木瓜蛋白酶的量子化学研究Ⅱ——活性中心区域的几何特征和分子静电势

本文用计算机绘图程序对未瓜蛋白酶分子及其活性中心区域的分子表面外壳作了计算和作图,并对其带电荷侧链,活性中心的相邻氨基酸和α-螺旋对整个分子和活性中心区域的静电势影响作了计算.酶催化反应的机理和活性中心区域的几何特征和静电势分布特征有密切关系.     

紫杉醇类似物C13侧链手性构型与活性关系的从头算研究

应用从头算RHF/STO-3G方法优化了四个紫杉醚异构体,在RHF/6-31G*水平进行单点计算,并计算了四个分子的静电势。分子立体构型表明:C13侧链上2 R构型的2-OH和3 S构型的3-NH均处于分子外侧,有利于与受体极性基团结合;2 S构型的2-OH和3 R构型的3-NH在分子的内侧,不利于与受体极性基团结合。静电势的结果表明,R构型的2-OH和S构型的3-NH可以产生相应的负电势区域。当C13侧链为天然构型(2 R,3 S)时,分子可能以双基结合的方式通过负静电势区域与受体作用,活性较高。     

18-冠醚-6及其碱金属离子配合物的原子电荷及构象能的分子力学研究

本文推导了电负性电荷与静电势电荷的关系,并把电负性电荷用于分子力学计算.我们的推导和计算结果表明,电负性电荷也能很好的反映分子中的静电相互作用,并用于分子力学计算,从而我们为用电负性作为分子力学力场参数提供了理论根据.     

18-冠醚-6及其碱金属离子配合物的原子电荷及构象能的分子力学研究

本文推导了电负性电荷与静电势电荷的关系, 并把电负性电荷用于分子力学计算。我们的推导和计算结果表明, 电负性电荷也能很好的反映分子中的静电相互作用, 并用于分子力学计算, 从而我们为用电负性作为分子力学力场参数提供了理论根据。     

基于密度泛函理论研究碱性水溶液中乙内酰脲及其衍生物的结构及性质

乙内酰脲及其衍生物对多种金属离子具有良好的络合效果,是一种有望取代氰化物的绿色电镀络合剂.本文以密度泛函理论(DFT)方法对乙内酰脲及其衍生物的反应活性进行了研究.通过分子极性指数和极性表面积所占总面积百分比研究多种乙内酰脲衍生物在水中的溶解性,理论计算结果与文献报道的实验结果基本一致.通过原子电荷、表面静电势、原子对...     

结合三维静电势参数研究二取代苯的定量结构－疏水性关系

对含有常见取代基的92个二取代苯化合物进行了结构优化和静电势及其导出参数的计算,运用多元线性回归方法对化合物的疏水常数与分子的结构参数进行了关联.结果表明,分子表面负静电势的加和ΣV－S、分子空间内最负的静电势Vmin、表面最大静电势Vs,max以及分子体积V、极性表面积APS和分子的偶极密度μ/V这六个参数,可以很好地用于表达这些化合物疏水性与分子结构间的定量关系,而不用具体考虑分子中极性基团间的相互作用.用建立起来的QSPR(quantitative structure-property relationship)关系式对111个类似化合物的疏水性进行了预测,获得了满意的结果.     

从头计算法研究沙蚕毒和杀虫环分子的几何构型与电子结构

用Hartree-Fock/6-31G^*从头算确定了沙蚕毒和杀虫环分子的几何构型,在全局优化中发现杀虫环分子的椅式和船式两种稳定构象,在二级Moller-plesset微扰理论MP2/6-31^*水平下,椅式较船式稳定27.06kJ/mol.用MP2/6-31G^*波函数计算电子相关校正的分子静电势,以此为基础讨论生物活性与静电势的关系。发现对此二分子,Mulliken布居分析获得的原子净电荷存在问题,本文用Breneman提出的从静电势导出原子净电荷的CHELPG方法计算了原子净电荷。     

