应用从头计算和ABEEM方法研究一种特殊的亚胺加成物

利用从头计算方法计算了鸟苷与联苯酰基胺离子反应生成C8加成物的NMR化学位移, 结果与实验所测到的NMR化学位移符合得很好, 并且根据原子-键电负性均衡方法中的σπ模型(ABEEM σπ)计算所得到的电荷与NMR化学位移也有很好的对应关系; 但采用相同的方法计算腺苷与联苯酰基胺离子反应生成的亚胺加成物时, 得到的NMR化学位移与实验值在个别关键的碳原子处有很大差别. 根据研究得到的结果推测, 实验上得到的构型不仅仅是亚胺加成物, 而可能是一种含有亚胺和氮杂形式加成物的混合物.     

碱金属与碱土金属卤化物电荷分布和偶极矩的ABEEMσπ模拟

应用原子键电负性均衡方法模型(ABEEMσπ模型),通过大量量子化学计算,拟合确定了含碱金属和碱土金属的卤化物体系的ABEEMσπ参数.ABEEMσπ模型计算得到的电荷分布与从头算计算的电荷分布有很好的一致性.同时计算了模型分子的偶极矩,与实验值具有很好的一致性.研究表明ABEEMσπ模型可以很好地应用于含碱金属和碱土金属的卤化物的结构和性质的分析.     

从头算和ABEEMσπ/MM对(CH_3OH)_n(n=3～12)和[Na(CH_3OH)_n]~+(n=3～6)体系的研究

采用从头算方法(ab initio)和原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场方法(ABEEMσπ/MM),对甲醇团簇(CH_3OH)n(n=3~12)和[Na(CH_3OH)_n]~+(n=3~6)体系的结构、电荷分布和结合能进行研究.依据从头算结果构建上述体系的ABEEMσπ/MM浮动电荷势能函数,并确定相关参数.结果表明,ABEEMσπ/MM所获得的结构和结合能等均优于OPLS/AA力场,并与从头算结果相符,其中键长的平均绝对偏差(AAD)小于0.004 nm,键长、键角和结合能的相对均方根偏差(RRMSD)分别小于3.8%,1.7%和6.8%;电荷分布与从头算结果的线性相关系数均大于0.99.     

碱基与氮甲基乙酰胺相互作用的从头算和ABEEMσπ研究

选取氮甲基乙酰胺(N-Methylacetamide,NMA)和DNA碱基为研究对象,应用ABEEMσπ/MM方法研究了NMA与碱基之间形成的二聚体的几何构型、电荷分布及结合能等性质,并进行了相应的从头算(abinitio)MP2水平研究,在B3LYP/6-311 ++G(d,p)水平下对结构进行了优化.将2种方法的研究结果进行比较发现,所获得的构型、电荷及结合能之间具有很好的一致性,NMA与DNA碱基相互作用的强度大小依次为:鸟嘌呤＞胸腺嘧啶＞胞嘧啶＞腺嘌呤,且证明了ABEEMσπ/MM模型的参数具有很好的可转移性.     

胺类化合物的离子性指数、极化效应指数与其13C NMR谱化学位移关系

胺类化合物的离子性指数、极化效应指数与其13C NMR谱化学位移关系;脂肪胺化合物;13C NMR谱化学位移;离子性指数;极化效应指数;立体效应     

线性标度方法计算几个藜芦生物碱的13C NMR化学位移

本文采用几种密度泛函方法计算了环杷明(cyclopamine)的~(13)C NMR化学位移。与实验值比较发现采用B97-2/pcSseg-1的气相优化结构结合SMD溶剂化模型计算获得的~(13)C NMR化学位移最合适。在此基础上,对藜芦中的五种典型生物碱结构(环杷明、介芬胺、藜芦胺、计明胺和棋盘花胺)进行了相应的~(13)C NMR化学位移计算。通过与实验值进行拟合,得到线性标度公式σ=(184.4-σ_(cal))/1.0261。其相关系数R~2=0.9976。此外,理论计算也可以解决化合物中的相似碳的~(13)C NMR化学位移归属困难的问题。线性标度方法获得化学位移对建立天然产物的NMR数据库、匹配结构和解析实验测试数据提供了一种快捷可靠的解决方案。     

用核磁共振技术研究[C4mim][BF4]在重水和氘代氯仿中的聚集行为

运用核磁共振技术, 研究了室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C4mim][BF4])在重水和氘代氯仿中的聚集行为. 实验结果表明, 随着混合体系中离子液体摩尔分数的增加, 在重水中, 离子液体阳离子上各氢原子的化学位移向低场移动, 且呈现了先急剧变化, 后趋于平缓的变化趋势; 在氘代氯仿中, 离子液体阳离子上H2的化学位移向高场移动, H4和H5以及与氮原子直接相连的甲基和亚甲基上的氢原子的化学位移都向低场移动, 且各氢原子的核磁共振信号发生了变化. 根据质量作用定律及1H NMR化学位移随浓度的变化关系计算了[C4mim][BF4]在重水中的临界聚集浓度和聚集数, 并在离子液体阴、阳离子缔合以及离子液体与溶剂相互作用的基础上对实验结果进行了讨论.     

