酶催化过渡态理论在药物分子设计中的应用

评述了近几年来酶催化过渡态理论在药物,包括杀虫剂,杀菌剂和解毒剂,合理分子设计中的应用进展,参考文献２９篇。     

变分过渡态理论对H＋H2及其同位素选态反应的研究

将选态速度常数的计算推广到任意指定反应物、过渡态的振动激发态.用此法计算了H+H_2(v)及其同位素经不同振动激发过渡态时的速度常数,发现弯曲振动模激发所得结果与实验值更符合,并且在给定能量下,过渡态的弯曲振动模激发比其对称伸缩模激发更有利于反应进行.     

人类谷胱甘肽S-转移酶M1a-1a催化的亲核芳香取代反应的理论研究

利用分子力学和量子力学方法研究人类谷胱甘肽S-转移酶M1a-1a催化谷胱甘肽对1-氯-2,4二硝基苯(CDNB)的亲核芳香取代反应的细节.所获得的反应路径显示反应仅经历一个过渡态且能垒很低.电荷布居分析证明电子从谷胱甘肽基团流向二硝基苯,验证了反应的发生.计算结果表明活性位点3个残基(Tyr6,His107和Tyr115)参与了催化反应,尤其是His107,它在反应后期通过与产物形成氢键从而加速了Cl的释放.结果支持了Patskovsky等人提出的机理,并有助于其他谷胱甘肽S-转移酶的研究.     

过渡态理论在化学体系中的2个应用实例*

在大学本科一二年级的物理化学教学中,化学动力学章节的学习涉及到对不同时间尺度的认识。本文利用过渡态理论得到的速率常数表达公式,以乙烷分子碳/碳单键旋转和水分子氢键交换的动力学过程为例,对这2个应用实例的动力学过程所发生的时间尺度做出估算。这些时间尺度的估算对于学生理解不同动力学过程的物理图像至关重要,同时也有助于加强学生对重要公式的理解并能够将这些公式在化学体系中灵活运用。     

硼氢化反应机理Ⅲ:HCN+BH_3反应过渡态的微扰分子轨道理论分析

在ＲＨＦ／４３１Ｇ基础上对氢氰酸硼氢化反应做了量子化学从头计算，借助微扰分子轨道理论，分析了该反应过渡态中前线分子轨道的性质．计算及分析表明：在过渡态形成过程中，仅仅考虑反应物分子间的ＨＯＭＯ－ＬＵＭＯ是不够的，ＨＯＭＯ－ＨＯＭＯ相互作用也起重要的作用．     

现代酸碱理论在有机化学中的应用

简要介绍现代酸碱理论的建立及其基本概念。现代酸碱理论包括了Brφnsted-Lowry酸碱理论、Lewis酸碱理论、HSAB理论和超酸理论。举例介绍了与物理有机化学、有机合成、有机催化等领域相关的现代酸碱理论的广泛应用。     

吡啶光氯化反应过渡态和反应途径的量子化学研究

用量子化学B3LYP方法在3---21G*水平上优化吡啶光氯化反应加成取代反应机理生成邻、间、对位氯代吡啶不同反应途径的过渡态并对反应热和活化能进行了计算,对邻位反应途径进行了IRC反应路解析,计算结果表明邻位反应途径过渡态的能量最低,为－704.830027a.u.,生成2－氯吡啶所需的活化能最低,为114.60kJ/mol。光氯化反应主要产物为2－氯吡啶,与实验结果一致。IRC反应路径显示在反应过程中C(2)---H(7)键的断裂和C(2)-----Cl(8)键的生成是协同但不是同步的。     

巴比妥酸的质子迁移异构化反应及其芳香性的密度泛函研究

用密度泛函理论方法,在B3LYP/6-31G水平上研究了巴比妥酸的醇式和酮式结构的分子内质子迁移异构化反应,对反应势能面的研究发现,该化合物可能存在6种中间体和12种过渡态,对反应物、产物和过渡态进行了几何构型优化,在同一水平下计算了单点能量,并用频率振动模式和内稟坐标(IRC)确证了过渡态的存在,反应的活化能最小为107.50kJ·mol-1,最大为330.84kJ·mol-1。在GIAO-HF/6-31G//B3LYP/6-31G水平对反应物、产物,中间体和过渡态的非相关性化学位移(NICS)进行了计算,利用NICS值对反应过程中芳香性进行分析,发现如果分子中的C5与C6存在双键或者形成过渡态的四员环状结构,分子就有不同程度的芳香性,如果有C6上的羟基氢迁移到C5上,C5-C6以单键相结合,则分子就没有芳香性。     

环氧乙烷与胺基负离子反应过渡态的量子化学研究

本文用SCF MO ab initio法研究了环氧乙烷与NH~2^-的亲核置换反应.用能量梯度优化方法(辅以可变尺度法)优化出了反应物与产物的平衡几何构型,与实验对应较好.用Powell的对梯度的Euclidean范数σ求极小的方法优化出了过渡几何构型,并从过波态的力常数矩阵求得了相应于反应坐标的频率为821icm^-1,从而对求出的过渡态进行了确证.用STO-3G基组求出该反应的活化能为44.50kJ.mol^-1,由过渡态和产物的几何构型得出NH~2^-基本上沿环氧乙烷的"弯键"方向进攻.将过渡态看成由变形后的反应物分子与进攻试剂形成的"超分子",用Morokuma的能量分解方案对它们之间的相互作用能进行分解,得出了电荷迁移相互作用和静电相互作用在反应中都起重要作用的结论.     