DNA碱基的电子相关效应

分别在Hartree-Fock和二级Moller-Plesset微扰理论MP2的电子相关校正水平, 用6-31G^*^*基函数对四种DNA碱基胞嘧啶、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和腺嘌呤的能量、偶极矩、电荷分布和分子静电势等性质进行了系统的从头计算研究。其中, 采用Z矢量方法在波函数中加入MP2级别的电子相关校正; 分别用Mulliken布居分析、静电势导出电荷CHELPG以及自然布居分析NPA方法计算分子中原子电荷。在上述计算结果的基础上, 系统地分析了DNA碱基的电子相关效应。     

18-冠醚-6的构象研究

以柔性大分子１８－冠醚－６为研究对象，将ＭＮＤＯ法所得的三种构象的静电势电荷用于分子力学计算，得到了三种构象的能量，同时计算了电负性电荷，亦将其用于分子力学计算，将两种计算结果进行比较发现，有可能将电负性作为分子力学、分子动力学计算的力场参数。     

侧基差异对含磷、氟、氧和硅烷聚合物构象性质的影响

基于改进的旋转异构态模型和生成矩阵统计方法,推导了均方回转半径和均方偶极矩的公式,并应用于研究无机和半无机聚合物构象-构型依赖的性质.计算结果发现,聚合物链的柔性和极性与含杂元素成分、侧基的大小、构象能及链规整程度有关,不对称链比对称链极性更强.聚甲基苯基硅烷(PMPS)和聚二甲基亚硅烷(PDMS)与聚甲基苯基硅醚、聚苯基硅烷和聚磷酸等相比,因侧基高密集分布导致链尺寸较大.尤其是PMPS,其长链在考虑侧基与不考虑侧基影响下计算的链尺寸差异为4. 68%,特性黏数随构型参数和链聚合度增大有较大的变化.同样,PDMS的温度系数随链聚合度增大有独特的变化规律.因此,建议在计算分子链尺寸和极性时,不能忽略侧基的大小、分布和极性.     

药物溶解性能与溶剂分子三维静电势参数的定量关系

对一系列溶剂分子的三维静电势及其统计上的导出参数进行了计算,运用多元线性回归分析建立了扑热息痛、利多卡因、氟派啶醇和磺胺嘧啶等四种常见药物在不同溶剂中溶解度与溶剂分子三维静电势参数之间的关系。从溶剂接受质子和给质子的能力以及极性大小方面对各药物的溶解性能进行了阐述。     

聚甲基丙烯酸甲酯混合溶剂体系Ⅲ.——在苯-庚烷中的偶极矩

带有极性侧基的高分子链,其偶极矩的计算与末端距的计算极为相似。高分子链的均方末端距值受链段间的远程相互作用和链段与溶剂分子间的相互作用(溶剂化)影响甚大,因     

结合三维静电势参数研究化合物溶解度与溶剂分子结构间的定量关系

对一系列溶剂分子进行了结构优化和静电势及其导出参数的计算,运用多元线 性回归方法对10种化合物萘、菲、蒽、联苯、苊、六氯苯、苯偶酰、噻吨-9-酮、 二苯砜和敌草隆的溶解性能与溶剂分子的结构参数进行了关联。结果表明：分子表 面最正和最负的静电势V_(s,max)和V_(s,min)、电荷分离度Π以及分子的静电相互 作用趋势量τ这四个三维静电势参数,加上分子的前线轨道能级ε_(HOMO)和ε_ (LUMO)能很好地用于表达这些化合物在不同纯溶剂中的溶解度与溶剂分子结构间的 定量关系。     

磺基甜菜碱两性表面活性剂的结构性质

用量子化学中的密度泛函理论, 在B3LYP/6-31＋G*水平上, 对十二烷基磺基甜菜碱分子进行了结构优化, 在分子水平上研究了两性表面活性剂与阳离子(Ca^2＋)、阴离子(Cl^－)之间的相互作用. 计算结果表明: 两性表面活性剂的负电荷中心采用2∶1型, 即极性头中两个氧原子与阳离子发生稳定结合|而正电荷中心采用侧方, 即N原子的两个亚甲基和一个甲基与阴离子发生稳定结合. 由于桥联亚甲基和α-亚甲基均带有一定数量的电荷, 因此两性表面活性剂中正负电荷中心需要根据亚甲基上电荷多少进行划分. 计算也发现, 表面活性剂尾链带有部分弱电荷, 使胶束内核带有了部分极性, 利于表面活性剂在溶液中的聚集, 此种极性介于烷烃油相和水相的极性之间.     