用核磁共振技术研究[C4mim][BF4]在重水和氘代氯仿中的聚集行为

运用核磁共振技术,研究了室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C4mim[BF4])在重水和氘代氯仿中的聚集行为.实验结果表明,随着混合体系中离子液体摩尔分数的增加,在重水中,离子液体阳离子上各氢原子的化学位移向低场移动,且呈现了先急剧变化,后趋于平缓的变化趋势;在氘代氯仿中,离子液体阳离子上H2的化学位移向高场移动,H4和H5以及与氮原子直接相连的甲基和亚甲基上的氢原子的化学位移都向低场移动,且各氢原子的核磁共振信号发生了变化.根据质量作用定律及1H NMR化学位移随浓度的变化关系计算了[C4mim][BF4]在重水中的临界聚集浓度和聚集数,并在离子液体阴、阳离子缔合以及离子液体与溶剂相互作用的基础上对实验结果进行了讨论.     

丙酮溴化反应机理的研究(Ⅰ) 从头计算法研究反应中间体

本文用量子化学从头计算方法研究了丙酮溴化反应的活性中间体——异丙醇正碳离子的内旋转势能面及电荷分布,得到了异丙醇正碳离子的稳定结构,讨论了各种构型(有不同的∠COH 及甲基旋转角)的位能变化和甲基上三个氢原子电荷分布的改变。     

应用从头计算和ABEEMσπ极化力场方法对ML_n(M=Na~+/K~+;L=NMA,H_2O;n=1～6)的研究

本文使用从头计算MP2/6-311++G(2d,2p)//B3LYP/6-31+G(d,p)和ABEEM??极化力场(ABEEM??/MM)方法,对MLn(M=Na+/K+;L=N-methlylacetamide,H2O;n=1~6)体系的结构、结合能和电荷分布进行系统研究.研究结果表明,ABEEM??/MM所获得的各种物理量与从头算结果符合很好,其中键长的平均绝对偏差(AAD)接近0.03?,键角的AAD小于0.69°,结合能的AAD小于5%,ABEEM??的电荷分布与从头算的电荷分布的线性相关系数均在0.97以上.     

Sr2+和Ba2+水分子体系结构和结合能的从头算和ABEEM/MM研究

应用从头算方法和ABEEM/MM浮动电荷分子力场, 研究了水合碱土离子团簇Sr²⁺/Ba²⁺(H₂O)_n (n=1-6), 构建了离子-水相互作用的ABEEM/MM势能函数, 获得了水合离子团簇的稳定结构, 计算了结合能. 计算结果表明, ABEEM/MM方法的结果和从头算方法的结果有很好的一致性. 进一步应用ABEEM/MM对Sr²⁺和Ba²⁺水溶液进行了分子动力学模拟. 对Sr²⁺水溶液, 得到的Sr²⁺-水中氧原子的径向分布函数的第一和第二最高峰分别位于0.257和0.464 nm处, 第一和第二水合层的配位水分子数分别为9.2和11.4; 对Ba²⁺水溶液, 得到的Ba²⁺与水中氧原子的径向分布函数的第一和第二最高峰分别位于0.269和0.467 nm处, 第一和第二水合层的配位水分子数分别为9.9和12.4. 这与实验值或其它理论模拟结果有较好的一致性. 对比外层的水分子, 金属离子的极化作用使得溶液中第一水合层中水分子的O―H键长增长, HOH键角减小.     

鸟嘌呤四链体中Na~+的移动

Na+-G-四链体复合物是一个明显的极化体系,其形成或解离过程中,Na+的移动路线目前还不十分明确.σπ水平的原子-键电负性均衡方法融合进分子力学(ABEEMσπ/MM)模型除原子位点外,还明确地定义了孤对电子、σ键和π键的位置,并且各位点电荷随分子环境改变而浮动,因此能更好地反映该体系的极化现象.本文应用ABEEMσπ/MM方法研究了Na+-G-四平面复合物的性质,包括它的几何构型、电荷分布和结合能等,并在MP2/6-31G(d,p)水平上做了相应的从头算,两种结果十分吻合.Na+的存在改变了G-tetrad的氢键方式.通过比较Na+各条移动路线中体系的结合能,预测G-四链体中三个Na+最有可能沿α方向依次移出.以上研究为进一步应用ABEEMσπ/MM模型进行G-四链体中离子交换通道的动力学模拟打下坚实的基础.     

Study of peptide conformation in terms of the ABEEM/MM method

The ABEEM/MM model (atom-bond electronegativity equalization method fused into molecular mechanics) is applied to study of the polypeptide conformations. The Lennard-Jones and torsional parameters were optimized to be consistent with the ABEEM/MM fluctuating charge electrostatic potential. The hydrogen bond was specially treated with an electrostatic fitting function. Molecular dipole moments, dimerization energies, and hydrogen bond lengths of complexes are reasonably achieved by our model, compared to ab initio results. The ABEEM/MM fluctuating charge model reproduces both the peptide conformational energies and structures with satisfactory accuracy with low computer cost. The transferability is tested by applying the parameters of our model to the tetrapeptide of alanine and another four dipeptides. The overall RMS deviations in conformational energies and key dihedral angles for four di- or tetrapeptide, is 0.39 kcal/mol and 7.7 degrees . The current results agree well with those by the accurate ab initio method, and are comparable to those from the best existing force fields. The results make us believe that our fluctuating charge model can obtain more promising results in protein and macromolecular modeling with good accuracy but less computer cost.     

