ЯÉCIPROCS > Réseau ЯÉCIPROCS ? > Discussions > 3

||||| ЯÉCIPROCS : DISCUSSIONS DIVERSES

|||||

Placer des hydrogènes non-visibles

Problème [AvdL]

Voici le problème:

des protons invisibles dans la carte Fourier-dif
des protons non impliqués dans des liaisons hydrogènes
des protons non sp, sp2, sp3 etc à géométrie fixe
exemples: molécule d'eau, groupe B(OH)3

Comment procédez-vous à les placer? Si on les place de façon aléatoire, on risque de les mettre trop proches d'un autre atome voisin. On ne peut pas non plus affiner leur position, car ils sont invisibles dans la carte Fourier-dif.
La solution - à mon avis - est donc d'optimiser leur position sans données de diffraction par un système de restraints/constraints/potentiel anti-bump. Dans le programme Topas ce n'est pas trop difficile; connaissez-vous d'autres programmes qui permettent de le faire (car Topas a quelques inconvénients) ou utilisez-vous une autre méthode pour placer ce type de protons?

[PEP] Je pense à Jana pour résoudre ce genre de problème. http://www-xray.fzu.cz/jana/jana.html J'ai demandé à Philippe Deniard pour avoir plus d'infos.

[TR] WinGX propose une interface vers le programme HYDROGEN (J. Appl. Cryst. 1999, 32, 563). Je n'ai personnellement pas utilisé ce programme mais à priori il pourrait répondre à tes besoins.

[AvdL] Merci Thierry, mais je cherche à positionner des protons (hydroxyles, eau) qui ne sont pas impliqués dans des liaisons hydrogènes et le programme que tu me conseille cherche uniquement des protons impliqués dans des liaisons hydrogènes. A part de ce que j'ai déjà suggéré dans mon mail, on pourrait penser aussi à chercher des 'trous' dans la structure autour de l'atome d'oxygène, supposant que la structure 3D soit 'close-packed'.

[MG] A mon avis il y a une partie de la réponse dans ta question : s'il y a des risques de les placer trop proches d'un atome voisin c'est qu'il y a une interaction potentielle (liaison OH-Pi, liaison H classique mais faible, etc...) même si elle semble un peu lointaine. Ca peut donc donner la direction pour positionner l'H (les H) et avec un petit programme de quelques lignes tu peux calculer ses coordonnées. J'ai fait ça en fortran et ça marche bien. L'affinement se fait effectivement ensuite avec un jeu de restraints etc...
Maintenant lorsque les H ne sont pas visibles dans la carte de densité électronique et s'il n'y a aucun accepteur de liaison H potentiel dans les parages je ne vois pas trop l'intérêt de les positionner si ce n'est pour l'esthétique de la structure (et éviter des remarques de la part des referees..). Dans ce cas ils peuvent être placés n'importe où, ça ne changera rien pour la qualité de l'affinement. Il suffit d'être honnête ensuite en cas de publication.

[AvdL] Là, je ne suis pas d'accord: dans ce cas précis - pas d'accepteur de liaison H potentiel ou proton lié à un phenyl p.e. - on ne peut pas les placer n'importe où, sauf si c'est une structure très ouverte. Dans le cas contraire on peut les placer là où ils ne risquent pas d'être en interaction avec un voisin direct, un autre proton ou autre - si on a conclu qu'une telle interaction n'existe pas.
Bien évidemment cela ne change rien à la qualité de l'affinement, mais je ne crois pas que le seul but d'un cristallographe est d'obtenir un bon affinement, mais d'autant plus une structure qui est correcte.
Alors si les intensités (ou bien Fobs) ne sont pas utiles, il faut chercher d'autres moyens pour positionner le proton. A part de ce que j'ai déjà proposé:
1) modélisation de la structure par un jeu de contraintes douces et dures et anti-bump ( ce qui fait toujours partie des compétences d'un cristallographe) sans Fobs
on peut penser à:
2) la recherche des trous - voids - de la taille d'un proton, mais cela se voit par Platon p.e. et cela ne marche uniquement si la structure n'est pas trop ouverte ou faire appel aux compétences des théoriciens/modélistes
3) calcul de type DFT (dans mon cas ça a bien marché d'ailleurs)

[LB] As-tu essayé l'option CALC-OH dans Wingx ? Personnellement c'est ce que j'utilise quand je ne vois pas les H des molécules d'eau par exemple. Mais la position des H est calculée en fonction des liaisons hydrogène formées, ça ne marche pas toujours, il faut vérifier le résultat proposé.

[AvdL] C'est le même programme qu'a proposé Thierry Roisnel. Non je ne l'ai pas essayé et ce n'était pas ce que j'avais visé car je cherche à positionner les protons n'ayant pas d'accepteurs de liaisons H. D'ailleurs - pour les partisans de CRYSTALS - cela se fait pas mal dans ce programme par le script HYDROGEN>.

[MG] Tout à fait d'accord avec toi Arie. D'ailleurs j'ai écris "n'importe où" et pas "n'importe comment" pour le placement des H. Et afin de te montrer que mon unique but est de faire correctement et proprement mon travail de cristallographe je t'envoie ce petit dessin que j'ai affiché à l'entrée de mon bureau. Une ressemblance avec d'autres cristallographes barbus à lunettes que moi ne serait que pure coïncidence...

