Voi disegnate una struttura piana; il sito risponde con forme tridimensionali e una colonna di energie. Questa pagina è ciò che succede nel mezzo — da dove vengono le forme, di che cosa quelle energie sono le energie, e a quali domande non rispondono. Ogni numero qui sotto è uscito da questo sito.
Un disegno dice quali atomi sono legati a quali, non dove si trovano. Ruotare un legame singolo costa qualche kcal/mol — l’ordine di grandezza dell’energia termica disponibile a temperatura ambiente — perciò una molecola in un pallone non è mai una forma ma una popolazione di forme, che si interconvertono miliardi di volte al secondo.
Un conformero è una di esse: una geometria a un minimo della superficie di energia, raggiungibile da qualunque altra ruotando legami singoli e senza mai romperne uno. È quest’ultima clausola a fare tutta la differenza con uno stereoisomero. R e S sono due molecole; il butano anti e il butano gauche sono due volte la stessa molecola.
Prendete quattro atomi legati in fila, A–B–C–D. Guardando lungo il legame B→C, l’angolo di torsione è di quanto bisogna ruotare A per portarlo sopra D. È l’unica coordinata che una ricerca di conformeri muove.
Il conteggio mostrato sopra il visualizzatore segue la regola di OpenChemLib: un legame singolo, non aromatico, fuori anello, le cui due estremità portano più di un vicino non idrogeno, e mai un C–N ammidico. L’O–H di un alcol non è quindi contato — il suo idrogeno è collocato dal minimizzatore, mai campionato — né i legami dell’anello del cicloesano. Il generatore è meno rigoroso: il C–N ammidico lo ruota, ma la banca dati delle torsioni dà a quel legame un solo angolo popolato, perciò l’N-metilacetammide torna come un conformero unico — sei una volta che i passi di 60° sostituiscono la banca dati. Il conteggio fissa il costo, perché le combinazioni si moltiplicano: ogni legame di catena sp³–sp³ apporta tre angoli, perciò i sette legami rotabili dell’n-decano coprono 3⁷ = 2 187 combinazioni e i quindici dello squalene ottanta miliardi.
Una forma di anello è conservata solo se la si attende popolata: sopra l’1 % della popolazione della forma migliore di quell’anello a temperatura ambiente. L’auto-organizzatore scarta anzitutto ogni forma più di due volte più tesa della migliore — secondo il suo stesso punteggio di sovrapposizione, non un’energia. Le superstiti sono rilassate con MMFF94, e ogni forma che finisce più di 2,72 kcal/mol sopra la migliore è scartata anch’essa. OpenChemLib prende 1,36 kcal/mol come un fattore dieci in popolazione — RT ln 10 a 25 °C — perciò 2,72 kcal/mol è un fattore cento. La soglia è fissata dentro OpenChemLib; nessuna impostazione qui la cambia.
Per ogni legame rotabile gli angoli preferiti vengono da una banca dati delle torsioni costruita su strutture cristalline — i dati aperti della Crystallography Open Database: 7 382 ambienti di legame, ciascuno con da uno a ventidue angoli preferiti, la frequenza di ciascuno e la finestra in cui può variare. Un ambiente ignoto è invece previsto a partire dai tipi di atomo.
I passi di 60° buttano via la banca dati e fanno ruotare ogni legame rotabile su una scala cieca — 0°, 60°, 120°, 180°, 240°, 300° — tutti sei egualmente probabili, ciascuno con una finestra di ±20°. È l’opzione onesta quando sospettate che l’a priori cristallografico vi stia orientando, e costa tempo: il butano passa da tre torsioni a sei, e tutte e sei si minimizzano tornando su anti e sui due minimi gauche, perciò l’elenco ne mostra ancora tre.
Ogni candidato è poi costruito e verificato per le collisioni: due atomi non legati fra loro non possono avvicinarsi a meno di 0,9 volte la somma dei loro raggi di van der Waals, e un insieme la cui sovrapposizione supera di più di 3 unità la tensione più bassa vista finora è scartato — quella tensione è la penalità di sovrapposizione propria di OpenChemLib, non un’energia di campo di forze. La strategia è informata di quale coppia è entrata in collisione, perciò smette di proporre quella combinazione. Questa verifica, più la rinuncia delle strategie casuali dopo 64 tentativi falliti di inventare un insieme non già restituito, è la ragione per cui un calcolo può rendere meno conformeri di quanti ne avete chiesti.
Un insieme di torsioni dà una posa plausibile, non una rilassata: lunghezze e angoli di legame sono ancora quelli con cui sono arrivati i frammenti rigidi. MMFF94 è un campo di forze empirico — stiramenti di legame, deformazioni d’angolo, accoppiamento stiramento-deformazione, flessione fuori piano, torsioni, van der Waals ed elettrostatica, con parametri che Halgren ha tarato su dati calcolati e misurati per molecole organiche. Minimizzare fa scendere la geometria finché il gradiente non si appiattisce o il budget di iterazioni non si esaurisce. Rilassa; non cerca, perciò un conformero resta nel suo pozzo.
Tutto quanto precede è un motore di geometria su cui è stato imbullonato un modello a molle. A cosa serve: un punto di partenza per un calcolo vero, una posa per un docking, una figura, un’intuizione di quanto una molecola sia flessibile. Ciò su cui tace decide se un numero uscito da questo sito possa essere usato affatto.
Conformeri in 3D a partire da una struttura che disegnate voi. Questo strumento ha bisogno di JavaScript; queste sono le pagine che offre: