酸碱指示剂的胶体误差与蛋白质的探针反应

在有些分析化学教材和参考书中讨论到影响酸碱指示剂变色范围的因素时,除了浓度、温度及溶剂外,都谈到胶体(特别是蛋白质)的影响.Bishop在专著“指示剂”中提出,蛋白质     

水液相环境下氢氧根水分子簇催化布洛芬旋光异构及质子的作用

采用基于密度泛函理论的B3LYP方法和从头算的MP2方法,结合自洽反应场理论的SMD模型,研究了布洛芬(Ibu)分子2种稳定构象的旋光异构反应。研究发现:Ibu的旋光异构有氢氧根拔α-氢和氢氧根水分子簇联合拔α-氢两种机理。势能面计算表明:对于构象1,氢氧根拔α-氢时旋光异构的决速步骤能垒为42.69kJ·mol~(-1),氢氧根水分子簇联合拔α-氢时旋光异构的决速步骤能垒为48.83kJ·mol~(-1);对于构象2,氢氧根拔α-氢时旋光异构的决速步骤能垒为38.73kJ·mol~(-1),氢氧根水分子簇联合拔α-氢时旋光异构的决速步骤能垒为50.72kJ·mol~(-1)。质子的存在会使Ibu旋光异构反应的后半程变成无势垒放热反应。结果表明,水液相碱性环境下布洛芬分子可以较快地旋光异构,质子与氢氧根离子共存会使Ibu旋光异构的反应速度更快。     

水液相环境下羟自由基诱导的苯丙氨酸分子损伤机理

在MP2/ SMD/6-311++g(3df, 2pd)//WB97X-D/SMD/6-311++G(d, p)理论水平上,研究了水液相环境下羟自由基诱导的苯丙氨酸分子的损伤机理。研究发现,羟自由基（水分子簇）抽取α-氢、β-氢、苯环-氢以及羟自由基与苯环加成均可致苯丙氨酸分子损伤。势能面计算表明,羟自由基（水分子簇）抽取α-氢和β-氢的最低能垒分别为68.4和89.3 kJ·mol^-1,羟自由基抽取苯环-氢的最低能垒为111.6 kJ·mol^-1,羟自由基加成到苯环不同位点碳的能垒大约在106.5~110.2 kJ·mol^-1,羟自由基（水分子簇）抽α-氢和β-氢是显著的放热反应。结果表明,羟自由基（水分子簇）抽取α-氢是苯丙氨酸分子损伤的主要途径。     

水环境下羧基与氨基间为单氢键的α-Ala旋光异构及羟自由基和氢氧根的作用

采用密度泛函理论的B3LYP方法、微扰理论的MP2方法和自洽反应场（SCRF）理论的SMD模型方法,研究了水环境下羧基与氨基间为单氢键的α-Ala旋光异构及羟自由基和氢氧根作用的反应。研究发现：α-Ala的旋光异构可在a和b两个通道实现,a通道为羧基顺反异构后,水分子簇作媒介质子以氨基为桥从α碳的一侧向另一侧迁移;b通道为水分子簇作媒介,质子从α碳向氨基氮的迁移与羧基顺反异构协同进行。在a通道,羟自由基水分子簇可致α-Ala损伤。势能面计算表明：水环境下,在a通道3个水分子簇作氢迁移媒介,决速步能垒为113.37 kJ·mol^-1,氢氧根水分子簇的催化使该能垒降到64.45 kJ·mol^-1;在b通道2个水分子簇作氢迁移媒介,决速步能垒为135.00 kJ·mol^-1。羟自由基水分子簇致α-Ala损伤的能垒在水分子抽氢和羟自由基抽氢时分别为24.47和 80.60 kJ·mol^-1。     

α-丙氨酸分子在扶手椅型SWCNT(9,9)内的手性转变机制

采用组合的量子化学ONIOM(B3LYP/6-31++G(d,p):UFF)方法,研究了限域在SWCNT(9,9)内α-丙氨酸的分子结构和手性转变机制.为得到相对高水平的体系能量和反应势能面,在ONIOM(B3LYP/6-311++G(3df,3pd):UFF)水平上计算了各个包结物的单点能.分子结构分析表明:与单体α-丙氨酸相比,受限在SWCNT(9,9)碳纳米管内时,键长均略缩短,骨架原子的二面角基本不变.反应路径研究发现,α-丙氨酸分子在SWCNT(9,9)内的手性转变路径有2条与单体情况大致相同.不存在单体情况的有羰基H和甲基H协同转移过程的反应通道.对手性转变反应过程势能面的计算发现,S型α-丙氨酸在SWCNT(9,9)内向R型转变与单体α-丙氨酸手性转变反应过程的主要能垒相比较,路径1的最高能垒同样是由在纸外面的氢从手性碳直接到羰基氧的过渡态产生的,能垒基本不变;路径2是氢先在羧基内转移,此过程的能垒由194.5降到137.6kJ·mol-1.而后纸外面的氢从手性碳转移到羰基,此过程的能垒由317.1降到302.9kJ·mol-1.研究结果表明,SWCNT(9,9)对α-丙氨酸的限域影响使手性转变反应过程的某些能垒降低,改变或部分改变了反应路径.     

