目的：说明了根据氢键基序对多晶型结果进行分类的方法。

所用模块：Materials Visualizer、CCDC、Polymorph（可选）、DMol³（可选）

前提条件：绘制简单分子结构的可视化工具（Sketching simple molecules Visualizer）教程

背景

有机物分子晶体中的多晶型既为固化应用、制药开发以及精细和特种化学品行业带来了挑战，也带来了机遇。分子排列的不同会极大影响其性质，例如溶解度、生物利用度和稳定性等。表征和分类堆积方式差异的一种方法是分析氢键拓扑结构或基序。图1给出了一些常见类型氢键基序的示意图。

图1 一些常见氢键基序的示意图

在Materials Studio中，基序被标注为nM[s]，其中M标记基序类型，n是M该类型基序的数量，s是M类型基序的尺寸。CCDC区分以下基序类型，M：

• R=环

• C=无限链

• DC=离散链

• S=分子内接触

• M=分子间接触

本教程讨论由Polymorph计算生成基序信息所需的基本步骤。首先，分子以代表其结构关键特征的官能团来表征。接下来，氢键施主和受主被分配到这些官能团中。当已准备分析分子时，CCDC模块从CSD数据库查询包含已定义官能团的化合物。根据它们的键序信息分析结果的匹配度。最后，分析Polymorph计算的结果，进行评分，并将每个推荐多晶型的基序信息与CSD查询的结果进行比较。

注：基序使用CCDC的CSD(Allen et al., 2002)和Mercury(McRae et al., 2006)功能。这些工具可直接从CCDC获得。

介绍

乙内酰脲是第三次CCDC多晶型预测盲测实验中使用的分子之一(Day et al., 2005)。当使用Polymorph预测乙内酰脲的堆积方式时，将预测实验观察到的晶体结构以及另外两种具有较低晶格能的结构。在本教程中，将使用CCDC基序搜索CCDC Motif Search生成预测氢键基序与已知结构接近程度的统计度量。

本教程包括如下部分：

• 开始

• 绘制乙内酰脲分子结构

• 准备结构并定义官能团和施主/受主位点

• 利用CSD查询相关结构

• 为Polymorph输出分配基序信息，并评分排名靠前的Polymorph结构

注意：为了和本教程中的参数保持一致，可以使用Settings Organizer对话框将项目中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。

1、开始

首先启动Materials Studio并创建一个新项目。

打开New Project对话框，输入hydantoin作为项目名，单击OK按钮。

新项目将以hydantoin为项目名显示于Project Explorer中。

2、绘制乙内酰脲分子结构

在Project Explorer，右键单击工程根目录，并选择New | 3D Atomistic Document。

将新建的结构文档命名为hydantoin-mol。使用绘图工具绘制一个乙内酰脲分子（如下图所示），并通过单击Clean按钮对结构进行初步整理。

乙内酰脲分子结构

3、准备结构并定义官能团和施主/受主位点

在本节中，将使用官能团Functional Groups对话框定义官能团和施主/受主位点。在利用CSD进行查询时，官能团对于定义类似结构的组成至关重要。

从菜单栏中选择Modules | CCDC | Functional Groups，或单击Modules工具栏上的按钮并选择Functional Groups，以打开Functional Groups对话框。

Functional Groups对话框

乙内酰脲分子包含两个等效的施主和受主位点。要运行有意义的CCDC基序搜索，应该选择一个同时包含施主（氧）和受主（氮）位点的官能团。满足这一要求的最小官能团是O=C-N，然而O=C-NH-C片段包含更多的分子拓扑结构。也可以选择整个分子作为官能团。定义的官能团类型将影响从CSD检索的结果，如何定义官能团取决于将如何应用搜索结果。在本教程中，将尝试检索尽可能多的相关结构，以最大化评分函数的统计相关性，对Polymorph结果进行排序。

选择hydantoin-mol.xsd中的O=C-NH片段。在Functional Groups对话框中，确保选择Functional Groups作为Set。单击“将选定的原子添加到集合Add selected atoms to set”按钮，然后单击3D Viewer中的任意位置以取消选择所选部分。

乙内酰脲分子应如下所示：

乙内酰脲分子中的官能团

接下来，将定义施主和受主位点。

在Functional Groups对话框中，将Set更改为受主Acceptors。在定义的官能团中选择氧原子，然后单击Add selected atoms to set按钮。

将Set更改为施主Donors，选择官能团中的氮原子，然后单击Add selected atoms to set按钮。关闭对话框。

【系列教程】

Materials Studio官方教程：CCDC——利用CCDC和粉末衍射实验数据进行晶体鉴定

Materials Studio官方教程：CCDC——Materials Studio和CSD联用【1】

Materials Studio官方教程：CASTEP——利用第一性原理预测BN的芯能级谱【1】

Materials Studio是久负盛名计算模拟软件，问世20余年来，经过不断地迭代优化，使其功能异常强大，极易上手，初学者只需通过简单的参数设置和点击鼠标就能完成DFT计算。其计算可靠性久经考验，备受Nature、Science等顶级期刊认可。

华算科技和Materials Studio官方代理深圳浦华系统联合推出Materials Studio建模、计算、分析课程。课程专为零基础学员设计，沿着理论讲解、模型搭建、性质计算、结果分析层层递进讲解，带你快速入门DFT计算。课程极度注重实操，全程线上直播，提供无限回放，课程群在线答疑。（详情点击下方图片跳转）

识别下方二维码报名，或者联系手机13005427160。