Nocodazole molekülünün konformasyonel yapısı ve titreşimsel spektrumlarının analizi
Conformational structure of nocodazole and analysis of its experimental vibrational spectra
Yazar: GÖZDE ARSLANCAN
Danışman: DOÇ. DR. KUBİLAY BALCI
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Atom ve Molekül Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Kimya = Chemistry
Dizin: Konformasyon = Conformation ; Konformasyon analizi = Conformation analysis ; Moleküler dinamik = Molecular dynamic ; Moleküler yapı = Molecular structure ; Raman spektroskopisi = Raman spectroscopy ; Titreşim analizi = Vibration analysis ; Titreşim frekansı = Vibrational frequency ; Titreşim spektrumu = Vibrational spectrum

Özet:
Bu tez çalışmasında, bir antineoplastik ajan olan nocodazole molekülünün oda sıcaklığındaki kararlı konformerleri teorik moleküler modelleme yöntemi kullanılarak incelendi. Kararlı konformerlerin belirlenmesi amacıyla yapılan konformasyon çalışmasının ilk adımını MM2 kuvvet alanı ile gerçekleştirilen moleküler mekanik ve moleküler dinamik hesaplamalar oluşturmuştur. Ardından, bu düşük teori düzeyinde gerçekleştirilen ön hesaplamalardan elde edilen konformerlerin her birisi için önce HF/6-311++G(d,p) ardından, sırasıyla MP2/6-31G(d), B3LYP/6-31G(d), B3LYP/6-311++G(d,p) ve B3LYP/cc-pvTZ teori düzeylerinde elektronik yapı hesaplamaları gerçekleştirildi.
Elde edilen hesaplama sonuçları güçlü molekül içi hidrojen bağı etkileşmelerinin nocodazole molekülünün konformasyonel çeşitliliğini önemli ölçüde sınırlandırdığını ve serbest haldeki molekülün oda sıcaklığında en az sekiz adet kararlı konformere sahip olduğunu ortaya koymuştur. Aynı teorik sonuçlara göre, belirlenen konformerlerden ikisi diğerlerine kıyasla 1 - 5 kcal/mol arasında değişen değerler ile daha düşük enerjidedir ve buna bağlı olarak belirgin derecede daha kararlıdır. Molekülün kaydedilen deneysel titreşimsel spektrumlarına ağırlıklı katkıyı sağlayacağı belirlenen bu iki konformerin titreşim modları ve ilişkili IR ve Raman spektral verileri harmonik titreşici modeliiçinde hesaplandı.
Harmonik titreşici yaklaşımı içinde B3LYP/6-31G(d) teori düzeyinde hesaplanan kuvvet alanı, dalgasayıları, IR ve Raman şiddet değerleri literatürde "SQM FF" olarak adlandırılan ampirik bir ölçekleme yaklaşımı kullanılarak iyileştirildi. Ayrıca, literatürde "İkili ölçek çarpanı" olarak adlandırılan bir diğer ampirik ölçekleme yöntemi kullanılarak B3LYP/6-31G(d), B3LYP/6-311++G(d,p), B3LYP/cc-pvTZ teori düzeyinde hesaplanan harmonik dalgasayıları üzerinde ölçekleme (deneyle uyumlu hale getirme) işlemi yapıldı. Elde edilen iyileştirilmiş teorik titreşimsel spektral verilerin ışığında, molekülün oda sıcaklığında kaydedilen deneysel IR ve Raman spektrumlarında gözlenen temel bandların doğru bir işaretlemesi gerçekleştirildi.

Nocodazole, Titreşimsel Spektroskopi, Kırmızı-Altı ve Raman Spektrumları, Yoğunluk 
Fonksiyoneli Teorisi, Konformasyonel Analiz.

Abstract:
In this thesis study, the stable conformers of nocodazole molecule, which is a neoplastic agent, were investigated by the aid of the theoretical molecular modelling method at room temperature. The molecular mechanics and molecular dynamics calculations have constituted the first step of the conformational study carried out in order to determine the stable conformers. Afterwards, electronic structure calculations were performed at MP2/6-31G(d), B3LYP/6-31G(d), B3LYP/6-311++G(d,p) and B3LYP/cc-pvTZ levels of theory for each of the conformers determined from these preliminary calculations at the low-level theories.
The obtained calculation results have demonstrated that intra-molecular hydrogen bonding interactions significantly restrict the conformational variety of nocodazole and therefore at the free state the molcule has only eight stable conformers at room temperature. According to the same theoretical results, the two of the determined conformers are, by values ranging from 1 to 5 kcal/mol, lower in energy and thus remarkably more stable than the others. The vibrational modes of these two conformers determined to provide the dominant contribution to the recorded experimental vibrational spectra of the molecule, and the associated IR and Raman spectral data were calculated by using the harmonic oscillator approach.
The force field, wavenumbers, IR and Raman intensities calculated in the harmonic oscillator approach at B3LYP/6-31G(d) level of theory were then improved by means of an empirical scaling method, called "SQM FF" in the literature. Besides this, a scaling process (fitting to the experiment) was carried out on the harmonic wavenumbers calculated at B3LYP/6-31G(d), B3LYP/6-311++G(d,p) and B3LYP/cc-pvTZ levels of theory by using the emprical scaling approach referred so as to "the dual scaling factors". In the light of the obtained improved theoretical vibrational spectral data, a correct assignment of the fundamental bands observed in the room-temperature experimental IR and Raman spectra of the molecule was achieved.

Keywords: Nocodazole, Vibrational Spectroscopy, Infrared and Raman Spectra, Density Functional 
Theory, Conformational Analysis