α-丙氨酸分子手性转变反应通道及水分子作用的理论研究

基于密度泛函理论,对孤立条件下的α-丙氨酸分子手性转变过程和水分子对此过程中氢转移的催化作用进行了研究.通过寻找过渡态和中间体等极值点的结构,绘制了孤立条件下α-丙氨酸分子手性转变的过程以及水环境中重要氢转移过程的势能面.结果表明,孤立条件下α-丙氨酸分子手性转变有2条路径:路径1由3个中间体和4个过渡态组成,最高能垒337.4kJ·mol-1来自羧基的氢向甲基迁移和甲基的氢向手性碳迁移的协同过程.路径2由4个中间体和5个过渡态组成,最高能垒316.3kJ·mol-l来自手性碳上的氢向羧基上氧的转移.单个水分子和2个水分子作为氢转移的桥梁,使路径2的最高能垒从316.3kJ·mol-1分别降到198.0和167.8kJ·mol-1.     

水液相环境下α-丙氨酸分子的旋光异构及氢氧根和羟基自由基的作用

在MP2/6-311++G(3df,2pd)//B3LYP/6-31+G(d,p)水平,采用自洽反应场(SCRF)理论的SMD模型研究了水液相环境下具有氨基和羧基间双氢键的α-丙氨酸(α-Ala)分子的旋光异构。研究发现:α-Ala的旋光异构有a、b和c三个反应通道,分别是质子以羰基氧、羧基及氨基为桥从手性碳的一侧迁移到另一侧。势能面计算结果显示:2个水分子簇的催化及溶剂效应的作用下,三个反应通道的决速步骤能垒分别为154.96、171.79和123.98kJ·mol~(-1),反应通道c为优势通道;3个水分子簇作氢迁移媒介时,反应通道c的决速步骤能垒降至109.61kJ·mol~(-1)。氢氧根水分子团簇的催化使该能垒降至61.83kJ·mol~(-1)。羟基自由基水分子簇致α-Ala损伤有水分子拔氢和羟基自由基拔氢两种机理,反应能垒分别为23.84、80.34kJ·mol~(-1)。结果表明:水液相环境下,α-Ala分子可缓慢地发生旋光异构,氢氧根水分子簇的催化可使α-Ala分子较快地旋光异构,羟基自由基水分子簇可使α-Ala分子迅速损伤。     

孤立条件下布洛芬分子手性转变过程的理论研究

基于密度泛函理论的B3LYP方法,采用6-31+g(d,p)基组,对孤立条件下布洛芬分子的手性转变过程进行研究.通过寻找反应过程中包括过渡态和中间体的各极值点结构,绘制了布洛芬分子手性转变路径反应势能面,分析了各极值点的几何和电子结构特性.结果表明:布洛芬实现从S型到R型手性转变的反应路径有两条.路径1包括三个过渡态和两个中间体,路径2包括四个过渡态和三个中间体.反应路径上最大的能垒是73.54 Kcal/mol,来源于手性碳上的氢向羧基上的氧转移.这一研究为进一步实现一些有重要应用价值的点手性分子手性转变反应调控提供了理论参考.     

水液相环境下羟自由基诱导的苯丙氨酸分子损伤机理

在MP2/ SMD/6-311++g(3df, 2pd)//WB97X-D/SMD/6-311++G(d, p)理论水平上,研究了水液相环境下羟自由基诱导的苯丙氨酸分子的损伤机理。研究发现,羟自由基（水分子簇）抽取α-氢、β-氢、苯环-氢以及羟自由基与苯环加成均可致苯丙氨酸分子损伤。势能面计算表明,羟自由基（水分子簇）抽取α-氢和β-氢的最低能垒分别为68.4和89.3 kJ·mol^-1,羟自由基抽取苯环-氢的最低能垒为111.6 kJ·mol^-1,羟自由基加成到苯环不同位点碳的能垒大约在106.5~110.2 kJ·mol^-1,羟自由基（水分子簇）抽α-氢和β-氢是显著的放热反应。结果表明,羟自由基（水分子簇）抽取α-氢是苯丙氨酸分子损伤的主要途径。     

水液相环境下α-丙氨酸Mn（Ⅱ）配合物旋光异构的理论研究

采用密度泛函理论的明尼苏达泛函2006（M06）和明尼苏达泛函2015（MN15）方法，结合自洽场理论的溶质全电子密度溶剂化（solvation model based on desity，SMD）模型，研究了水液相下两性α-丙氨酸二价锰配合物（Mn（Ⅱ））的旋光异构。研究结果表明，S-Ala·Mn²⁺（S-Mn（Ⅱ））可在a、b、c和d 4个通道旋光异构，a通道H以O为桥迁移，b通道H以O和N顺次为桥迁移，c通道H以N为桥迁移，d通道H以Mn（Ⅱ）为桥迁移。势能面计算结果表明，c通道最具优势，决速步能垒为220.8 kJ·mol^-1；a和b通道同为亚优势通道，决速步能垒为254.8 kJ·mol^-1；d通道为劣势通道，决速步能垒为293.3 kJ·mol^-1。在水分子（簇）作用下，c通道决速步能垒降至155.1 kJ·mol^-1；a和b通道决速步能垒降至165.8 kJ·mol^-1；d通道仍为劣势通道，且S-A·Mn无法在该通道旋光异构。水液相下S-A·Mn很难消旋，Mn（Ⅱ）用于生命体补充二价锰和α-丙氨酸具有较好的安全性。