金属丝桃蒽酮结构变化的理论研究

用MMX和AM1方法对金属桃蒽酮(HYP)结构变化过程的生成热进行了计算.发现:1.HYP1,2位OH可越过20kJ/mol左右的势,绕C--O键旋转而形成分子内氢键,并估算出键能约为10kJ/mol;2.HYP其他四个OH也可进行类似的构象变化,势垒在26kJ/mol左右,相应分子内氢键键能约为20kJmol;3.HYP分子内氢传递产生的异构体在能量上不稳定,进而在基础上探讨了1,2位OH分子内氢键的形成对HYP光敏活性的影响。     

痂囊腔菌素A分子构型和分子内氢键的理论研究

用半经验量子化学AM1方法对天然苝醌化合物痂囊腔菌素A(EA)的分子构型和分子内氢键进行了研究;从EA可能的64种构型中选择16种进行了计算.结果表明,EA的X射线晶体结构对应的构型是II型左旋(A)a,a型(II-L-A-a,a);小的生成热差值可以使得异构体间的转换容易进行,有利于发生分子内质子传递.尽管采用AM1方法计算得到的EA各种构象的平面性有所差别,但都很接近晶体的平面性.此外,EA分子内氢键键能的平均值为22.9kJ/mol;II型的氢键键能比I型的大,(9,10)位的氢键键能比(3,4)位的大;EA的平面性是由苝醌环上的侧链取代所决定,而与分子内是否存在氢键无关.     

磷酰化丝氨酸形成六配位磷中间体的理论研究

用MNDO方法对磷酰化丝氨酸仿生化反应机理中六配位磷中间体的形成过程进行了研究.磷酰化丝氨酸(1)形成分子内磷酸-羧酸分子内混酐的五配位磷中间体(2)后,其酸性质子解离,分子经过具有氢桥键结构的过渡态,使氨基酸侧链羟基上的氢通过氢键作用向磷上的O₁进行转移,然后再经过构型由三角双锥向八面体的转变,形成六配位磷中间体(3).氢桥键的存在使反应过渡态能量降低,其相对能量为148.5kJ/mol.理论计算较成功的解释了六配位磷中间体的形成机理以及磷酰化丝氨酸仿生化反应中羧基和侧链羟基共同参与的实验结果.     

SBA-15分子筛羟基结构性质及其催化活性的理论研究

采用密度泛函方法对SBA-15分子筛簇模型化合物进行了计算模拟,重点研究了簇模型化合物羟基的几何构型和电子结构性质。从键级、前线分子轨道、静电势和质子化能等方面探讨了表面羟基的酸碱及氧化还原性质。分子筛模型化合物的静电势图显示SBA-15分子筛表面孤立羟基的H原子为分子筛表面的L酸性位,而氢键羟基的O原子则为分子筛表面的B碱性位。分子筛的前线分子轨道研究发现,表面羟基是分子筛表面的氧化还原活性位。计算得到的羟基SiO-H键级及形成的氢键键级分别在0.677 5～0.710 5和0.055 7～0.092 6范围,计算羟基OH的质子化能在1 471～1 589 kJ.mol-1范围。考察分子筛表面的质子化能显示未参与形成氢键的羟基H质子具有较强的B酸性。     

苝醌类光敏剂构象的分子力学研究

用分子力学方法,计算了苝醌类光敏剂竹红菌甲素(HA),乙素(HB)等不同构象的生成热及酚羟基质子解离前后生成热的变化.发现:(1)1(1)HA,HB4种构象导构体的生成热相近,因而室温下即可相互转化;(2)2(2)HA,HB酚羟基质子解离能力有差别,HA强于HB.(3)3(3)HA,HB存在两个分子内氢键,键能均在8kJ/mol左右,而且Ⅰ型构象键能低于Ⅱ型构象,HA低于HB;(4)4(4)当酚羟基键从形成氢键位置扭转180°左右时存在一能量低点,提示这种构象也是可能存在的;(5)5(5)HBMC的酚羟基氢与相邻的氮原子之问也形成分子内氢键,这是HBMC仍有光敏活性的结构基础.     

