2,6-硫代黄嘌呤质子互变异构反应机理的理论研究

在密度泛函B3LYP/6-311G~(**)理论水平上,对气相和水相中2,6-硫代黄嘌呤各烯醇式与酮式水助质子互变异构体及其过渡态进行几何构型全自由度优化,获得它们在气相和水相中的几何结构和电子结构,PCM反应场溶剂模型用于水相计算.结果显示在气相和水相中,水参与反应降低了互变异构质子迁移的反应活化能,对互变异构质子迁移的反应起到催化作用,但是没有改变各异构体的稳定性顺序,其顺序为W1＞W3＞W2.进一步研究了2,6-硫代黄嘌呤各烯醇式与酮式水助质子互变异构的反应机理,提出了2,6-硫代黄嘌呤各烯醇式与酮式互变异构质子迁移的反应为平面六元环的过渡态结构.探讨了溶剂化效应对互变异构体的几何结构、能量、电荷分布以及互变异构反应活化能的影响等.     

2-硫代黄嘌呤互变异构体的密度泛函理论计算

在密度泛函B3LYP/6-311G**水平上,对14种气相和水相中可能存在的2-硫代黄嘌呤互变异构体进行了几何构型全自由度优化,并计算出它们的总能量、焓、熵、吉布斯自由能.Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算.计算结果表明,2-硫代黄嘌呤在气相和水相中主要以酮式结构形式存在,与已有实验结果一致.在气相和水相中,酮式结构—N(7)(H)均比酮式结构—N(9)(H)更稳定.2-硫代黄嘌呤互变异构的熵效应小,对互变异构平衡没有显著的影响,而焓变对互变异构却产生了主要的影响.水溶剂化自由能与异构体的气相偶极矩存在相关性.另外,较详细地考察了2-硫代黄嘌呤与6-硫代黄嘌呤的相对稳定性.     

5-醛基-1,2,3-三唑互变异构的理论研究

用密度泛函B3LYP/6-311++G**方法,对气相和水相中的5-醛基-1,2,3-三唑互变异构体进行了几何构型全自由度优化,获得了它们在气相和水相中的几何结构和电子结构.讨论了不同的取代基团和溶剂化效应对互变异构体的几何结构、能量以及互变异构反应活化能的影响.并进一步研究了N1-H、N2-H和N3-H型三唑之间的互变异构机理:(a)分子内质子转移;(b)水助质子转移.计算结果表明,途径(b)所需要的活化能较小,平均为101.31kJ/mol,途径(a)为211.70kJ/mol.     

5-氟胞嘧啶互变异构的密度泛函理论计算

采用BH-HLYP/6-311＋G**方法对10种气相和水相中可能存在的5-氟胞嘧啶互变异构体进行了几何全优化, 并计算出它们的总能量和吉布斯自由能. Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算. 计算结果表明, 5-氟胞嘧啶在气相中主要以烯醇式-氨基式形式存在, 在水相中主要以酮式-氨基式形式存在. 溶剂化自由能与异构体的气相偶极矩存在相关性．进一步求得互变异构化以及构象异构化和顺反异构化的过渡态, 探讨异构化过程中的几何结构和能量的变化.     

6-硫代黄嘌呤互变异构体的密度泛函理论计算

在密度泛函B3LYP/6-311G**水平下,对14种气相和水相中可能存在的6-硫代黄嘌呤异构体进行了几何构型的全自由度优化,并计算出它们的总能量、焓、熵、吉布斯自由能。Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算.计算结果表明,6-硫代黄嘌呤在气相中和水相中主要以硫酮的形式存在.在气相和水相中,硫酮-N7(H)均比硫酮-N9(H)更稳定.计算结果同已有实验结果一致.6-硫代黄嘌呤异构化的熵效应小,对互变异构平衡几乎没有显著的影响,而焓变对互变异构产生了主要的影响.较详细地讨论了水溶剂化作用对异构体的能量、几何结构、电荷分布和偶极矩的影响.     

