The various properties for 4-membered ring are studied by semiempirical MINDO/3 calculations. Only 1-2 kcal/mol and 5-7 kcal/mol is required to twist the planar model into the conformations of cephalosporins and penicillins. For the leaving group effect, the π-electron accepting ability is a major effect and the inductive effect is a minor effect in the substituents in our models. Of the various four membered ring substituents, $C_3$-methoxy group and $C_4$-SH group enhance the amide bond breaking of β-lactam, but $C_4$-OH group does not.
We tried to search the simple theoretical parameters that can be correlated with activities for the various active cephalosporins by semiempirical molecular orbital method, and obtained a mixed result. MM calculations are carried out to obtain model cephalosporin structures, and the resulting geometric variables are in reasonable agreement with the experimental values. In MNDO method, enamine resonance and amide resonance could not be expressed accurately. But in the extreme cases, several parameters correlate with the activity.
반경험적 분자궤도 계산을 통하여 베타 락탐의 활성을 좌우하는 사각링에 대한 여러 성질을 연구하였다. 평면 구조를 지닌 모델을 세파로스포린 구조로 변형시킬시는 1-2 kcal/mol, 페니실린 구조로 바꿀시는 5-7 kcal/mol의 에너지가 필요하였다. 이탈기효과 연구에서는 파이-전자 수용능력이 주요효과이며, 이탈기의 유도효과는 부차적인 효과임을 알았다. 사각링의 여러 치환기는 효소와의 반응을 유리한 방향으로 이끄는 역활을 함을 알 수 있었다.
MM 계산을 통해 얻은 여러 활성을 가진 세파로스포린들의 구조를 근거로 하여 MNDO 계산을 통하여 활성과 연관성을 지니는 이론적인 변수를 얻으려 노력하였다. MM 계산 결과 실험치와 비슷한 구조를 얻을 수 있었으며 MNDO 계산은 엔아민 공명과 아마이드 공명을 정확히 표현하지는 못했으나, 활성차이가 큰 분자들에 대해서는 여러 변수를 활성과 연관시킬 수 있었다.