铑(Ⅰ)催化烯烃碳酰化反应机理:手性聚稠环过程的对映选择性

采用密度泛函理论方法研究了[Rh(R,R-DIOP)]+[DIOP=(1R,2R)-1,2-O-异丙叉-1,2-二醚氧基-1,2-双(二苯基磷基)乙烷]催化下苯并环丁酮手性聚稠环过程在气相、四氢乙呋喃(THF)及水中的反应机理.计算结果表明,在气相中反应容易进行,经TS2形成六元环的过程为决速步骤,但产物无明显的对映选择性.在THF中,S-和R-通道的C—C键活化能垒仅由79.5和69.3 kJ/mol提高到80.2和88.8 kJ/mol,未改变反应的实质;Rh与2个C原子的配位明显弱于气相,相对于催化剂和反应物自由能之和,S-和R-通道的反应总能垒分别提高到63.8和68.1 kJ/mol.对于S-通道,溶剂THF使经TS2的能垒升至112.0 kJ/mol,仍为整个过程的决速步骤;然而对R-通道,溶剂使经TS1形成五元环过程的能垒升至91.5 kJ/mol,但使经TS2的能垒由78.9 kJ/mol降至77.7 kJ/mol,IM1→TS1成为决速步骤.在以水为溶剂时,经TS1形成五元环的过程成为2个通道的决速步骤,其在S-和R-通道中的能垒分别为102.5和94.9 kJ/mol.因此,溶剂改变了反应的决速步骤及能垒.3种方法均预测R-通道为主反应路径,但THF能明显增加产物的对映选择性.采用自然键轨道(NBO)电荷分析了反应过程中电荷的变化.     

苄嘧磺隆印迹聚合物的波谱分析及吸附性能研究

以苄嘧磺隆为模板分子, α-甲基丙烯酸为功能单体, 三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯为交联剂, 二氯甲烷为致孔剂, 在20 ℃温度下, 采用紫外引发沉淀聚合方法制备了苄嘧磺隆分子印迹聚合物. 紫外光谱和核磁共振氢谱实验提示了聚合前模板分子与功能单体之间的相互作用主要是分子间氢键, 分子间氢键相互作用能和双氢键的键距由Hyperchem 7.0和Gaussian 03W软件分别计算为: －28.6163 kJ/mol和0.179～0.181 nm. 制备的印迹聚合物在高效液相色谱和吸附动力学实验中都表现出对模板分子有较强的吸附作用.     

氯化1-乙基-3-甲基烷基咪唑分子结构及其氢键作用能的密度泛函研究

采用量子化学密度范函方法计算研究了氯化1-乙基-3-甲基咪唑盐（[EMIM]C1）正负离子间相互作用的平衡构型和Cl^-离子从不同方位与咪唑阳离子的结合能．计算发现Cl^-可在咪唑环平面上结合形成离子键，其结合能为．368．97kJ／mol，还可与环上的三个H原子形成氢键，其氢键键长和结合能分别为0．2000nm／-378．03kJ／mol、0．2339nm／-344，69kJ／mol和0．2301nm／-346，01kJ／mol．结合能包括氢键作用能和正负离子的静电作用能，后者为主要贡献．从理论上展示了该离子液体的氢键结构．     

苏丹红Ⅱ与肌红蛋白相互作用的分子模拟与实验

用荧光光谱法研究了苏丹红Ⅱ与肌红蛋白(Mb)之间的相互作用, 实验结果表明,二者结合位点数近似为1, 结合常数K=3.84×107L/mol, 有很强的相互作用. 用分子柔性对接技术模拟确定了它们之间的作用位点、作用力类型及相互作用能. 理论计算的结果表明,苏丹红Ⅱ和Mb相互作用的势能为-9419.9 kJ/mol, 静电能为-7468.8 kJ/mol, 范德华能为-1951.0 kJ/mol. 苏丹红Ⅱ与Mb中His64残基形成氢键, 苏丹红Ⅱ也能与疏水氨基酸残基, 如能产生内源荧光的Phe33、Phe43、Phe106 和 Phe138等发生作用, 这与苏丹红Ⅱ能使Mb荧光猝灭的实验结果是一致的.     

儿茶素-胞嘧啶分子间相互作用的密度泛函研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31+G*基组水平上研究了儿茶素-胞嘧啶分子间相互作用机制,得到稳定的儿茶素-胞嘧啶复合物11个.计算结果表明氢键对于复合物的稳定性起着重要的作用,并且当复合物形成2个或更多的氢键时,氢键的类型及强度共同决定着复合物的稳定性.我们还应用了分子中的原子(AIM)理论和自然键轨道(NBO)理论对这11种复合物中氢键的性质和特征进行了分析.通过研究发现,所有的氢键复合物进行基组重叠误差(BSSE)校正后的相互作用能为-17.35～-43.27kJ/mol,相互作用能主要由氢键所贡献.振动分析显示,氢键的形成使相对应键的对称伸缩振动频率减小,说明这些复合物中形成的氢键都是正常的红移型氢键,与实验结果相一致.     