水合氢离子团簇从头算和ABEEM/MM的理论研究

应用高水平的从头计算方法和ABEEM/MM模型, 研究了水合氢离子团簇H3O＋(H2O)n (n＝1～6), 优化得到了低能构象, 探讨了其结合能和稳定性, 显示出H3O＋(H2O)3局域结构的优势存在．对H3O＋(H2O)6VIa团簇的ABEEM电荷分布进行分析, 表明第一水合层水分子与水合氢离子之间的氢键相互作用要明显强于与第二水层水分子的氢键相互作用. 研究结果表明, ABEEM/MM方法计算的结果和从头算得到的结果存在很好的一致性.     

Theoretical studies on the hydration of formic acid by ab initio and ABEEMσπ fluctuating charge model

The interaction between formic acid (FA) and water was systemically investigated by atom-bond electronegativity equalization method fused into molecular mechanics (ABEEMσπ/MM) and ab initio methods. The geometries of 20 formic acid–water complexes (FA–water) were obtained using B3LYP/aug-cc-pVTZ level optimizations, and the energies were determined at the MP2/aug-cc-pVTZ level with basis set superposition error (BSSE) and zero-point vibrational energy (ZPVE) corrections. The ABEEMσπ potential model gives reasonable properties of these clusters when compared with the present ab initio data. For interaction energies, the root mean square deviation is 0.74 kcal/mol, and the linear coefficient reaches 0.993. Next, FA in aqueous solution was also studied. The hydrogen-bonding pattern due to the interactions with water has been analyzed in detail. Furthermore, the ABEEMσπ charges changed when H₂O interacted with the FA molecule, especially at the sites where the hydrogen bonds form. These results show that the ABEEMσπ fluctuating charge model is fine giving the overall characteristic hydration properties of FA–water systems in good agreement with the high-level ab initio calculations.     

精密从头算与ABEEM/MM模型对水团簇(H2O)11 9种低能结构的计算

用精密从头算方法研究了(H2O)11的9种低能异构体的性质, 包括优化的几何结构、结合能、偶极矩和氢键个数等, 并且得出了515-a是(H2O)11的全局最低能结构. 同时, 也用ABEEM/MM(atom bond electronegativity equalization method/molecular mechanics) 模型研究了这些性质, 与从头算的结果进行了比较, 得到了相符合的结果. 这显示了ABEEM/MM模型在描述中等大小的水分子团簇结构上是成功的.     

ABEEMσπ/MM力场模型下的多肽构象

在ABEEM/MM蛋白质浮动电荷力场模型的基础上,加入孤对电子和 电荷位点,从而能够体现多肽和蛋白质分子中一些重要的各向异性极化性质,允许非化学键方向的电子转移和极化。利用从头计算数据拟合模型相关参数。计算得到的小分子团簇结合能、偶极矩、氢键键长等性质与从头计算结果符合很好。该经典极化模型力场能够重复量子场下丙氨酸二肽、丙氨酸四肽、甘氨酸三肽的各稳定构象,其稳定性顺序与精密从头计算结果相一致,其结构和能量性质较以往模型有一定提高,并优于其他力场模型。     

应用ABEEM/MM蛋白质力场模型研究半胱氨酸二肽构象的性质

ABEEM/MM蛋白质力场模型是应用于蛋白质体系的原子-键电负性均衡方法(ABEEM)与力场(MM)相结合的浮动电荷模型.该模型能够准确地描述分子在环境变化时的静电极化,并能快速计算气态和溶液多肽的结构和能量.首次应用ABEEM/MM蛋白质力场模型研究半胱氨酸二肽构象的性质,如构象能、氢键等.此外,应用从头计算HF/6-31G**方法对其性质进行计算.ABEEM/MM蛋白质力场模型可以快速准确地得到半胱氨酸二肽分子不同稳定构象的性质,其结果可以和从头计算相媲美.以上研究有助于加深对半胱氨酸二肽构象性质的了解,从而也为进一步验证ABEEM/MM蛋白质力场模型的正确性以及参数的合理性提供可靠的依据.     

Molecular electronegativity in density functional theory(Ⅷ)——Charge polarization modes in a closed system

Based on the density functional theory and the atom-bond electronegativity equalization model (ABEEM), a method is proposed to construct the softness matrix and to obtain the electron population normal modes (PNMs) for a closed system. Using this method the information about the bond charge polarization in a molecule can be obtained easily. The test calculation shows that the PNM obtained by this method includes all the modes about the bond charge polarization explicitly. And the bond charge polarization mode characterized by the biggest eigenvalue, which is the softest one of all modes related with chemical bonds, can describe the charge polarization process in a molecule as exquisitely as the corresponding ab initio method.