部分水解的预交联凝胶型聚丙烯酰胺的水化层结构

部分水解的预交联凝胶型聚丙烯酰胺在水溶液中的吸水溶胀能对油藏高渗透区域产生有效封堵,有利于提高驱油效率.分子模拟结果表明,凝胶颗粒的溶胀主要归因于侧链亲水基团在水溶液中的水化作用,这些带负电的亲水基团中心原子通过氢键和静电作用在其周围极化出一层排列规整、有序而紧密的水化层,并将水分子束缚其中;同时水化层内的水分子之间依赖氢键网络促进水化层的稳定.本文从微观结构、动力学和氢键等方面比较了各亲水基团中心原子的水化能力,发现—COO-官能团具有较强的束缚水分子的能力,对水化层的稳定有重要影响.     

氨基酸在木糖醇水溶液中的体积性质

应用精密数字密度计测定了298.15 K时甘氨酸、L-丙氨酸或L-缬氨酸与不同组成的木糖醇-水混合溶剂构成的三元系溶液的密度, 计算了氨基酸的表观摩尔体积、极限偏摩尔体积、迁移偏摩尔体积和水化数. 根据结构水合作用模型讨论了迁移偏摩尔体积和水化数的变化规律. 结果表明, 氨基酸两性离子部分与木糖醇羟基间的相互作用占主导地位, 且随木糖醇浓度的增大而增大. 氨基酸在木糖醇水溶液中的迁移偏摩尔体积为正值, 甘氨酸的迁移偏摩尔体积大于L-丙氨酸和L-缬氨酸的. 氨基酸在木糖醇水溶液中的水化数随溶液中木糖醇浓度的增加而减小.     

氨基酸在氯乙醇水溶液中的体积性质

利用精密数字密度计测定了甘氨酸、L-丙氨酸和L-丝氨酸在不同质量分数的氯乙醇水溶液中的密度，计算了这些氨基酸在氯乙醇水溶液中的表观摩尔体积、极限偏摩尔体积、迁移偏摩尔体积、理论水化数和体积作用系数，讨论了迁移偏摩尔体积和理论水化数的变化规律. 结果表明，三种氨基酸在氯乙醇水溶液中的迁移偏摩尔体积均为正值, 且随氯乙醇浓度的增大而增大. 氨基酸侧链对迁移偏摩尔体积的贡献与侧链性质密切相关. 三种氨基酸在氯乙醇水溶液中的理论水化数均随溶液中氯乙醇浓度的增加而减小. 甘氨酸与氯乙醇分子间的相互作用主要以1 : 1和1 : 2形式为主， L-丙氨酸和L-丝氨酸与氯乙醇分子间的相互作用主要以1 : 1形式为主.     

L-丝氨酸在丙二醇-水和丁二醇-水混合溶剂中的体积性质

利用精密数字密度计测定了L-丝氨酸分别在不同组成的1,2-丙二醇-水和1,2-丁二醇-水混合溶剂中的密度, 计算了丝氨酸的表观摩尔体积、极限偏摩尔体积、迁移偏摩尔体积和理论水化数. 根据结构水合作用模型讨论了迁移偏摩尔体积和理论水化数的变化规律. 结果表明, 丝氨酸两性离子头基和亲水侧链与醇分子中—OH基团间的相互作用占主导地位, 导致丝氨酸在醇-水混合溶剂中的迁移偏摩尔体积为正值; 此外, 这种亲水相互作用削弱了丝氨酸带电中心对周围水分子的电致收缩效应, 造成了水化数的减小.     

甘氨酸在尿素、甲脲及二甲脲水溶液中的体积性质

用精密数字密度计测定了甘氨酸在不同质量分数的尿素、甲脲和二甲脲水溶液中的密度,计算了甘氨酸的极限偏摩尔体积、迁移偏摩尔体积、理论水化数和体积作用系数,讨论了溶剂组成变化对甘氨酸迁移偏摩尔体积和理论水化数的影响.结果表明,甘氨酸与尿素及烷脲分子间的相互作用主要以1:1的形式为主.尿素、甲脲、二甲脲分子与氨基酸荷电中心的直接相互作用,削弱了两性离子带电中心对周围水分子的电致收缩效应,造成了理论水化数随溶液浓度的增加而减小.     

三种氨基酸在尿素-水混合溶剂中的体积性质

用精密密度法详细测定甘氨酸、L-丙氨酸、L-丝氨酸在尿素-水混合溶剂中的表观摩尔体积.计算了三种氨基酸从水到尿素-水混合溶剂的迁移偏摩尔体积,结合前期的氨基酸从水到尿素-水混合溶剂的迁移焓,探讨尿素-水混合溶剂的结构特点及其对氨基酸与尿素相互作用的影响.结果表明,尿素分子在水中自缔合,引起溶剂结构的变化并削弱其与氨基酸分子的结构相互作用,造成氨基酸从水到尿素-水混合溶剂的迁移偏摩尔体积和迁移焓随尿素浓度的增加而出现多个变化点,这一效应随着氨基酸疏水性的增强而增大,表明氨基酸的疏水性越强,其与尿素相互作用引起的去水化作用越明显.     

