Chương 4 Kết quả
4.1 Kết quả mơ phỏng cấu trúc và HOMO của phân tử adenine
Adenine cĩ hai dạng tautomer: amino và imino. Trong phần này, chúng tơi sẽ xây dựng lại cấu trúc tối ưu và HOMO của hai tautomer cùng với cấu trúc chuyển tiếp trong quá trình tautomersim của phân tử.
Phương pháp xác định cấu trúc tối ưu hĩa của một phân tửđược gọi là tối ưu hĩa cấu trúc. Mục đích của việc tối ưu hĩa là để tìm ra một cách sắp xếp các nguyên tử sao cho phân tửđạt trạng thái bền nhất. Phân tửđạt trạng thái bền nhất khi năng lượng của nĩ cực tiểu. Do đĩ, để tối ưu hĩa cấu trúc của một phân tử, ta phải tính năng lượng của hệ tương ứng với các thơng số cấu trúc của hệ như chiều dài liên kết, gĩc liên kết và kiểm tra xem trạng thái nào đạt giá trị năng lượng nhỏ nhất. Trong Gaussian, ta cĩ thể xây dựng cấu trúc hình học giảđịnh của phân tử, sau đĩ sẽ chạy chương trình và cho ta một cấu trúc hình học mới phù hợp hơn. Chúng tơi đã sử dụng mơ hình tính tốn thiết lập gồm phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ DFT với hệ hàm cơ sở 6-31G+(d,p). Để thiết lập cấu trúc giả lập ban đầu của phân tử, tác giả sử dụng phần mềm Gaussview.
Sau khi chạy tối ưu hĩa cấu trúc phân tử, tác giả sẽ thu được các thơng tin cấu trúc như gĩc, khoảng cách giữa các hạt nhân trong phân tử. Kết quả mơ phỏng cấu trúc adenine đã tối ưu hĩa được thể hiện bằng hình vẽ sau đây.
Hình 4.1:Ba trạng thái của phân tử adenine: (a) Trạng thái imino; (b) Trạng thái chuyển tiếp; (c) Trạng thái amino.
Để cĩ thể thấy được độ chính xác trong phương pháp sử dụng chúng tơi so sánh với số liệu thực nghiệm thu được cho cấu trúc của phân tử adenine ở trạng thái amino.
Bảng: So sánh kết quả các thơng số cấu trúc của adenine Khoảng cách Thực nghiệm. Tán xạ tia X (Å) Gaussian 03W DFT/6-31G+(d,p) (Å) Sai số (%) N1-C2 1.339 1.344 0.373 C2-N3 1.331 1.337 0.451 N3-C4 1.344 1.339 0.372 C4-C5 1.383 1.399 1.157 C5-C6 1.406 1.412 0.427 C6-N1 1.351 1.346 0.370 C5-N7 1.388 1.386 0.144 N7-C8 1.311 1.312 0.076 C8-N9 1.373 1.381 0.583 N9-C4 1.374 1.378 0.291 C6-N10 1.335 1.354 1.423
Gĩc Thực nghiệm (độ) Gaussian 03W (độ) Sai số (%)
C6-N1-C2 118.6 118.649 0.041 N1-C2-N3 129.3 128.558 0.574 C2-N3-C4 110.6 111.392 0.716 N3-C4-C5 126.8 126.772 0.022 C4-C5-C6 117.0 115.977 0.874 C5-C6-N1 117.7 118.651 0.808 C4-C5-N7 110.7 111.335 0.574 C5-N7-C8 103.9 104.104 0.196 N7-C8-N9 113.8 113.273 0.463 C8-N9-C4 105.8 106.768 0.915
Dựa vào bảng trên, tác giả nhận thấy giá trị sai số lớn nhất của cấu trúc mơ phỏng và cấu trúc thu từ thực nghiệm cĩ giá trị lớn nhất là 1.437%. Đây là giá trị cho phép trong vật lí, điều này cho thấy
phương pháp sử dụng để mơ phỏng là đáng tin cậy và sẽ được sử dụng cho các bước nghiên cứu kế tiếp.
Từđây, tác giả nhận thấy cĩ thể sử dụng mơ hình hĩa học tính tốn như sau để tiến hành nghiên cứu luận văn:
Phương pháp tính tốn: DFT sử dụng hiệu chỉnh Gradient (B3LYP) Hệ hàm cơ sở: 6-31G+(d,p)
Theo mơ hình 3 bước Lewenstein, lade chỉ tương tác với HOMO của phân tử và phát xạ HHG do đĩ ta cần cĩ những thơng tin về HOMO của phân tử. Từ cấu trúc được tối ưu hĩa của adenine, tác giả tiếp tục sử dụng phương pháp trên để cĩ được thơng tin về HOMO của phân tử adenine. Sau đây là hình ảnh HOMO của các trạng thái:
(a) (b) (c)
Hình 4.2:HOMO ba trạng thái của phân tử adenine: (a) Trạng thái imino; (b) Trạng thái chuyển tiếp; (c) Trạng thái amino.
Từ hình ảnh HOMO của ba trạng thái dễ dàng nhận thấy HOMO của ba trạng thái gần như giống nhau hồn tồn, khơng thể phân biệt rõ ràng được. Sử dụng các cấu trúc đã tối ưu hĩa này, chúng tơi tiến hành mơ phỏng quá trình tautomerism của phân tử bằng cách tính tốn mặt thế năng và đường phản ứng hĩa học của phân tử.