4-羟甲基吡啶－水红移氢键的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论B3LYP方法和6-311++G**基函数对4-羟甲基吡啶与水形成的1:1和1:2（摩尔比）氢键复合物进行了理论计算研究,分别得到稳定的4-羟甲基吡啶－H₂O和4-羟甲基吡啶－(H₂O)₂氢键复合物3个和8个。经基组重叠误差和零点振动能校正后,最稳定的1:1和1:2氢键复合物的相互作用能分别为-20.536和-44.246 kJ/mol。振动分析显示O-H···N(O)氢键的形成使复合物中O-H键对称伸缩振动频率红移(减小)。自然键轨道分析表明,4-羟甲基吡啶与水形成最稳定的1:1和1:2氢键复合物时,分子间电荷转移分别为0.02642 e 和0.03813 e 。含时密度泛函理论TD-B3LYP/ 6-311++G**计算显示,相对于4-羟甲基吡啶单体分子,氢键H-OH···N和H-OH···OH的形成分别使最大吸收光谱波长兰移8~16纳米和红移4~11纳米。     

新型异三聚体超分子的密度泛函计算及其晶体结构、热性能研究

运用密度泛函B3LYP方法，在6-31G^*水平上设计优化了丁二酮肟与苯甲酸通过四重氢键构筑的异三聚体超分子、此异三聚体的总能量比三个单体总能量之和低144．0816kJ／mol，四重氢键的平均键能约为36．0204kJ／mol，属中高强度；298．15K时吉布斯自由能变化△GT=-41．70kJ／mol，显示形成三聚体的反应可自发进行．在此设想指导下，实验合成出相关异三聚体，并得到了晶体结构，与预测的结构极为相似．热性能分析显示，此三聚体不是三个单体的简单叠加，而是一个不同于其单体的全新化合物．理论计算数据与实验结果的一致性，证明了理论计算的预见性．     

H-ZSM-5分子筛上的乙烯二聚反应机理的理论计算研究

应用分子力学和量子力学联合的ONIOM2(B3LYP/6-31G(d,p):UFF)计算方法研究了H-ZSM-5分子筛上乙烯二聚反应的机理. 用40T簇模型模拟ZSM-5分子筛位于孔道交叉点的酸性位,对乙烯二聚过程的分步反应和协同反应两种机理进行了考察. 对于分步反应机理,乙烯分子首先通过π-氢键作用在酸性位形成稳定的吸附络合物,再进一步发生质子化并生成乙醇盐中间体,随后乙醇盐与第二个乙烯分子发生碳-碳键结合形成丁醇盐产物. 第一步质子化和第二步碳链聚合的活化能分别为152.88和119.45 kJ/mol, 表明乙烯质子化反应为速控步骤. 对于协同反应机理,乙烯质子化、碳-碳键和碳-氧键生成同时进行,生成丁醇盐,反应的活化能为162.30 kJ/mol, 略高于分步反应机理中的速控步骤. 计算结果表明这两种反应机理之间存在相互竞争.     

双接触弯曲蓝移氢键CH_2…Y的理论研究

用量子化学从头算方法在MP2/6-311 G(d,p)与MP2/6-311 G(2df,2p)两个理论级别上研究了双接触弯曲氢键Y…H2CZ(Z=O,S,Se)和Y…H2CZ2(Z=F,Cl,Br)(Y=Cl-,Br-).计算表明,在这些复合物中都存在两个等价的Y…H—C蓝移氢键;相互作用能和蓝移都比较大,每个Y…H—C氢键的能量为15～27kJ/mol,CH键长变化为-0.1～-0.5pm,CH伸缩振动频率位移为30～80cm-1.自然键轨道分析表明,3个因素导致了这些蓝移氢键的形成:(1)存在较大的重杂化;(2)弯曲的氢键构型使得分子间直接超共轭相互作用比较小,而存在相当的分子间间接超共轭相互作用;(3)质子给体的分子内超共轭相互作用较大地减小.电子密度拓扑性质的研究表明,在这些氢键复合物中都存在3个分子间临界点:在接受体原子Y与每个H原子之间存在一个键临界点,也存在相应的键径和原子间界面;在YHCH四边形内部存在一个环临界点.因此这些分子间相互作用可以严格地看作氢键.     

石油胶质结构性质的量子化学研究

采用量子化学AM1方法对石油胶质进行了优化计算，得到石油胶质单层结构SG、双层结构DG和三层结构TG的优化构型和分子间作用能。结果表明，石油胶质的稠环芳烃和脂环部分大体为平面结构，支链部分也伸展在平面上。分子中稠环、脂环和侧链中的C—C键长均分别比单独苯环、脂肪环和烷烃的C—C键短。侧链中的C—C键比芳环和脂环的C—C键弱，在催化剂的作用下将优先裂解。重叠形成DG和TG后，键长、键角和电荷略有变化。胶质分子的极性基团间存在氢键作用，DG和TG分子间的作用能分别为－22.8416kJ/mol和－43.8455kJ/mol。双层胶质DG和三层胶质TG结构的体积较大，难以扩散到分子筛催化剂的孔道内。     