运用静电势图像分割方法预测超分子结合能

[2]-轮烷是由大环与分子链组成的两组分超分子体系,计算评估大环和链之间的结合强度,对于理解超分子识别和超分子体系可控设计尤为重要.本文借鉴计算机图像处理技术,通过全局阈值分割方法将大环和链的静电势图像分成两个片段,两者的静电势差值近似为[2]-轮烷体系的结合能.该计算方法可以直观简便地预测超分子体系的结合能.基于静电势的图像阈值分割方法计算的结合能定性符合实验测定的结合常数和密度泛函理论(DFT)计算的结合能.对于不同分子链和大环分子组成的多种[2]-轮烷体系的对比研究表明,大环与链的结合强度与结合位点的给质子能力、形成氢键的数目、大环的尺寸以及大环与链之间?-?堆积作用相关.     

分子亲脂-亲水性的量子化学描述(Ⅰ)——分子的亲脂和亲水表面

给出基于分子结构的“启发式”亲脂-亲水势HMLP(Heuristic molecular lipophilicity-hydrophilicity potential)的理论分析和有说服力的算例.用量子化学计算其分子表面的静电势V(r)的分布,通过与周围原子表面静电势的比较,构造表达分子静电势的极性和大小的函数L(r).亲脂势L(r)保留了静电势V(r)描述分子静电作用的能力,并把应用范围扩展到疏水性的描述.HMLP不使用原子的经验参数,但在L(r)的构造中使用了经验的函数形式.经参数化和指标化后,HMLP有望用于蛋白质结构与功能的研究和药物分子配体与生物大分子受体结合自由能的估算.     

用第一性原理方法获取周期体系中原子的部分电荷

利用量子化学软件包Crystal计算了立方周期性边界条件下液态水体系的静电势(ESP)和静电场(EF).在此基础上,提出了一种由第一性原理方法获取周期体系中原子的部分电荷的快捷方法.该方法把由周期性边界条件引入的平均静电势准mean作为一个拟合参数,通过对第一性原理静电势与Ewald加和法静电势的最小二乘法拟合而实现.值得说明的是,比较静电势与静电场拟合方法,前者的相对拟合误差仅为2%-3%,比后者小一个数量级.考察了四种电荷限制条件下,静电势、静电场拟合的水分子原子部分电荷及偶极矩的分布情况.     

C(4)取代紫杉醇类似物的定量构效关系研究

用量子化学B3LYP／6-31G方法计算了23个C（4）取代紫杉醇类似物的结构,用遗传算法（GFA）对能量、电性、拓扑及热力学等类型的278个结构描述符进行筛选,并回归建立其抑制人体结肠癌细胞HCT-116活性的定量构效关系（QSAR）．QSAR方程含分子体积Vm、分子分支度指数CHI-O、分子中带正电荷原子的溶剂可积面积与其所带电荷之积的加和值Jurs-PPSA-3以及分子表面积S4个结构描述符．方程的拟合相关系数的平方R^0及交叉验证系数Q^2分别为0．956和0．913,所得QSAR具有可信的预报能力．由优化后的几何构型知,C（4）取代基、C（13）侧链和2-OBz三基团共同形成疏水腔,C（4）取代基的改变影响C（13）侧链的电子结构．C（13）连接的18号O原子的负电荷越大、3’位连接的NHBz基团的极性越小活性越高;C（4）取代基若为吸电子基对活性不利;适当增大分子体积、表面积和疏水性,保持一定的分支度对活性有利．     

基于分子表面静电势参数分析溶剂的极性性质

用理论计算导出的分子表面静电势参数∏和б2tot对一系列溶剂的五种极性指标ETN、π*、Py、SPP和S'进行了相关分析,与Catalan的理论热力学分析结果进行了比较.结果显示:S'是一个适用性很好的溶剂极性参数,而质子性溶剂的ETN值、芳香化合物和多卤代化合物的π*值和SPP值则存在着一定的非极性因素.     

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。