核酸碱基的非谐性振动:正规及错配碱基对的一维和二维红外光谱及其结构基础

用量子化学计算研究了正规Watson-Crick碱基对和四例典型的错配碱基对.对碱基单体和二聚体进行了详细的非谐性频率分析,以揭示其结构方面的一些振动特征.研究发现这些振动特征能在模拟的一维和二维红外光谱中很好地表现出来.利用势能分布研究了所选简正模式的离域化程度,发现从孤立的碱基单体到参与氢键的二聚体,模式的离域化程度变化很大;同时,这些模式的非谐性常数也发生了相应的改变.以人们通常认为的位于红外光谱中6-μm波长区域的羰基伸缩模式为例进行了探讨.     

核酸碱基的非谐性振动:Ⅲ,DNA叠加二聚体的一维和二维红外光谱

用量子化学计算方法研究了DNA碱基单体及其15个B型和2个G-四链体的叠加二聚体的非谐性振动光谱特征.研究发现,从碱基单体到二聚体,C=O伸缩模式之间的相互作用很强,表现在其非谐性振动频率和非谐性常数都发生了明显的改变,特别是在含碱基G的叠加体中.这些变化能在一维和二维红外光谱中很好地表现出来.利用振动模式的势能分布和非谐性常数的组成分析,讨论了叠加二聚体中C=O模式的离域化程度.     

Anharmonic Vibrational Signatures of DNA Bases and Watson-Crick Base Pairs

在密度泛函理论水平上研究了从DNA碱基单体到Watson-Crick碱基对的结构、电荷分布、以及非谐性振动参数的变化. 通过研究参与碱基对中多重氢键的NH₂、N-H和C=O的伸缩振动模式,预测了这些模式的对角非谐性常数、非对角非谐性常数、以及非谐性振动耦合对碱基结构变化的敏感性. 研究结果揭示了DNA碱基中非谐性振动势、分子间氢键和静电相互作用之间的内在联系.     

尿嘧啶及其5位取代物分子的指纹区间的非谐性振动特征

在B3LYP/6-311++G~(**)水平上利用振动二阶微扰理论对2-吡啶酮,尿嘧啶及其5-取代物:5-溴-尿嘧啶、5-氯-尿嘧啶、5-氟-尿嘧啶、5-三氟甲基-尿嘧啶、5-腈-尿嘧啶、5-羟基-尿嘧啶(排斥式和氢键式)、胸腺嘧啶分子做了非谐性计算,研究这些分子在1 600~1 850 cm-1指纹区间振动模式的非谐性频率,非谐性常数与取代基影响的关系,并计算了费米共振峰,用振动激子模型模拟了耦合常数.和2-吡啶酮中的C=O和C=C伸缩振动相比,不同的5位取代基引起嘧啶分子中C=O跃迁偶极矩波动,取代基的电负性使C=C伸缩的跃迁偶极矩增加,并使得嘧啶分子中C=O和C=C伸缩振动之间的相互作用值改变显著,跃迁偶极耦合常数值和跃迁振动电子立方密度充分说明电子相互作用对模式间的耦合起着关键作用.