快速确定丙氨酸-α-多肽构象稳定性的新方法

使用B3LYP／6—31G^*方法优化得到了丙氨酸二肽和三肽分子的23个稳定构象．定义了丙氨酸多肽中的特殊氢原子．对构象中与特殊氢原子有关的主要弱相互作用进行了分析,提出了一种快速确定多肽构象稳定性的新方法．确定了相应的弱相互作用参数．将新方法应用于三肽分子构象相对稳定性的预测,得到了满意的结果．     

阳离子-π体系相互作用的理论研究Ⅱ.铵离子-二苯复合物体系的密度泛函研究

运用密度泛函B3LYP/6-31G*方法对铵离子-二苯复合物体系的可能构型进行了结构优化,得到了复合物的能量最低构型为:铵离子位于两个苯环平面之间分别以两个氢原子和苯环作用,频率计算结果表明该构型为稳定结构.复合物的键长、原子净电荷、分子轨道系数、前沿轨道能量、Mullicken键级等都表明,铵氢原子和与之接近的苯环碳原子之间通过s-π相互作用而实现铵与两个苯环的结合,结合时电子从苯环向铵转移,形成电荷转移复合物.它们之间的结合方式和铵离子-苯复合物及典型氢键的结合方式相似,计算得到的热力学参数证明了这一点.复合物的红外特征振动频率位于230em-1附近,振动方式为铵平行于苯环平面来回振动.     

α-丙氨酸构象的理论计算

用Hyperchem软件中的构象搜寻模块,对Od-丙氨酸进行系统构象搜索,寻找分子低能构象．用B3LYP／6—311＋＋G（d,p）法优化计算13个低能构象,PCM（Polarizable Continuum Models）用于水相计算,获得低能构象的优化几何结构、分子总能量和标准吉布斯自由能．较详细地讨论了α-丙氨酸各构象的相对稳定性,水的溶剂化作用对其能量、几何构型和偶极距的影响等问题．此外,还探讨了一水合丙氨酸的几何构型和能量性质．     

α-环糊精包合物中环己烷构象平衡的PM3研究

用PM3分子轨道方法研究了α-环糊精的包合作用对环己烷构象平衡的影响。发现α-环糊精的包合作用可以改变环己烷的构象平衡。计算结果表明,虽然环己烷的椅式构象比船式构象稳定18.5 kJ*mol-1, 但在α-环糊精的包合物中,船式环己烷包合物比椅式环己烷包合物稳定4.4 kJ*mol-1。因此,超分子体系中客体分子的构象平衡不能简单地从其游离态的构象平衡外推得到,而应该考虑在超分子体系中分子间相互作用对构象的影响。     

1, 2-二硒方酸气相酸性和芳香性的理论研究

在RHF/6-311G^*^*水平优化得到1,2-二硒方酸(3,4-二羟基-3-环丁烯-1,2-二硒酮)三种平面构象异构体的平衡几何构型。进一步用MP2(full)/6-311G^*//RHF/6-311G^*^*方法计算三种异构体的单点能量,发现ZZ型异构体是能量最低构象,且ZZ和ZE型能量非常接近。用优化的最稳定构象ZZ型异构体在RHF/6-311G^*^*//RHF/6-311G^*^*,RHF/6-311+G^*^*//RHF/6-311+G^*^*,MP2(full)/6-311+G^*^*//RHF/6-311+G^*^*和B3LYP/6-311+G^*^*//B3LYP/6-311+G^*^*水平计算其气相酸性[ΔGⅲ~(~2~9~8~K~)]和同键反应芳香性稳定化能(HASE)。用基团加和法(groupincrementapproach)在RHF/6-311+G^*^*//RHF/6-311+G^*^*和B3LYP/6-311+G^*^*//B3LYP/6-311+G^*^*水平计算其磁化率增量(Λ)。计算结果指出标题化合物的键长发生了平均化,同键反应芳香性稳定化能和磁化率增量均为负值,表明它具有芳香性,实现了标题化合物芳香性的几何、能量和磁性的判定。     