5-卤代1,2,3,-三唑互变异构的密度泛函理论研究

用密度泛函B3LYP/6-311 G**方法,对气相和水相中的1,2,3三,-唑及5-卤(-F、C l和-B r)代1,2,3,-三唑互变异构体进行了几何构型全自由度优化,获得了它们在气相和水相中的几何结构和电子结构。计算结果显示,在气相和水相中1,2,3三-唑和5-卤代1,2,3三-唑的N2-H型要比对应的N1-H型和N3-H型稳定。讨论了不同的取代基团和溶剂化效应对互变异构体的几何结构、能量和电荷分布以及互变异构反应活化能的影响带。并进一步研究了N1-H、N2-H和N3-H型三唑之间的互变异构机理:(a)分子内质子转移;(b)水助质子转移。计算结果表明,途径(b)所需要的活化能较小,为120.06KJ/mol,途径(a)为204.12KJ/mol。     

7-硫代鸟嘌呤互变异构体的密度泛函理论计算

在密度泛函B3LYP/6-311G^**水平下,对14种气相和水相中可能存在的7-硫代鸟嘌呤异构体进行了几何构型全自由度优化,并计算出它们的总能量、焓、熵、吉布斯自由能.Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算.计算结果表明,7-硫代鸟嘌呤在气相中和水相中主要以硫酮形式存在.在气相中,硫酮-N(6)(H)要比硫酮-N(4)(H)更稳定,而在水相中,则硫酮-N(4)(H)要比硫酮-N(6)(H)更稳定.计算结果同已有实验结果一致.7-硫代鸟嘌呤互变异构的熵效应小,对互变异构平衡没有显著的影响,而焓变对互变异构产生了主要的影响.较详细地讨论了水溶剂化作用对异构体的能量、几何结构、电荷分布和偶极矩的影响.溶剂化自由能与异构体的偶极矩存在相关性.     

5-氟尿嘧啶和5-氯尿嘧啶及其互变异构体的理论计算研究

采用HF/3-21G方法, 对6种气相和水相中可能存在的5-氟尿嘧啶(和5-氯尿嘧啶)互变异构体进行了构象分析.采用B3LYP/6-311＋G**方法对处于优势构象时的各互变异构体进行了几何全优化, 并计算出它们的总能量、焓、熵、吉布斯自由能. Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算. 计算结果表明, 5-氟尿嘧啶和5-氯尿嘧啶在气相中和水相中主要以双酮形式存在. 5-氟尿嘧啶和5-氯尿嘧啶的熵效应小, 对互变异构平衡没有显著的影响, 而焓变对互变异构产生了主要的影响. 讨论了水溶剂化作用对异构体的能量、电荷分布和偶极矩的影响. 溶剂化自由能与异构体的气相偶极矩存在相关性. 另外, 详细地将5-氟尿嘧啶和5-氯尿嘧啶与尿嘧啶进行了对比, 获得三者最稳定异构体间电子结构异同的有用信息.     

6-巯基嘌呤互变异构体的密度泛函理论计算

在密度泛函B3LYP/6-311G水平下,对8种气相和水相中可能存在的6-巯基嘌呤异构体进行了几何构型的全自由度优化,并计算出它们的总能量、焓、熵、吉布斯自由能．Onsager反应场溶剂模型用于水相的计算．计算结果表明,6-巯基嘌呤在气相和水相中主要以硫酮形式存在．在气相中,硫酮．N(7)(H)要比硫酮-N(9)(H)更稳定,而在水相中,则硫酮-N(9)(H)要比硫酮-N(7)(H)更稳定．计算结果同已有实验结果一致．6-巯基嘌呤的熵效应小,对互变异构平衡几乎没有显著的影响,而焓变对互变异构产生了主要的影响．较详细地讨论了水溶剂化作用对异构体的能量、几何结构、电荷分布和偶极矩的影响,溶剂化吉布斯自由能与异构体的气相偶极矩存在相关性．     

2-氨基-2-咪唑啉异构化和质子迁移溶剂效应的密度泛函计算和Monte Carlo模拟

采用密度泛函理论和MonteCarlo模拟方法研究了2-氨基-2-咪唑啉在气相和水中的异构现象和质子迁移反应.考虑了直接迁移和水助催化迁移等两种质子迁移途径.气相中稳定点的几何结构和热力学性质是在B3LYP/6-311+G^**理论水平上计算得到的.溶剂效应的研究结果表明,水作为溶剂可降低直接迁移途径的速率,有利于水助催化反应途径的进行.     

别嘌醇质子迁移过程的理论研究

别嘌醇(Allopurinol)是次黄嘌呤的位置异构体,是唯一在临床上应用的黄嘌呤氧化酶抑制剂.     