水溶液中氨基酸侧链对G∶C碱基对间氢键影响的理论研究

利用量子化学方法研究了气相和水溶液下,氨基酸侧链与鸟嘌呤和胞嘧啶间的氢键作用.应用B3LYP/6-31+G(d,p)方法优化复合物几何结构,使用MP2/aug-cc-p VDZ方法进行复合物能量、自然键轨道(NBO)电荷和二阶稳定化能的计算.结果表明,水溶液可使氨基酸侧链与碱基或碱基对之间氢键键能显著减小;带电复合物气相和水溶液氢键键能之差范围为50.63~146.48 k J/mol,中性为0.17~24.94 k J/mol;电荷的转移量与氢键键能成正比,电荷转移量越多,复合物越稳定;二阶稳定化能与氢键键长成反比,与电荷转移量成正比,且气相与水溶液氢键二阶稳定化能之比约为两相的电荷转移量之比.水溶液对该类体系中氢键作用具有明显影响.     

NTO二聚体分子间相互作用的理论研究

在DFT-B3LYP/6-311＋＋G**水平上求得NTO二聚体势能面上六种优化构型和电子结构. 经基组叠加误差(BSSE)和零点能(ZPE)校正, 求得分子间最大相互作用能为－53.66 kJ/mol. 二子体系间的电荷转移很少. 由自然键轨道分析揭示了相互作用的本质. 对优化构型进行振动分析, 并基于统计热力学求得200.0～800.0 K温度范围从单体形成二聚体的热力学性质变化. 发现二聚主要由强氢键所贡献, 但结合能大小并不为氢键所完全决定. 二聚过程在较低温度或常温下能自发进行.     

NH2 + HNCO反应机理的从头计算

在6-311G(d,p)基组水平上, 采用全电子的UMP2和UQCISD(T)方法对自由基NH₂和HNCO反应机理进行了研究, 结果表明, 反应存在如下两条反应通道: NH₂ + HNCO→NH₃ + NCO (1)和NH₂ + HNCO→N₂H₃ + CO (2). 反应(1)是吸氢反应, QCISD(T,full)// MP2(full)/6-311G(d,p) 计算位垒是29.04 kJ/mol. 与实验估计值29.09 kJ/mol一致. 在反应的温度区间(2300～2700 K),传统过渡态理论得出的速率常数值的范～围是1.68×1011～3.29×10¹¹cm³·mol^-1·s^-1, 支持了反应速率常数应小于等于5.0×10¹¹cm³·mol^-1·s^-1的实验结论. 对反应(1), 理论研究还得出反应物分子可通过分子间作用生成氢键复合物(HBC), 其能量相对于反应物降低32.41 kJ/mol. 反应(2)是一个可经过顺式或反式方式进行的分步反应, 在反应分子间第1步生成N—N键, 再经过一个C—N键断裂过渡态生成产物. 反应(2)控速步骤的位垒为92.79 kJ/mol(顺式)或147.43 kJ/mol(反式). 反应(2)位垒高于反应(1).     

吲哚胺2,3-双加氧化酶Ⅰ与抑制剂INCB024360作用的分子动力学研究

INCB024360是进入临床试验的吲哚胺2,3-双加氧化酶I（IDO1）抑制剂之一,但其结合机理尚不明晰。本文运用分子对接、分子动力学、自由能计算等方法研究了IDO1和INCB024360的结合模式,结果表明：IDO1和INCB024360的复合物形成了6个氢键,结合自由能为-70.82 kJ/mol,静电作用力是主要驱动力,极性溶剂化能是主要抑制力;丙氨酸突变扫描发现Ser263和Glu171是两者结合的关键氨基酸,ΔΔGbind值分别为15.35 kJ/mol和54.39 kJ/mol。这些数据为阐明IDO1和INCB02436结合的分子机制提供理论参考。     

β-HMX晶体结构及其性质的高水平计算研究

对β-HMX晶体进行DFT-B3LYP/6-31G计算研究，求得其能带结构和电子结构，探讨了结构-性能关系。从带隙约为5.7eV推知HMX晶体为绝缘体，计算所得晶格间相互作用能为149.29kJ.mol^-^1；计算的升华热(154.08kJ.mol^-^1)与实验值相符。晶体中相邻分子的硝基氧之间点电荷静电势要高，表明该处晶格易于断裂、并可能成为冲击引爆中心。从原子间距和原子间重叠布居分析，发现β-HMX分子之间存在微弱的氢键；环外以硝胺键较强，环内以N-C键较弱，预示该二部位易于引发分解和起爆。