白藜芦醇清理羟基自由基夺氢机理的量子化学研究

在DFT方法的B3LYP/6-31G水平下, 对反式白藜芦醇分子的所有可能构象进行了优化, 并对最稳定构象进行了自然键轨道分析. 键级数据表明, 白藜芦醇清理羟基自由基最活泼反应位点应为其单羟基环上的羟基, 对产物白藜芦醇自由基的优化结果表明, 单羟基环氧自由基的稳定性最高. 在B3LYP/6-31G水平下寻找白藜芦醇单羟基环羟基清理羟基自由基的过渡态, 频率分析结果表明只存在一个虚频. 对该过渡态结构进行内禀反应坐标反应路径解析(IRC), 结果表明, 过渡态沿反应坐标方向分别指向反应物络合物和产物络合物, 反应通道各个能量驻点显示反应物与反应物络合物的能量差为E1=173.5193 kJ/mol, 反应物络合物与过渡态、反应物络合物与产物的能量差分别为Ea=16.5143 kJ/mol, E2=51.8799 kJ/mol. 可见反应物的能量远高于过渡态及产物, 因此, 反应物络合物的形成应是整个反应的驱动力.     

吡啶-BH~3相互作用复合物的理论研究

对吡啶-BH~3复合物分别用MP2/6-31+G^*和B3LYP/6-31+G^*进行理论计算以预测该复合物的构型及解离能，得到四种构型，在MP2优化构型基础上作CCSD/6-31+G^*单点能量计算以验证MP2与B3LYP结果的可靠性，然后用B3LYP作振动频率分析，计算了各构型的垂直电离势，最后用更大基组作单点能量计算和自然键轨道(NBO)分析。结果表明，N-B直接相连的构型最稳定，其解离能为141.50kJ/mol,MP2和B3LYP对N-H接近的构型结果相关较大，另外两种构型稳定性介于二者之间，解离能分别为15.18kJ/mol,14.06kJ/mol(MP2/6-31+G^*)。     

阳离子-π体系相互作用的理论研究——Ⅰ.铵离子-苯复合物构型及相互作用的密度泛函研究

运用密度泛函B3LYP/6 31G 方法对铵离子 苯复合物的 6种可能构型进行了计算研究 ,发现铵离子的 2个氢指向苯环且不具对称性的结构为能量优势结构 .根据计算得到的复合物结构特点 ,分子间作用方式及热力学参数 ,得出铵离子和苯之间的作用是氢键相互作用的结论 .     

2',3'-二脱氧-2',3'-二去氢鸟嘌呤核苷构象稳定性的理论研究

采用密度泛函方法在B3LYP/6-31＋G**水平上研究了2',3'-二脱氧-2',3'-二去氢鸟嘌呤核苷分子(D4G)的构象. 分别研究在气相中的孤立分子和一水合物异构体的相对稳定性和异构体之间的相互转变过程, 分析了水分子的参与对D4G异构体的相对稳定性和几何结构参数以及自然电荷的影响. 结果表明, 孤立的D4G分子在气相中存在8种稳定构象, 其中构象d4g-2是所有构象中最稳定的, 气相中D4G主要以d4g-2存在. 气相中各构象的相对稳定性为: d4g-2＞d4g-1＞d4g-5＞d4g-3＞d4g-6＞d4g-4＞d4g-8＞d4g-7. 计算得到的各构象键长和键角数据与实验值接近. 一个水分子的加入对D4G分子的构型参数有所影响, 基本不改变D4G分子各构象的稳定性顺序, 但构象转变的能垒有所提高. 氢键在分子构象中发挥了重要作用.     