三种氨基酸在尿素水溶液中的体积性质

精密密度法详细测定甘氨酸、L-丙氨酸、L-丝氨酸在尿素水溶液中的表观摩尔体积,计算了三种氨基酸从水到尿素水溶液的迁移偏摩尔体积,结合前期的氨基酸从水到尿素水溶液的迁移焓,探讨尿素水溶液的结构特点及其对氨基酸与尿素在水溶液中相互作用的影响。结果表明,尿素分子在水溶液中自缔合,引起溶剂结构的变化并削弱其与氨基酸分子的结构相互作用,造成氨基酸从水到尿素水溶液的迁移偏摩尔体积和迁移焓随尿素浓度的增加而出现多个变化点,这一效应随着氨基酸疏水性的增强而增大,表明氨基酸的疏水性越强,其与尿素相互作用引起的去水化作用越明显。     

Sr2+和Ba2+水分子体系结构和结合能的从头算和ABEEM/MM研究

应用从头算方法和ABEEM/MM浮动电荷分子力场, 研究了水合碱土离子团簇Sr²⁺/Ba²⁺(H₂O)_n (n=1-6), 构建了离子-水相互作用的ABEEM/MM势能函数, 获得了水合离子团簇的稳定结构, 计算了结合能. 计算结果表明, ABEEM/MM方法的结果和从头算方法的结果有很好的一致性. 进一步应用ABEEM/MM对Sr²⁺和Ba²⁺水溶液进行了分子动力学模拟. 对Sr²⁺水溶液, 得到的Sr²⁺-水中氧原子的径向分布函数的第一和第二最高峰分别位于0.257和0.464 nm处, 第一和第二水合层的配位水分子数分别为9.2和11.4; 对Ba²⁺水溶液, 得到的Ba²⁺与水中氧原子的径向分布函数的第一和第二最高峰分别位于0.269和0.467 nm处, 第一和第二水合层的配位水分子数分别为9.9和12.4. 这与实验值或其它理论模拟结果有较好的一致性. 对比外层的水分子, 金属离子的极化作用使得溶液中第一水合层中水分子的O―H键长增长, HOH键角减小.     

甲酰胺水溶液的分子动力学模拟

为了解重要的生化模型甲酰胺在水溶液中的微观结构, 采用全原子力场在全浓度范围内对甲酰胺溶液进行了分子动力学模拟, 得到了溶液的径向分布函数, 分析计算了溶质和溶剂分子间的相互作用, 对甲酰胺和水分子的氢键缔合情况进行了分析. 研究发现羰基侧的H原子与水分子能形成C—H…O弱相互作用. 在作者早期的研究中发现, 此相互作用对于阻碍甲酰胺的异构化具有重要意义, 特别是当甲酰胺在溶液中含量增大时, 此相互作用更加不能忽视. 全浓度溶液的模拟表明, 甲酰胺在稀浓度区可以促进水局部结构的增强, 随FM浓度增加, 由水的自身缔合转变为水与FM的交叉缔合, 在FM高浓度区, 两者的交叉缔合将逐渐被甲酰胺自身的线状缔合代替.     

甘氨酸和L-丝氨酸在LiNO3, NaNO3和KNO3水溶液中的体积性质

用Anton Paar DMA 55精密数字密度计测定了甘氨酸和L-丝氨酸在LiNO3, NaNO3和KNO3水溶液中的密度, 计算了氨基酸的表观摩尔体积、极限偏摩尔体积、迁移偏摩尔体积、理论水化数和体积作用系数. 根据静电相互作用和结构水合作用模型讨论了氨基酸的侧链和阳离子的性质对迁移偏摩尔体积的影响. 结果表明, 甘氨酸和L-丝氨酸在3种硝酸盐水溶液中的迁移体积均为正值, 并且随着盐溶液浓度的增大而增大. 氨基酸两性离子端基和阴阳离子间的静电作用对迁移体积的贡献是主要的, 静电作用削弱了两性离子带电中心对周围水分子的电致收缩效应, 造成氨基酸的理论水化数随盐溶液浓度的增加而减小. L-丝氨酸的侧链与离子之间的亲水-亲水相互作用对迁移体积有小的正贡献, 使得在同一种盐溶液中L-丝氨酸的迁移体积较甘氨酸的大. 同一种氨基酸在NaNO3和KNO3水溶液中的迁移体积较在LiNO3水溶液中的大, 主要是由于Li＋难以去水化. 在低浓度的盐溶液中氨基酸与盐之间的相互作用以1∶1形式为主, 随着溶液浓度的增大, 1∶2形式的相互作用逐渐增大     