[JCD] J'ai suivi avec intérêt vos échanges de messages concernant le placement des hydrogènes que l'on ne peut localiser sur des séries de Fourier. A mon humble avis, si les données expérimentales ne permettent pas de détecter de la densité électronique, par exemple autour d'un oxygène d'une molécule d'eau, il est plus raisonnable de ne rien mettre que de vouloir à tout prix modéliser les atomes d'hydrogène car on n'est jamais sur que le modèle soit correct. Dans le cas particulier d'une molécule d'eau sans aucune interaction hydrogène, il est fort probable que les H soient distribués sur plusieurs sites et la modélisation donnera une possibilité de modèle mais pas le modèle réel (Très souvent dans un tel cas, l'oxygène lui-même est désordonnée). Pour moi, à partir du moment ou on modélise une position on est au delà de la cristallographie qui est basée sur des séries de Fourier à partir de données expérimentales. On veut extraire une information qui n'est pas donnée par l'expérience. Je vous rappellerais une phrase de Georges Sheldrick:
"With the right restraints, you can fit an elephant to any data"
A une époque où les données étaient de moins bonne qualité qu'actuellement, il était souvent impossible de localiser certains atomes d'hydrogène. On tentait parfois d'amplifier la contribution des H en réalisant des séries de Fourier différence après avoir tronqué les données en théta (> 18-20°). Cela marchait parfois mais la seule solution pour localiser vraiment les hydrogènes restait une mesure aux neutrons! C'est mon point de vue mais chacun est libre de trouver une meilleure approche du problème. Je n'ai pas d'autres solutions à vous proposer que les possibilités déjà évoquées dans les différents messages.

[AvdL] Merci Jean-Claude et autres (Joel, Emmanuel, Michel ...) pour vos points de vue.
Je suis pourtant favorable à ce qu'on essaie à trouver le(s) site(s) le(s) plus plausible(s) des protons pour avoir une structure complète. Sheldrick parlait des restraints utilisées pendant l'affinement aux F^2_obs. Mais effectivement, quand les protons ne sont pas visibles dans la carte de Fourier-dif, il ne faut pas faire ça - voir les messages précédents.
Quand on ne voit pas les protons d'un phenyl en Fourier-dif, on les place quand-même car on sait qu'ils doivent être là; on les traite même en 'riding motion' ce qui est un sorte de contrainte. Donc pourquoi pas faire son mieux pour localiser un hydrogène suivant des critères géométriques?
Je vous rappelle qu'il existe un item dans le dictionnaire CIF appelé '_atom_sites_solution_hydrogen' où on peut mettre:
```
difmap  difference Fourier map
vecmap  real-space vector search
heavy   heavy-atom method
direct  structure-invariant direct methods
geom    inferred from neighbouring sites
disper  anomalous-dispersion techniques
isomor  isomorphous structure methods
notdet  coordinates were not determined
dual    dual-space method (Sheldrick et al., 2001)
other   a method not included elsewhere in this list
```
Bien évidemment, 'difmap''geom' sont les plus utilisées, mais 'notdet' serait aussi possible pour les molécules d'eau désordonnées, ou bien 'other' pour les protons 'trouvés' par des calculs DFT. A préciser bien sûr ailleurs dans le cif (_publ_section_exptl_refinement) et/ou dans le manuscrit.

[CPL] Et les MEMs de Pascal Roussel, ca ne permettrait pas de voir les proton sur la difference Fourier ?

[PR] Et non, désolé...
Si il n'y a pas l'info dans les données, inutile de chercher... La meilleure solution, à mon avis, est déjà abordée par Jean-Claude, et consiste à faire une Fourier-diff sur le jeu de données restreint à bas théta... Ensuite, par MEM, on pourra "déflouter" la carte. Mais si on ne voit rien, on ne pourra rien améliorer, si ce n'est du bruit.

[AVdL] (avril 2011)
Je reprends la discussion concernant les protons sur les molécules d'eau qui ne sont pas impliqués dans des liaisons hydrogène.
L'instruction HFIX 147 de Shelx permet de placer un proton sur un oxygène d'un groupe hydroxyle: le programme le tourne autour de l'axe C-O et le place sur la position où la densité électronique est maximale suivant les critères géométriques d'un groupe hydroxyle. L'instruction AFIX 147 permet d'affiner la position tout en le tournant autour l'axe CO.
Théoriquement on peut trouver le deuxième proton d'une molécule d'eau si le premièr a été localisé par cette procédure. Malheureusement Shelxl ne le fait pas: 'O4 not bonded to suitable atom for AFIX'. Heureusement le programme OLEX2 arrive à le placer impeccablement par exactement la même instruction. Mais par la suite cela ne s'affine pas avec AFIX 137 et on tombe sur le même message d'erreur.
Est-ce qu'on peut contourner ce problème:
- comment trouver avec HFIX 147 un deuxième proton d'une molécule d'eau dans Shelxl même ?
- comment l'affiner par la suite avec AFIX 147 ?

[MG] Il y aurait une solution tordue (que je viens de tester) :
une fois l'un des hydrogène trouvé et placé, tu le transformes ensuite en carbone dans le fichier ins, puis tu utilise l'instruction HFIX 147 comme si tu travaillait avec un hydroxyle, pour trouver l'autre H. Tu fais quelques cycles d'affinement puis tu fais l'inverse : transformer le second hydrogène trouvé en carbone et réassigner le type H au premier hydrogène (qui a été préalablement transformé en carbone), et à nouveau des cycles d'affinement en HFIX 147. A la fin il faut réassigner les 2 hydrogènes et finir par un cycle d'affinement en HFIX 3. Je reconnais que ça n'est pas très orthodoxe mais de par la conception de shelx je ne vois pas d'autre solution.