{"id":243,"date":"2019-04-13T08:37:33","date_gmt":"2019-04-13T06:37:33","guid":{"rendered":"http:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/?page_id=243"},"modified":"2019-04-13T12:22:52","modified_gmt":"2019-04-13T10:22:52","slug":"tp-l3-seance-3","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/enseignements\/tp-l3-seance-3\/","title":{"rendered":"TP L3 &#8211; S\u00e9ance 3"},"content":{"rendered":"<p><span style=\"color: #ff6600;\"><strong>R\u00e9activit\u00e9 chimique et recherche d&rsquo;\u00e9tats de transitions<\/strong><\/span><\/p>\n<p>Date: Octobre 2019<\/p>\n<p>S. Steinmann, P. Clabaut, C. Michel and E. Dumont<\/p>\n<p><em> Le but de cette session est d&rsquo;acqu\u00e9rir les bases pour mod\u00e9liser la r\u00e9activit\u00e9: recherche conformationnelle, d\u00e9termination d&rsquo;\u00e9nergie de r\u00e9action, d\u00e9termination d&rsquo;\u00e9nergie d&rsquo;activation, construction d&rsquo;un profil \u00e9nerg\u00e9tique, comparaison de niveaux de calculs.<\/em><\/p>\n<p>Nous utiliserons le programme <tt>Gaussian<\/tt> (<a href=\"http:\/\/www.gaussian.com\/g_tech\/g_ur\/g09help.htm\">online manual<\/a>).<br \/>\nLa pr\u00e9paration des fichiers d&rsquo;entr\u00e9e et la visualisation des g\u00e9om\u00e9tries, fr\u00e9quences, etc. se fera avec <tt>Avogadro<\/tt>.<\/p>\n<p>Ce TP se base sur l&rsquo;article suivant: <a href=\"https:\/\/pubs.rsc.org\/en\/content\/articlelanding\/2018\/qo\/c8qo00424b#!divAbstract\"> S. Shu et al. Org. Chem. Front. 2018, 5, 2148. <\/a><\/p>\n<p>Nous allons \u00e9tudier la r\u00e9action d&rsquo;addition d&rsquo;un \u00e9nol sur une imine pour former une base de Mannich (cf. Scheme 1 de l&rsquo;article).<\/p>\n<ul>\n<li><a href=\"#isoval\">Recherche conformationnelle sur l&rsquo;isovalerald\u00e9hyde et son \u00e9nol<\/a><\/li>\n<li><a href=\"#reaction\">D\u00e9termination d&rsquo;\u00e9nergie de r\u00e9action<\/a><\/li>\n<li><a href=\"#TS\">D\u00e9termination d&rsquo;\u00e9nergie d&rsquo;activation <\/a><\/li>\n<li><a href=\"#cat\">Catalyse organique <\/a><\/li>\n<li><a href=\"#sol\">Influence des choix de calcul<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<p>La premi\u00e8re \u00e9tape de la recherche d&rsquo;un profil r\u00e9actionnel complet consiste \u00e0 d\u00e9terminer la conformation la plus stable de chacun des r\u00e9actifs afin de former une r\u00e9f\u00e9rence \u00e9nerg\u00e9tique \u00e0 laquelle on comparera les \u00e9nergies des diff\u00e9rents \u00e9tats de transitions, interm\u00e9diaires r\u00e9actionnels et produits.<\/p>\n<p><a name=\"isoval\"><\/a><br \/>\n<span style=\"color: #008000;\"><strong><span class=\"subcategory\"> 1. Recherche conformationnelle sur l&rsquo;isovalerald\u00e9hyde et son \u00e9nol<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n<p>On construira tout d&rsquo;abord diff\u00e9rentes conformations avec Avogadro du premier r\u00e9actif: l&rsquo;isoval\u00e9rald\u00e9hyde mais aussi de l&rsquo;\u00e9nol correspondant qui va \u00eatre la forme r\u00e9active que l&rsquo;on va consid\u00e9rer. On optimisera ensuite avec Gaussian ces structures. En particulier pour l&rsquo;\u00e9nol, listez les formes E et Z et faites varier la position du H de l&rsquo;hydroxyle. Vous pouvez travailler en groupe et vous partager les calculs (utiliser le \/scratch).<\/p>\n<p>Ci-dessous l&rsquo;en-t\u00eate du fichier d&rsquo;entr\u00e9e \u00e0 utiliser pour optimiser la g\u00e9om\u00e9trie au niveau semi-empirique PM6 et obtenir les fr\u00e9quences au m\u00eame niveau (indispensable pour d\u00e9terminer enthalpie et enthalpie libre).