水、甲醇和乙醇液体微结构性质的Car-Parrinello 分子动力学模拟

采用Car-Parrinello 分子动力学(CPMD)方法分别研究了水、甲醇和乙醇的液体微结构性质.研究结果显示:在水、甲醇和乙醇三个体系中O…O径向分布函数曲线的第一个峰位置分别为0.278、0.276 和0.275nm; O…H径向分布函数曲线的第一个峰位置分别为0.178、0.176和0.177 nm.表明基团(氢原子、甲基、乙基)的差异对O…O第一个峰的位置影响很小.但基团的差异对径向分布函数峰高的影响却很显著,由水到乙醇第一个峰的高度逐渐变高.空间分布函数表明氧原子和氢原子在溶剂分子周围有取向地分布,这与径向分布函数所表现出尖锐的第一个峰相一致.氢键分布分析显示,水、甲醇和乙醇的平均氢键数分别为3.62、1.99 和1.87,表明水形成了网状氢键结构,而甲醇、乙醇形成链状氢键结构.     

海藻糖和氨基酸之间相互作用的分子动力学模拟

虽然海藻糖已经广泛用于蛋白质稳定性研究,但海藻糖稳定蛋白质的作用机理尚不清晰.本文利用全原子分子动力学模拟研究了20种常见氨基酸和海藻糖之间的分子机理.结果表明,所有氨基酸,尤其是极性和带电氨基酸,均优先与水分子结合.相反,仅有疏水性氨基酸与海藻糖发生相互作用,尤其是芳香族和疏水性氨基酸的侧链更易于和海藻糖接触.所有氨基酸的主链与水分子接触的趋势一致.虽然氨基酸和海藻糖与水之间均形成氢键,但氨基酸和海藻糖之间的氢键相互作用要弱于氨基酸和水之间的氢键相互作用.上述分子模拟的结果对于海藻糖稳定蛋白质作用机理的解析及高效蛋白质稳定剂的理性设计具有非常重要的理论指导意义.     

海藻糖和氨基酸之间相互作用的分子动力学模拟

虽然海藻糖已经广泛用于蛋白质稳定性研究,但海藻糖稳定蛋白质的作用机理尚不清晰. 本文利用全原子分子动力学模拟研究了20种常见氨基酸和海藻糖之间的分子机理. 结果表明,所有氨基酸,尤其是极性和带电氨基酸,均优先与水分子结合. 相反,仅有疏水性氨基酸与海藻糖发生相互作用,尤其是芳香族和疏水性氨基酸的侧链更易于和海藻糖接触. 所有氨基酸的主链与水分子接触的趋势一致. 虽然氨基酸和海藻糖与水之间均形成氢键,但氨基酸和海藻糖之间的氢键相互作用要弱于氨基酸和水之间的氢键相互作用. 上述分子模拟的结果对于海藻糖稳定蛋白质作用机理的解析及高效蛋白质稳定剂的理性设计具有非常重要的理论指导意义.     

水在金属表面上会自动解离

吸附在金属表面上的水的结构至今并不很清楚。科学家们曾经设想 ,金属表面上吸附的第一层水分子会像在冰中找到的那样 ,在表面上排列成双层 ,其中有一半的氧原子处在比剩下的氧原子高约 0 .1ｎｍ的平面中。但是对Ｄ2 Ｏ在Ｒｕ(0 0 0 1)面上的排列几何研究表明 ,金属表面上的第一水分子层中的氧原子几乎是共面的。Ｓａｎｄｉａ国家实验室的Ｐ .Ｊ.Ｆｅｉｂｅｍａｎ通过计算建议了另一种可以解答这个问题的思路。亦即 ,在此表面上的水分子有一半是解离的。利用密度函数理论 ,Ｆｅｉｂｅｍａｎ找到 ,氢原子离开了所在的水分子 ,并且直接和金属…     

NaCl溶液中纤连蛋白在TiO_2表面吸附的动力学模拟

对NaCl水溶液环境中,纤连蛋白(FNIII_(10))分子在金红石型TiO_2 (110)表面的吸附行为进行了分子动力学模拟.根据模拟溶液各成分与TiO_2表面原子之间的径向分布函数、离子在水溶液中的扩散系数及FNIII10和离子的吸附构象等相关参数发现,分布于TiO_2表面的稳定双层水分子是固液界面的主要特征,FNIII10分子通过天冬氨酸残基侧链末端的羧基基团(COO~-)同表面Ti原子之间的强相互作用,结合赖氨酸残基侧链及位于FNIII_(10)始端的精氨酸残基N端的氨基基团(NH_3~+)与表面桥氧原子之间的氢键作用,牢固地吸附在TiO_2表面.溶液中吸附在TiO_2表面的Na~+可与羧基氧原子配合形成稳定的吸附构型,而分布在第二水层外侧的Cl-对纤连蛋白分子在TiO_2(110)表面的吸附点位基本无影响.     

