M-RNA碱基复合物(M=Ca~+和Mg~+)特征振动的密度泛函理论分析

采用密度函数理论的B3LYP交换关联能泛函在6-311+G(2df,2p)基组水平上,优化计算了Ca+,Mg+与RNA碱基嘧啶各同分异构体形成稳定复合物的结构,发现其中C1M,T1M和U1M(M=Ca+和Mg+)为最稳定复合物,并对这些复合物红外振动进行了计算.计算结果显示碱基嘧啶单体主要存在的两个红外特征振动,是由环振动和环外氧原子及与其成键的环上碳原子之间产生伸缩振动引起的.当形成复合物时,由于离子的参与,使单体碱基分子的振动情况发生了改变,主要表现在离子倾向于与环外负电子原子N和O原子成键,使与离子直接作用环外原子参与的特征振动频率减小,谱线红移;不与离子直接作用环外原子引起的特征振动频率增大,谱线蓝移.     

硫尿嘧啶特征振动的密度泛函理论分析

采用密度泛函理论的B3LYP交换关联能泛函,在6-311+G(2df,2p)基组水平上,对尿嘧啶及硫尿嘧啶分子进行优化计算,发现硫尿嘧啶两个互变异构体中,硫取代7位置氧(U7S)的总能量为-20080.0636eV,硫取代3位置氧(U3S)的总能量为-20079.9896eV,U7S的总能量较小,较为稳定.在同样基组水平上对这些分子进行振动频率分析,发现尿嘧啶分子C—O健伸缩振动频率约为1770cm-1,而形成硫尿嘧啶时,与之相对应的S—O键伸缩振动频率约为1160cm-1,发生了约600cm-1的红移,且红外活性减弱.对应于该振动模式的力常数从16N·cm-1降低至3N·cm-1,折合质量由8amu降至3.8amu,力常数的减弱是产生这一振动红移的主要原因.     

M-Uracil复合物(M=Ca2+和Mg2＋)特征振动的密度泛函理论分析

采用密度函数理论的B3LYP交换关联能泛函在6-311 G(2df,2p)基组水平上,对Ca2 、Mg2 与尿嘧啶(简称U)三种各互变异构体(简称U1、U2和U3)形成的复合物进行了优化计算,获得稳定复合物的构形,并对这些稳定复合物进行振动频率计算.分析计算结果发现由于离子的参与,单体分子振动的力常数和折合质量均会发生变化,导致红外振动谱线发生不同程度移动;进一步分析发现C-H和O-H键的氢原子作弯曲振动和伸缩振动的谱线移动不确定,直接与离子作用的氧原子参与的振动谱线会发生红移,不直接与离子作用的氧原子参与的振动谱线会发生蓝移.     

复合物Ca+-RNA碱基的结构与稳定性

用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6311+G(2df,2p)基组水平上,确定了RNA碱基与Ca+的气相金属离子亲和能和复合物的优化结构.通过考虑Ca+作用于RNA碱基互变异构体的不同位置,获得了所有稳定的复合物.对于胞核嘧啶,最稳定的复合物起源于最稳定的分子互变异构体;对于胸腺嘧啶,最稳定的分子互变异构体形成的复合物的键能最小,而最不稳定的互变异构体形成的复合物键能最强;尿嘧啶的情形与胸腺嘧啶相似.在互变异构体复合物中,键能是依赖于金属离子成键的位置,而总能量取决于全部的原子和它们之间的相对位置,这可能是造成几种互变异构体复合物键能和总能量变化趋势并不一致的原因.     

范德华复合物C6H5CH3…N2的共振双光子电离光谱

由复合物C6H5CH3…N2共振双光子电离光谱获得了复合物分子间范德华振动模式和N2的内转动的大量信息.通过对比同位素分子C6D5CD3…N2的光谱，我们合理地归属了所观察到的C6H5CH3…N2复合物的所有谱线.由光解离碎片的机理分析，推得复合物C6H5CH3…N2的激发态和基态的键能大约是494和474 cm－1，与理论计算值非常接近.     

复合物Mg+-NCSCH3光诱导反应

观察了复合物Mg⁺-NCSCH₃在230~440 nm范围的光解离光谱. 在此波段内的复合物光诱导产物的质谱显示, 存在着非反应猝灭产物Mg⁺和反应产物Mg⁺NC、Mg⁺NCS. 反应产物来源于S－C化学键的断裂. 复合物的光解离光谱由两个对应于原子Mg⁺(3²P←3²S)跃迁的宽峰构成. 由量化计算中的CIS方法所获得的吸收谱理论值与实验值吻合较好.     

复合物Mg＋-NCSCH3, Ca＋-NCSCH3光解离光谱研究

研究了复合物Mg^＋-NCSCH₃在230～440 nm波段和Ca^＋-NCSCH₃在320～560 nm波段的光解离光谱. 复合物Mg^＋-NCSCH₃, Ca^＋-NCSCH₃光诱导反应的产物质谱表明有非反应猝灭产物Mg^＋(Ca^＋), C—S键断裂产物Mg^＋(Ca^＋)NC 和Mg^＋(Ca^＋)NCS以及重排反应产物Mg^＋(Ca^＋)-CHSH通道. 在原子跃迁谱线(3²S→3²P, 对于Mg^＋; 4²S?4²P, 对于Ca^＋)的红和蓝两边, Mg^＋-NCSCH₃的光解离光谱由两个宽峰组成; 而对于Ca^＋-NCSCH₃, 则是由三个谱峰构成. CIS/6-311＋＋G^**等级上, 对应于基态构型的Mg^＋-NCSCH₃电子态跃迁能量和振子强度与实验光谱较为一致; 而Ca^＋-NCSCH₃有较大的差别. 这是因为CIS方法忽略电子相关效应, 而Ca^＋-based的跃迁中3d和4s轨道间存在较强的混合所致.     

复合物Mg＋-NCSCH3, Ca＋-NCSCH3光解离光谱研究

研究了复合物Mg^＋-NCSCH₃在230～440 nm波段和Ca^＋-NCSCH₃在320～560 nm波段的光解离光谱. 复合物Mg^＋-NCSCH₃, Ca^＋-NCSCH₃光诱导反应的产物质谱表明有非反应猝灭产物Mg^＋(Ca^＋), C—S键断裂产物Mg^＋(Ca^＋)NC 和Mg^＋(Ca^＋)NCS以及重排反应产物Mg^＋(Ca^＋)-CHSH通道. 在原子跃迁谱线(3²S→3²P, 对于Mg^＋; 4²S?4²P, 对于Ca^＋)的红和蓝两边, Mg^＋-NCSCH₃的光解离光谱由两个宽峰组成; 而对于Ca^＋-NCSCH₃, 则是由三个谱峰构成. CIS/6-311＋＋G^**等级上, 对应于基态构型的Mg^＋-NCSCH₃电子态跃迁能量和振子强度与实验光谱较为一致; 而Ca^＋-NCSCH₃有较大的差别. 这是因为CIS方法忽略电子相关效应, 而Ca^＋-based的跃迁中3d和4s轨道间存在较强的混合所致.