Theoretical investigation of the tautomerism of isoorotic acid in gaseous and aqueous phases

In the present investigation, the tautomeric and conformational equilibrium of isoorotic acid have been studied using Møller–Plesset second‐order (MP2) and density functional theory (DFT) methods in the gas phase and aqueous solution (ε = 78.5) using the IPCM model. The relative energies of these tautomers have been calculated at the two levels of theory using 6‐311++G** basis set. Energetics and relative stabilities of the tautomers were compared and analyzed in both the gaseous and aqueous phases. The results indicate that the diketo tautomer (iso) is the most stable form in the gas phase and water. The carboxylic substitution in the uracil ring does not alter its relative stability order of the tautomers. The proton affinity of the oxygen atoms and the deprotonation enthalpy of the NH bonds of isoorotic acid have been compared with recent data of uracil. The relative stability of both syn‐ and anti‐conformations was investigated and the syn form was found to be more stable by 17.65 kcal/mol. It was determined in ab initio calculations that an electron can attach to isoorotic acid, forming a stable anion better than uracil. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Int J Quantum Chem, 2007     

Reaction mechanism and tautomeric equilibrium of 2-mercaptopyrimidine in the gas phase and in aqueous solution: a combined Monte Carlo and quantum mechanics study

A combined Monte Carlo and quantum mechanical study was carried out to analyze the tautomeric equilibrium of 2-mercaptopyrimidine in the gas phase and in aqueous solution. Second- and fourth-order M?ller-Plesset perturbation theory calculations indicate that in the gas phase thiol (Pym-SH) is more stable than the thione (Pym-NH) by ca. 8 kcal/mol. In aqueous solution, thermodynamic perturbation theory implemented on a Monte Carlo NpT simulation indicates that both the differential enthalpy and Gibbs free energy favor the thione form. The calculated differential enthalpy is DeltaH(SH)(-->)(NH)(solv) = -1.7 kcal/mol and the differential Gibbs free energy is DeltaG(SH)(-->)(NH)(solv) = -1.9 kcal/mol. Analysis is made of the contribution of the solute-solvent hydrogen bonds and it is noted that the SH group in the thiol and NH group in the thione tautomers act exclusively as a hydrogen bond donor in aqueous solution. The proton transfer reaction between the tautomeric forms was also investigated in the gas phase and in aqueous solution. Two distinct mechanisms were considered: a direct intramolecular transfer and a water-assisted mechanism. In the gas phase, the intramolecular transfer leads to a large energy barrier of 34.4 kcal/mol, passing through a three-center transition state. The proton transfer with the assistance of one water molecule decreases the energy barrier to 17.2 kcal/mol. In solution, these calculated activation barriers are, respectively, 32.0 and 14.8 kcal/mol. The solvent effect is found to be sizable but it is considerably more important as a participant in the water-assisted mechanism than the solvent field of the solute-solvent interaction. Finally, the calculated total Gibbs free energy is used to estimate the equilibrium constant.     

2,6-二巯基嘌呤互变异构体热力学稳定性的密度泛函理论研究

利用密度泛函(DFT)B3LYP/6-311G(d,p)方法,水相计算采用自洽反应场(SCRF)中的Onsager模型,对气相和水相中可能存在的13种2,6-二巯基嘌呤互变异构体进行了全优化,并计算了各异构体的热力学参数、偶极矩及原子净电荷。计算结果表明,不论是气相还是水相,二硫酮DTP(1,3,7)是最稳定的异构体。溶剂化效应使各异构体的稳定性均增强,偶极矩大者其稳定性显著增大。溶剂化吉布斯自由能与异构体在两相中偶极矩之差存在相关性。二硫酮DTP(1,3,7)在水相中与致癌物BPDE进行亲核取代反应时,二硫酮DTP(1,3,7)中的S10原子优先进攻亲电试剂BPDE.     

喹唑啉酮互变异构的理论计算

采用密度泛函理论B3LYP/6-311+G(d,p)方法,计算并考察了喹唑啉酮进行结构互变的质子迁移过程的两种可能途径:(a)分子内质子迁移,(b)水助质子迁移.结果表明,途经b所需要的能垒小,氢键在降低反应能垒方面起重要作用.