水化锂蒙脱石层间结构和动力特征的分子模拟

利用分子力场和分子动力学(MD)的方法研究了Li-蒙脱石的结构构型, 层间阳离子的水化行为、水分子的结构特征以及它们的扩散性质. 分子力场构型优化结果表明: Li-蒙脱石的层间距、体积和密度与层间水含量有关; MD模拟的动画轨迹显示Li-蒙脱石层间Li^＋的位置与层间电荷位置有关. 均方根位移和自扩散系数的计算结果表明: 层间阳离子、水分子在Li-蒙脱石一、二层水合物中的扩散受到上下粘土片表面的限制, 在三层水合物中开始离开粘土层面向其它方向快速扩散. 径向分布函数及其结构因子的分析结果表明Li^＋在一、二、三层水合物中有不同的水合层; 层间水分子的结构特征说明其在蒙脱石层间有水合水分子和自由水分子之分, 且它们的比值在一、二和三层水合物中有所不同.     

盐水溶液中离子与丙氨酸极性基团间的作用对丙氨酸缔合的影响:密度泛函理论与分子动力学模拟

采用密度泛函理论和经典分子动力学模拟研究了盐水溶液中Na⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Cl^-与丙氨酸分子间的相互作用对丙氨酸分子缔合的影响. 密度泛函理论的计算结果显示丙氨酸分子与Na⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Cl^-之间的相互作用可增强其电荷分离. 经典分子动力学模拟结果显示在水溶液中两性离子形式的丙氨酸存在三种缔合结构.盐水溶液中, 阳离子、阴离子与丙氨酸间的相互作用均能一定程度上减弱丙氨酸分子的缔合. 但是阳离子与丙氨酸间的相互作用明显受离子水合作用的影响. 由于Cu²⁺水合作用较强, 虽在气相中Cu²⁺与丙氨酸分子之间相互作用明显比Na⁺强, 但是在水溶液中则情况刚好相反. 在ZnCl₂稀溶液中, Zn²⁺与丙氨酸间的相互作用被其第一水合壳层隔开. 但这种相互作用仍能明显影响丙氨酸分子的缔合, 这与Zn²⁺的水合壳层特征有关. 另外, 离子与丙氨酸之间的相互作用, 不仅会削弱丙氨酸的缔合, 也可导致丙氨酸分子间的缔合结构发生转变. 离子浓度也会影响其与丙氨酸分子间的缔合形式以及丙氨酸的缔合结构.     

水与乙醇分子在金管内吸附作用的分子动力学研究

使用分子动力学研究了乙醇与水分子在纳米金管内按照不同比例混合时的吸附现象,并利用径向密度分布函数及水和乙醇分子所形成的平均氢键数来探讨纳米限制效应.结果表明,径向密度分布函数和氢键数目受纳米金管影响较大.另外,水与金管之间的作用力比乙醇与金管之间的大,导致水分子形成的平均氢键数不同于乙醇分子的.     

聚腺嘌呤苷酸(Poly A)水化过程的傅里叶变换红外光谱研究 Ⅱ. 动态水化及脱水过程的特性

在研究核酸分子水化作用的工作中,前人及作者的前文都是将样品保持在恒温器中,在静态情况下实现湿度平衡。为了使样品能更充分地吸附水分子,我们设计了一个通气系统,使不同湿度的水蒸气连续通过密封样品池,让样品在动态情况下达到湿度平衡。除了水化过程外,对脱水过程的观察、分析也是研究核酸与水的相互作用的不可缺少的一环,但这方面的实验工作却很少。我们通过对Poly A薄膜动态水化和脱水过程中红外光谱的测定,证实了:(1)与静     

溶菌酶蛋白在聚合物防污膜表面的吸附

采用分子动力学模拟方法比较了溶菌酶蛋白在两种典型聚合物防污材料聚乙二醇(PEG)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面的吸附行为, 在微观上探讨了聚合物膜表面性质对蛋白质吸附的影响. 根据蛋白质与聚合物膜之间的相互作用、能量变化及表面水化层分子的动力学行为, 解释了PEG防污涂层相对于PDMS表面具有更佳防污效果的原因: (1) 相比PDMS涂层, 蛋白质与PEG涂层的结合能量较低, 使其结合更加疏松; (2) 蛋白质吸附到材料表面要克服表面水化层分子引起的能障, PEG表面与水分子之间结合紧密, 结合水难于脱附, 造成蛋白质在其表面的吸附需要克服更高的能量, 不利于蛋白质的吸附.