<\/p>\n<pre>#n PM6 Opt Freq\r\n\r\nOptimization of isovaleraldehyde at PM6\r\n\r\n0,1\r\n[xyz formated coordinates]\r\n<\/pre>\n<p>Collectez les \u00e9nergies obtenues ainsi que l&rsquo;enthalpie et l&rsquo;enthalpie libre et commencez \u00e0 remplir le fichier <a href=\"http:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/TP_M1_analyse_reactivite_etudiants.ods\">suivant<\/a>. Quelle est la conformation la plus stable parmi tous les isom\u00e8res de ce r\u00e9actif ? Au vu de ce r\u00e9sultat, quelle \u00e9tape doit pr\u00e9c\u00e9der la r\u00e9action ? Cette premi\u00e8re \u00e9tape est-elle identique dans les chemins r\u00e9actionnels menant aux diff\u00e9rents produits possibles ?<\/p>\n<p><a name=\"reaction\"><\/a><br \/>\n<strong><span class=\"subcategory\"><span style=\"color: #008000;\">2. D\u00e9termination d&rsquo;\u00e9nergie de r\u00e9action<\/span> <\/span><\/strong><\/p>\n<p>Poursuivez ensuite la recherche des enthalpies libres pour le second r\u00e9actif et pour le produit en optimisant l&rsquo;imine (en conformation E et Z) et trois des quatre produits possibles (syn , anti et ena-anti ). Continuez \u00e0 compl\u00e9ter le tableur fourni. Quelle est la r\u00e9action la plus favoris\u00e9e thermodynamiquement? Notez-vous quelque chose d&rsquo;\u00e9tonnant en ce qui concerne les \u00e9nergies des diff\u00e9rents produits ? Expliquez.<\/p>\n<p><a name=\"TS\"><\/a><br \/>\n<span class=\"subcategory\" style=\"color: #008000;\"><strong> 3. D\u00e9termination d&rsquo;\u00e9nergie d&rsquo;activation<\/strong> <\/span><\/p>\n<p>D\u00e9terminons l&rsquo;\u00e9tat de transition correspondant \u00e0 l&rsquo;addition nucl\u00e9ophile de l&rsquo;\u00e9nol sur l&rsquo;imine pour obtenir le produit anti. L&rsquo;id\u00e9e que nous allons appliquer ici est que la r\u00e9action se fait majoritairement le long d&rsquo;une coordonn\u00e9e r\u00e9actionnelle qui correspond \u00e0 l&rsquo;\u00e9longation ou au r\u00e9tr\u00e9cissement d&rsquo;une unique liaison, celle qui est form\u00e9e durant la r\u00e9action. On va donc partir du produit recherch\u00e9 et forcer l&rsquo;allongement de cette liaison. Au cours de cette \u00e9longation, on va chercher un maximum \u00e9nerg\u00e9tique et consid\u00e9rer qu&rsquo;il est proche de l&rsquo;\u00e9tat de transition entre notre produit et les r\u00e9actifs.<\/p>\n<ol>\n<li>Identifiez les labels des atomes correspondant \u00e0 la liaison C-C qui a \u00e9t\u00e9 form\u00e9e au cours de l&rsquo;addition: C#n1 et C#n2.<\/li>\n<li>Mesurez cette liaison: C-C = &#8230; \u00c5 dans la structure optimis\u00e9e du produit anti.<\/li>\n<li>Nous allons \u00e9tirer cette liaison petit \u00e0 petit pour obtenir le profile d&rsquo;\u00e9nergie en fonction de cette distance en effectuant une succession d&rsquo;optimisation de g\u00e9om\u00e9tries contraintes en utilisant le fichier d&rsquo;entr\u00e9e suivant dans lequel les carbones sont les carbones 3 et 25 et la distance est augment\u00e9e 10 fois par pas de 0.15 \u00c5<\/li>\n<\/ol>\n<pre>#n PM6 Opt=ModRedundant\r\n\r\nScan on the CC distance in anti at PM6\r\n\r\n0,1\r\nO        1.0752816416     -0.5525011865      1.7847107117\r\nC        1.8264688238      0.3648152908      1.3777133286\r\nC        1.1741686624      1.5749360913      0.7081125011\r\nH        2.9065630206      0.2577869592      1.3385155119\r\nC        2.0688310043      2.8425594003      0.9265083132\r\nC        2.2447469616      3.1583544699      2.4213550846\r\nC        1.5148058700      4.0934244533      0.2339011978\r\nH        3.0700678430      2.6525087346      0.5180384819\r\nH        1.2787933585      3.3512033853      2.9001588505\r\nH        2.7333871405      2.3376874318      2.9552380569\r\nH        2.8722514438      