). Istotną funkcją tego programu jest możliwość określenia jakościowego i ilościowego oddziaływań między- i wewnątrzcząsteczkowych (wiązania wodorowe i inne oddziaływania), stosując bądź parametry standardowe programu (Short Contact, H-Bond), bądź też zdefiniowane według własnych potrzeb (Contacts). Po wyborze jednej z w/w opcji zostaną wygenerowane oddziaływania widoczne na ekranie w postaci przerywanej lini (Rys. 6). Na niebiesko zaznaczone są oddziaływania od kompletnych cząsteczek, a na czerwono oddziaływania ze zdefiniowanym jedynie donorem lub akceptorem drugiej czasteczki. Poszerzenie struktury kryształu o cząsteczki oddziaływujące ze sobą uzyskamy klikając na pojedyncze atom przy aktywnej opcji (Picking Mode Expand Contacts). Wyznaczone parametry oddziaływań międzycząsteczkowych (D...A, H...A, DHA) wraz z zależnościami symetrycznymi między atomami są dostępne jako tabela poprzez opcje (More Info Contacts List...). Rys. 6 Istniej możliwość własnego definiowania oddziaływań międzycząsteczkowych (jakościowego i ilościowego), Rys. 6a. Korzystamy wtedy z opcji (Contacts...) dostępnej z różnych poziomów, a następnie opcją (Edit...) przechodzimy do okna (Define H-bonds), w którym możemy m. in. określić typy donorów/akceptorów, odległość donor...akceptor, rodzaj oddziaływania (wewnątrz- czy międzyczasteczkowe)

5 Rys. 6a Informacje o wybranej strukturze można zapisać albo w zbiorze o standardowym rozszerzeniu programowym, tj. mryx (zachowane zostaną wtedy m. in. wyznaczone wiązania wodorowe, prezentacje atomów, wyznaczone płaszczyzny i in.) albo w zbiorach krystalograficznych res lub cif (nie zostaną wtedy zapisane zmiany edycyjne i wyznaczone parametry) (File Save As...). Istnieje także możliwości utworzenia pliku graficznego bmp, jpg, tif i inne. (File Save As...) Rys. 7 Dostęp do najistotniejszych opcji programu uzyskamy także klikając prawym przyciskiem myszy na ekran programu (Rys. 7). Używając myszy możemy także obracać, powiększać obraz (prawy, lewy przycisk). Niektóre funkcje programu możemy wywołać na kilka sposobów nie wszystkie możliwości są opisane powyżej. Autor: dr Irena Wawrzycka-Gorczyca

6 Zagadnienia teoretyczne obowiązujące do ćwiczeń Ćwiczenie 2 Parametry strukturalne: długość wiązania, kąt walencyjny, kąt torsyjny. Liczby i wielościany koordynacyjne. Konformacja (układy cykliczne i acykliczne) Ćwiczenie 3 Struktura zbioru *.res. Płaszczyzny i proste sieciowe (sposób wyznaczania). Konformacja (układy cykliczne i acykliczne). Ćwiczenie 4 Struktura zbioru *.cif. Polimorfizm. Promienie van der Waalsa. Część symetrycznie niezależna: Z i Z. Ćwiczenie 5 Wiązanie wodorowe. Typy asocjacji cząsteczek poprzez wiązania wodorowe. Hydraty, solwaty (układy gość...gospodarz). Komplementarność wiązań wodorowych