Små Molekyler
Vi anvender kvantemekaniske metoder til at modellere kemiske reaktioner eller til at komme med forudsigelser om strukturer hvor en nøjagtig beskrivelse af elektrondensiteten er vigtig.
- Short Strong Hydrogen Bonds (SSHB): Vi har været involveret i studier af korte, stærke hydrogenbindinger i mere end ti år. Baseret på DFT beregninger på et modelsystem, benzoylacetone, har vi været i stand til at karakterisere de korte hydrogenbindinger i molekylet som havende delvis kovalent karakter. Vi var iblandt de første til at observere og beskrive dette fænomen, som senere er blevet identificeret i mange andre sammenhænge såsom i nogle faser af is under højt tryk. For nylig analyserede vi denne klasse af bindinger ved hjælp af teorien om "Atoms in Molecules" og konceptet om "the Source Function". Resultaterne afslører at en simple korrelering mellem ?-delokalisering og heteroatomafstand, idet andre faktorer, såsom steriske effekter og aromaticitet kan have indflydelse uden at ødelægge den korte, stærke hydrogenbinding. Dette forslag udfordrer RAHB konceptet.
- Low-Barrier Hydrogen Bonds (LBHB): Serin proteaser har tjent som "slagmarken" for diskussionen om lav-barriere hydrogenbindinger (LBHB) i enzymkatalyse. I det originale forslag blev det foreslået at et sæt af kriterier (pKa-ækvilibrering, skærmning fra solvent) skal opfyldes før dannelse af LBHBer kan forekomme. Vi har udfordret disse spekulative kriterier for dannelsen af LBHBer med hensyn til solvatiseringseffekter ved at modellere effekten af implicit og eksplicit solvatisering. Det var nødvendigt at inkludere d-orbitaler på det centrale hydrogenatom og at inkludere implicit solvent med et lav-dielektrisk medium som i det indre af et protein. Fremtidige studier vil inkludere detaljerede analyser af elektrondensiteten af det molekylære kompleks, heriblandt topologiske analyser og evaluering af "Source" funktionen.
- Transition States i Enzymatiske Reaktioner: QM metoder anvendes til at studere reaktionsveje af enzymatiske reaktioner. Indtil nu har vi benyttet små modelsystemer af det fulde enzym-substrat kompleks, men fremtidige studier vil gøre brug af den bedre QM/MM metode til at inkludere den fulde effekt af proteinet. Enzymer der studeres inkluderer pyruvat decarboxylase, glykogen fosforylase, P-type ATPaser og serin proteaser.