4.0461250098      2.5578027169\r\nH        1.5513569821      4.0028156728     -0.8551735303\r\nH        0.4785710101      4.2851400144      0.5307582163\r\nH        2.1095387152      4.9766623028      0.4927944904\r\nC       -3.5505285951      1.7288336789     -0.5417501573\r\nC       -2.1557900819      1.6340694553     -0.6560370936\r\nC       -1.5299894913      0.3948180644     -0.7917305695\r\nC       -2.3516565385     -0.7401772770     -0.8472699065\r\nC       -3.7455550656     -0.6527751946     -0.7457377431\r\nC       -4.3528611669      0.5883341173     -0.5842592112\r\nH       -4.0080248503      2.7047914635     -0.4080003621\r\nH       -1.5786557633      2.5497274999     -0.6016462526\r\nH       -1.8877467419     -1.7172965690     -0.9671193865\r\nH       -4.3116739619     -1.5750567712     -0.7919146919\r\nC        0.8379695161      1.2959285958     -0.7957253984\r\nN       -0.1565406780      0.1950719095     -0.9375820821\r\nC        2.1292284294      0.9712056078     -1.5734202784\r\nO        2.8763310649      1.8313479191     -2.0385181218\r\nO        2.3718361745     -0.3683659101     -1.6670534145\r\nC        3.6661023749     -0.7097775123     -2.1588707369\r\nC        3.8736485629     -2.1964321602     -1.9450921671\r\nH        4.4386591239     -0.1535197465     -1.6152349291\r\nH        3.7250414850     -0.4730280767     -3.2264938197\r\nH        4.8603013368     -2.5078460934     -2.2989699031\r\nH        3.7833387452     -2.4483061732     -0.8829571729\r\nH        3.1084198468     -2.7730325464     -2.4748948894\r\nO       -5.6965406298      0.8180450501     -0.4613537519\r\nC       -6.5343125554     -0.3304089335     -0.4416622045\r\nH       -7.5638809742      0.0091739679     -0.2923563214\r\nH       -6.4954298423     -0.8609986015     -1.3988668960\r\nH       -6.2815823764     -0.9958050752      0.3907910730\r\nH        0.2222444316      1.7840387433      1.2209829923\r\nH        0.1442932569     -0.5171582158     -0.2387263977\r\nH        0.4303016281      2.1807661209     -1.2936566507\r\n\r\n3 25 s 10 0.15\r\n<\/pre>\n<ul>\n<li>Tracez le profil d&rsquo;\u00e9nergie en fonction de la distance C-C. Au besoin, rajouter quelques points autour du maximum d&rsquo;\u00e9nergie en reprenant les coordonn\u00e9es d&rsquo;une structure proche de ce maximum et en relan\u00e7ant la l&rsquo;\u00e9longation pr\u00e9c\u00e9dente avec un pas inf\u00e9rieur.<\/li>\n<li>S\u00e9lectionnez la structure la plus proche du maximum et optimisez alors l&rsquo;\u00e9tat de transition \u00e0 partir de cette structure en utilisant un algorithme d&rsquo;optimisation d&rsquo;\u00e9tat de transition (donc diff\u00e9rent des algorithmes d&rsquo;optimisation de minimum) avec l&rsquo;en-t\u00eate suivante:\n<pre>#n PM6 Opt=(TS,calcfc,noeigentest) freq\r\n<\/pre>\n<\/li>\n<li>V\u00e9rifiez la pr\u00e9sence d&rsquo;une unique fr\u00e9quence imaginaire correspondant \u00e0 une valeur propre n\u00e9gative du Hessien et visualisez le mode normal correspondant. Correspond-t-il \u00e0 la coordonn\u00e9e de r\u00e9action ? Cela vous semble-t-il normal ?<\/li>\n<li>[Bonus] Si vous avez raffin\u00e9 la recherche de maximum en rajoutant des points, vous pouvez optimiser \u00e9galement le maximum trouv\u00e9 pr\u00e9alablement. Le mode normale de celui-ci est-il le m\u00eame ?<\/li>\n<li>Reportez les donn\u00e9es \u00e9nerg\u00e9tiques dans le tableur et d\u00e9duisez-en l&rsquo;\u00e9nergie d&rsquo;activation correspondant \u00e0 la r\u00e9action \u00e9tudi\u00e9e.<\/li>\n<li>De la m\u00eame mani\u00e8re, d\u00e9terminez l&rsquo;\u00e9nergie d&rsquo;activation et la structure de l&rsquo;\u00e9tat de transition pour les trois autres produits. Quelle est la r\u00e9action cin\u00e9tiquement favoris\u00e9e ? Quel exc\u00e8s diast\u00e9r\u00e9oisom\u00e9rique pr\u00e9voyez-vous?