2',3'-二脱氧-2',3'-二去氢鸟嘌呤核苷构象稳定性的理论研究

采用密度泛函方法在B3LYP/6-31＋G**水平上研究了2',3'-二脱氧-2',3'-二去氢鸟嘌呤核苷分子(D4G)的构象. 分别研究在气相中的孤立分子和一水合物异构体的相对稳定性和异构体之间的相互转变过程, 分析了水分子的参与对D4G异构体的相对稳定性和几何结构参数以及自然电荷的影响. 结果表明, 孤立的D4G分子在气相中存在8种稳定构象, 其中构象d4g-2是所有构象中最稳定的, 气相中D4G主要以d4g-2存在. 气相中各构象的相对稳定性为: d4g-2＞d4g-1＞d4g-5＞d4g-3＞d4g-6＞d4g-4＞d4g-8＞d4g-7. 计算得到的各构象键长和键角数据与实验值接近. 一个水分子的加入对D4G分子的构型参数有所影响, 基本不改变D4G分子各构象的稳定性顺序, 但构象转变的能垒有所提高. 氢键在分子构象中发挥了重要作用.     

Si~2Cl~6分子的内旋转能垒和振动基频的理论研究

用从头算方法HF/6-31G^*^*和密度函方法B3LYP/6-31G^*^*,对Si~2Cl~6分子的平衡几何构型进行优化,优化的结果与实验结果吻合得较好.并用上述两种不同的方法计算Si~2Cl~6分子的内旋转能垒,结果分别为8.786和6.694kJ/mol,其中DFT方法的计算结果与实验结果4.18kJ/mol吻合得较好.对Si~2Cl~6分子的振动基频进行计算.用HF/6-31G^*^*SQM力场所计算的频率理论值与实验值的平均误差为7.3cm^-^1,用B3LYP/6-31G^*^*未标度的力场所计算的频率理论值与实验值的平均误差为6.0cm^-^1.该密度泛函方法(B3LYP/~6-31G^*^*)的理论计算值比用HF/6-31G^*^*标度后的SQM力场计算的频率与实验值(除Si--Si键扭转振动基频之外的11条振动基频)吻合得更好.并给出了Si--Si键扭转振动基频的预测值。     

Si~2Cl~6分子的内旋转能垒和振动基频的理论研究

用从头算方法HF/6-31G^*^*和密度函方法B3LYP/6-31G^*^*,对Si~2Cl~6分子的平衡几何构型进行优化,优化的结果与实验结果吻合得较好.并用上述两种不同的方法计算Si~2Cl~6分子的内旋转能垒,结果分别为8.786和6.694kJ/mol,其中DFT方法的计算结果与实验结果4.18kJ/mol吻合得较好.对Si~2Cl~6分子的振动基频进行计算.用HF/6-31G^*^*SQM力场所计算的频率理论值与实验值的平均误差为7.3cm^-^1,用B3LYP/6-31G^*^*未标度的力场所计算的频率理论值与实验值的平均误差为6.0cm^-^1.该密度泛函方法(B3LYP/~6-31G^*^*)的理论计算值比用HF/6-31G^*^*标度后的SQM力场计算的频率与实验值(除Si--Si键扭转振动基频之外的11条振动基频)吻合得更好.并给出了Si--Si键扭转振动基频的预测值。     

环双(对-蒽基-对草快)的分子识别与谱学性质

环双(对-蒽基-对草快)是一种新型的缺电子大环仿生主体, 分子识别是其最重要的应用之一. 考察主体对一系列客体分子如水、氨、醇及杂环等的识别能力, 用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP/3-21G基组对主客体复合物的结构进行优化. 在B3LYP/6-31G(d)水平上进行单点能计算, 校正后得到复合物的结合能. 用B3LYP/3-21G方法计算13C和3He化学位移. 结果表明, 主体对客体分子的识别主要靠客体上的杂原子与主体上的氢原子之间的氢键进行. 复合物的稳定化能受氢键的数目和距离影响. 氢键的形成导致部分复合物LUMO与HOMO能隙增大, 同时导致与氢键相连的C—H键上C原子的化学位移向低场移动. 复合物的芳香性与其结合能的大小及结合方式有关. 主体的芳香性因其与客体之间的弱相互作用而提高, 但太强的相互作用及客体在主体空腔内都将影响主体的环电流, 从而削弱其芳香性.     

