Vous dessinez une structure plane ; le site répond par des formes tridimensionnelles et une colonne d’énergies. Cette page est ce qui se passe entre les deux — d’où viennent les formes, de quoi ces énergies sont les énergies, et à quelles questions elles ne répondent pas. Chaque chiffre ci-dessous est sorti de ce site.
Un dessin dit quels atomes sont liés à quels autres, pas où ils se trouvent. Tourner une liaison simple coûte quelques kcal/mol — l’ordre de grandeur de l’énergie thermique disponible à température ambiante — de sorte qu’une molécule dans un ballon n’est jamais une forme mais une population de formes, s’interconvertissant des milliards de fois par seconde.
Un conformère est l’une d’elles : une géométrie à un minimum de la surface d’énergie, atteignable depuis n’importe quelle autre en tournant des liaisons simples et sans jamais en rompre une. C’est cette dernière clause qui fait toute la différence avec un stéréoisomère. R et S sont deux molécules ; le butane anti et le butane gauche sont deux fois la même molécule.
Prenez quatre atomes liés à la suite, A–B–C–D. En regardant le long de la liaison B→C, l’angle de torsion est de combien il faut tourner A pour l’amener au-dessus de D. C’est la seule coordonnée qu’une recherche de conformères déplace.
Le compte affiché au-dessus du visualiseur suit la règle d’OpenChemLib : une liaison simple, non aromatique, hors cycle, dont les deux extrémités portent plus d’un voisin non hydrogène, et jamais un C–N amide. Le O–H d’un alcool n’est donc pas compté — son hydrogène est placé par le minimiseur, jamais échantillonné — ni les liaisons du cycle du cyclohexane. Le générateur est moins strict : il tourne bien le C–N amide, mais la base de données de torsions ne donne à cette liaison qu’un seul angle peuplé, si bien que le N-méthylacétamide revient comme un conformère unique — six une fois les pas de 60° substitués à la base. Le compte fixe le coût, parce que les combinaisons se multiplient : chaque liaison de chaîne sp³–sp³ apporte trois angles, si bien que les sept liaisons rotatives du n-décane couvrent 3⁷ = 2 187 combinaisons et les quinze du squalène quatre-vingts milliards.
Une forme de cycle n’est conservée que si on l’attend peuplée : au-dessus de 1 % de la population de la meilleure forme de ce cycle à température ambiante. L’auto-organisateur écarte d’abord toute forme plus de deux fois plus contrainte que la meilleure — selon son propre score de recouvrement, pas une énergie. Les survivantes sont relaxées avec MMFF94, et toute forme qui finit plus de 2,72 kcal/mol au-dessus de la meilleure est écartée aussi. OpenChemLib prend 1,36 kcal/mol pour un facteur dix en population — RT ln 10 à 25 °C — de sorte que 2,72 kcal/mol est un facteur cent. Le seuil est fixé dans OpenChemLib ; aucun réglage ici ne le change.
Pour chaque liaison rotative, les angles préférés viennent d’une base de données de torsions construite sur des structures cristallines — les données ouvertes de la Crystallography Open Database : 7 382 environnements de liaison, chacun avec un à vingt-deux angles préférés, la fréquence de chacun et la fenêtre dans laquelle il peut varier. Un environnement inconnu est prédit à partir des types d’atomes.
Les pas de 60° jettent la base de données et font tourner chaque liaison rotative sur une échelle aveugle — 0°, 60°, 120°, 180°, 240°, 300° — les six également probables, chacun avec une fenêtre de ±20°. C’est l’option honnête quand vous soupçonnez l’a priori cristallographique de vous orienter, et elle coûte du temps : le butane passe de trois torsions à six, et les six se minimisent en revenant sur anti et les deux minima gauche, si bien que la liste en montre toujours trois.
Chaque candidat est ensuite construit et vérifié pour les collisions : deux atomes non liés l’un à l’autre ne peuvent pas s’approcher à moins de 0,9 fois la somme de leurs rayons de van der Waals, et un jeu dont le recouvrement dépasse de plus de 3 unités la plus faible contrainte vue jusque-là est écarté — cette contrainte est la pénalité de recouvrement propre à OpenChemLib, pas une énergie de champ de forces. La stratégie est informée de la paire qui est entrée en collision, et cesse donc de proposer cette combinaison. Cette vérification, plus l’abandon des stratégies aléatoires après 64 échecs à inventer un jeu qui n’a pas déjà été rendu, est la raison pour laquelle un calcul peut rendre moins de conformères que demandé.
Un jeu de torsions donne une pose plausible, pas une pose relaxée : longueurs et angles de liaison sont encore ceux avec lesquels les fragments rigides sont arrivés. MMFF94 est un champ de forces empirique — élongations de liaison, déformations d’angle, couplage élongation-déformation, flexion hors-plan, torsions, van der Waals et électrostatique, avec des paramètres que Halgren a ajustés sur des données calculées et mesurées pour des molécules organiques. Minimiser fait descendre la géométrie jusqu’à ce que le gradient s’aplatisse ou que le budget d’itérations soit épuisé. Cela relaxe ; cela ne cherche pas, si bien qu’un conformère reste dans son puits.
Tout ce qui précède est un moteur de géométrie sur lequel on a boulonné un modèle de ressorts. Ce à quoi il est bon : un point de départ pour un vrai calcul, une pose pour un docking, une figure, une intuition de la souplesse d’une molécule. Ce sur quoi il se tait décide si un chiffre issu de ce site peut être utilisé du tout.
Des conformères en 3D à partir d’une structure que vous dessinez. Cet outil a besoin de JavaScript ; voici les pages qu’il propose :