<\/li>\n<\/ul>\n<p><a name=\"cat\"><\/a><br \/>\n<span style=\"color: #008000;\"><strong><span class=\"subcategory\"> 4. Catalyse organique<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n<p>Exp\u00e9rimentalement, ce couplage est rendu fortement diast\u00e9r\u00e9os\u00e9lectif par utilisation d&rsquo;une copule chirale et cette diast\u00e9r\u00e9os\u00e9lectivit\u00e9 peut \u00eatre contr\u00f4l\u00e9e par la nature de la copule (Table 1 de l&rsquo;article cit\u00e9 en introduction). Le cycle catalytique correspondant est repr\u00e9sent\u00e9 dans le Scheme 2 de l&rsquo;article cit\u00e9 en introduction. Nous consid\u00e9rerons la copule C1 de cet article.<\/p>\n<p>A partir des r\u00e9sultats pr\u00e9-fournis dans le tableur pr\u00e9c\u00e9dent, compl\u00e9tez les formules pour obtenir les \u00e9nergies relatives utiles et tracez le profile d&rsquo;\u00e9nergie libre au niveau PM6 pour les diff\u00e9rents isom\u00e8res et pour la copule C1 (attention \u00e0 la conversion !). Comparez aux r\u00e9sultats obtenus sans catalyseur organique et aux r\u00e9sultats exp\u00e9rimentaux.<\/p>\n<p><a name=\"sol\"><\/a><br \/>\n<span style=\"color: #008000;\"><strong><span class=\"subcategory\"> 5. Pour allez plus loin: Influence du solvant et niveau de calcul<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n<p>Le profil d&rsquo;enthalpie libre et l&rsquo;exc\u00e8s diast\u00e9r\u00e9oisom\u00e9rique peut \u00eatre influenc\u00e9 par le solvant. Ce dernier peut \u00eatre mod\u00e9lis\u00e9 par un milieu di\u00e9lectrique continu en rajoutant le mot-cl\u00e9 <tt>SCRF=(Solvent=Ethanol)<\/tt>. Pour une liste des solvants disponibles, se r\u00e9f\u00e9rer au site de <a href=\"http:\/\/gaussian.com\/scrf\/\"> Gaussian <\/a> onglet <tt>more<\/tt>. Cependant, on n&rsquo;utilisera pas cette possibilit\u00e9 lors de ce TP, sachez juste qu&rsquo;elle existe.<\/p>\n<p>On peut aussi comparer les r\u00e9sultats obtenus au niveau PM6 aux r\u00e9sultats <a href=\"http:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/TP_M1_MO6-2X.ods\">fournis<\/a> au niveau M06-2X\/6-31g*. Comment ce niveau de calcul a \u00e9t\u00e9 am\u00e9lior\u00e9 dans l&rsquo;article ?<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>R\u00e9activit\u00e9 chimique et recherche d&rsquo;\u00e9tats de transitions Date: Octobre 2019 S. Steinmann, P. Clabaut, C. Michel and E. Dumont Le but de cette session est d&rsquo;acqu\u00e9rir les bases pour mod\u00e9liser la r\u00e9activit\u00e9: recherche conformationnelle, d\u00e9termination d&rsquo;\u00e9nergie de r\u00e9action, d\u00e9termination d&rsquo;\u00e9nergie d&rsquo;activation, construction d&rsquo;un profil \u00e9nerg\u00e9tique, comparaison de niveaux de calculs. Nous utiliserons le programme Gaussian [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"parent":2,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"class_list":["post-243","page","type-page","status-publish","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/243","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=243"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/243\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":252,"href":"https:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/243\/revisions\/252"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/2"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/perso.ens-lyon.fr\/carine.michel\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=243"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}