1,3,5-三硝基苯在高岭石表面吸附的理论研究

构造了高岭石硅氧层和铝氧层的团簇模型(分别为Si₁₃O₃₇H₂₂和Al₆O₂₄H₃₀), 并分别在B3LYP/6-31G(d), MP2/6-31G(d)//B3LYP/6-31G(d)和B3LYP/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-31G(d)理论水平上对1,3,5-三硝基苯(TNB)在高岭石表面的吸附性质(如优化的几何构型、 结构参数、 吸附能、 振动频率、 静电势和分子轨道等)进行了研究. 结果表明, TNB和硅氧层表面间的相互作用以静电和范德华相互作用为主; TNB与铝氧层间的相互作用以氢键为主, 且TNB和铝氧层间相互作用的能量更低, 结构更稳定.     

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.     

电场作用下分子导线的理论研究

摘要利用从头计算法分别在HF/6-31G, HF/6-31G*, HF/6-31G**, HF/6-31+G, HF/6-31++G, HF/6-31+G*, HF/6-31+G**, HF/D95+*, B3LYP/6-31G*和B3LYP/6-31+G*水平上计算了5个单体的聚乙炔分子导线, 从几何构型、 SCF能量和分子轨道能级三个方面讨论了外电场对分子导线的影响, 给出了聚乙炔分子导线性质与外电场变化的定量关系.     

3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪二聚体分子间相互作用的理论研究

在DFT-B3LYP/6-31G(d)水平下,求得3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪二聚体势能面上3种优化几何构型和电子结构。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-38.88kJ/mol。电荷分布与转移分析表明,二子体系间的电荷转移很少,但接触点上氮原子和氢原子电荷变化比较大。由自然键轨道(NBO)分析揭示了分子间相互作用的本质。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,二聚过程在较低温度或常温下能自发进行。     

可乐定分子构象异构和互变异构的理论研究

采用HF/6-31G*方法, 对氨基型和亚胺型可乐定中性分子以及质子化的可乐定分子进行了构象分析. 之后采用B3LYP/6-31G**方法对处于势能面上的能量极小构象异构体进行全自由度几何优化和频率分析. Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算. 结果表明, 在气相和水相中可乐定中性分子主要以亚胺型存在, 这同已有实验结果一致. 进一步, 寻找构象异构化过渡态和氨基型亚胺型互变异构化过渡态, 探讨质子化和水溶剂化效应对异构化过程的几何结构和能量的影响. 为了考察氯苯的共轭效应对可乐定互变异构体稳定性的影响, 在B3LYP/6-31G**水平上, 研究了2-氨基-2-咪唑啉的互变异构化反应机理.     

联吡啶构象异构的理论研究

采用HF/6-31G*方法,对6种联吡啶构造异构体进行了构象分析.之后采用B3LYP/6-311G**方法对处于势能面上的能量极小构象异构体进行全自由度几何优化和频率分析,并且寻找构象异构化过渡态.采用自洽反应场极化导体模型溶剂理论,探讨了水溶剂对优势构象异构体的几何结构和能量的影响.     

最短α-螺旋的理论研究

在B3LYP/6-31+G**水平下的溶剂中优化得到4个残基长和5个残基长的α-螺旋. 计算得到的骨架构象与蛋白质晶体结构的统计结果符合得很好. 类似于一般的较长α-螺旋, 观察到了C-端的散开. 对很短的聚丙氨酸肽链, 从焓上看310-螺旋明显比α-螺旋稳定, 然而熵效应不利于310-螺旋结构. 螺旋N2(N-端第二个残基)位上天冬氨酸侧链的加盖(Capping)效应明显使α-螺旋相对310-螺旋更加稳定. 因而, 在同样长度下α-螺旋比310-螺旋多的统计结果能够被理解. 另外, 最短的α-螺旋的C-端倾向于以β-转角结构结束.