Pyranose ring conformations in mono- and oligosaccharides: a combined MD and DFT approach

文献情報

出版日 2017-07-10
DOI 10.1039/C7CP02920A
インパクトファクター 3.676
著者

Karolina Gaweda, Wojciech Plazinski


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要旨

Among the descriptors of the molecular structure of carbohydrates, the conformation of the pyranose ring is usually the most problematic one to tackle. We present the results of a systematic study oriented at determining the ring-inversion properties of all D-hexopyranoses in the form of monosaccharides, O1-methylated monosaccharides and homotrisaccharides. Contrary to the existing studies, based either on molecular mechanics force fields or on conformational search within ab initio potentials, we combine the structural information from molecular dynamics simulations performed within the GROMOS 56a6CARBO_R force field and use it in a subsequent geometry optimization procedure, performed at the DFT level of theory. This two-step procedure allows avoiding errors resulting from overestimating the contribution of the hydrogen bond-rich, low-energy structures that are not abundant in aqueous solutions. The calculated anomeric ratios and the populations of staggered conformers of the hydroxymethyl group are in satisfactory agreement with the experimental data. Regarding the ring-inversion properties, for the first time, we achieved good agreement of the ab initio-derived data for all hexopyranoses with the experimentally inferred Angyal scheme and with the NMR-inferred populations of ring conformers. The same computational methodology allows determination of the influence of functionalization (methylation or glycosylation) on the ring-inversion properties which includes the influence of the anomeric effect, enhanced upon O1-functionalization. In general, the correlation between ring-inversion properties of unfunctionalized monomers and those of O1-methylated, O1-glycosylated, O4-glycosylated and O1,O4-diglycosylated monomers is qualitatively (but not quantitatively) compatible with that predicted by the classical force fields.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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