化学反应过渡态熵的计算和应用

熵是化合物的重要热力学函数之一,最近有人对此作了改进性计算。计算依据主要取自热力学、光谱学实验数据(如比热、振动频率和转动光谱常数)。对于一些不稳定的反应中间体,尤其是过渡态,上述实验几乎无法进行,熵的实验数据很难获得。Benson等人曾提出过渡态熵的估计方法,但不是纯理论性的。我们利用量子化学对反应体系势能面的研究成果,获得过渡态的谐振动频率、鞍点几何构型,从理论上探讨了过渡态熵的计算。据统计力学,过渡态熵可表示为:     

取代环己酮还原立体选择性的过渡态理论解释

对于取代环已酮还原产物的立体选择性,仅通过还原试剂的动力学条件和生成产物的热力学稳定性进行预测是不准确的,需要考虑反应过程中存在的其他因素。采用过渡态理论可以对取代环已酮还原产物的立体选择性进行更全面、更准确的预测。一方面,还原试剂进攻羰基形成过渡态时,表现出决定立体选择性的空间位阻效应和电子效应;另一方面,反应物优势构象,即形成过渡态时的扭转应变和相对于标准对交叉构象偏转角的大小对产物的立体选择性也不容忽视。本文从过渡态形成过程中所体现的空间位阻、电子效应和构象三方面进行讨论,阐述了取代环已酮还原产物的立体选择性。     

吡唑衍生物与碘甲烷反应的密度泛函理论研究

采用密度泛函方法对3-甲硫基-4-氰基-5-氨基吡唑与碘甲烷反应的机理进行了研究. 提出了两种可能的反应途径: 反应途径Ⅰ为反应物先脱去吡唑上的质子, 生成阴离子中间物, 然后碘甲烷分别进攻中间物吡唑环上的2个氮原子, 生成两种异构产物; 反应途径Ⅱ为反应物通过分子间氢转移存在两种异构体, 碘甲烷直接进攻每个异构反应物吡唑上的氮原子, 形成中间物, 然后脱去碘化氢, 生成产物. 计算结果表明, 途径Ⅱ应为主要反应途径. 还找出了两种异构产物间甲基迁移反应的过渡态, 得出该反应的活化能为278.5 kJ/mol, 在常温下甲基迁移反应不容易进行.     

硝酰氯和顺/反亚硝酸氯及其互变异构反应的理论研究

用密度泛函理论（DFT）的B3LYP方法和6－311＋G（3df）基组，计算了气态下硝酰氯和顺／反应硝酸氯的几何构型、电子结构、红外光谱以及热力学性质，并讨论了它们的互变异构反应，分析了过渡态的结构。结果表明，B3LYP／6－311＋G（3df）计算得到的结果与实验值及CCSD（T）方法计算结果吻合，且更适应于研究反应机理，ClNO2转变为cis-ClONO的过渡态（TS1）偏离平面构型；cis-ClONO和trans-ClONO互变反应的过渡态（TS2）属于内旋转位垒；高水平计算表明不存在由ClNO2直接转变为trans-ClONO的过渡态，而是得到了一个十分接近异裂产物的二级马鞍点（2SP）。根据得到的热力学函数计算了气态时各温度下互变异构反应的平衡常数。     

离子液体阴阳离子协同催化芳香胺与碳酸丙烯酯反应

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐([bmim]OAc)为催化剂,以芳香胺和碳酸丙烯酯为原料,一步合成了5-甲基-3-芳基噁唑烷-2-酮.系统考察了反应温度、反应时间以及催化剂用量对反应性能的影响.在优化的反应条件下,5-甲基-3-苯基噁唑烷-2-酮的收率可达99％.研究了离子液体阴阳离子结构对反应性能的影响,发现...     

硼氢化反应机理(Ⅱ):HCN+BH_3反应的电荷行为及过渡态的性质

利用量子化学从头计算法ＲＨＦ／４３１Ｇ基组对氢氰酸硼氢化反应中的电子行为和轨道对称性进行了讨论．结果表明：在氢氰酸硼氢化反应中，从表面上看是对称性禁阻的“类四中心”过渡态，实质上是对称性允许的两组四中心三轨道相互作用．     

微正则变分过渡态理论直接动力学计算反应速率常数的一种新方法

在微正则过渡态理论(mTST)和微正则变分过渡态理论(mVT)的基础上, 构造了一种量子变分RRKM速率常数的新算法, 用于计算化学反应的k(E, J), k(E)和k(T). 该算法包括了Beyer-Swinehart的隧道校准方法的微正则速率常数的计算. 在该方法中发展了一种截断式内插法, 可有效的计算热速率常数中的Boltzmann积分. 通过对H(D)2CO→H(D)₂ + CO, CH₂CO→CH₂ + CO和CH₄ + H→CH₃ + H₂反应的检验可看出, 其计算结果与采用更精确计算方法的结果相当符合, 但本方法可节省大量机时.     

轴不对称支撑的手性N-O酰胺化合物催化亚胺硅氢化反应的过渡态研究

利用Hartree-Fock(HF)算法和密度泛函理论(DFT)探讨了新型轴手性氮氧酰胺类配体催化亚胺C=N双键不对称硅氢化反应的过渡态.研究发现,H在Si原子上,反应经过渡态TS-2,能垒较低,由此得到产物(-)-N-(1-phenylethyl)aniline的e.e.值与实验结果相吻合.同时,本文还尝试采用合理的简化模型计算反应过渡态,其结果与使用全部分子用于过渡态能量计算的结论一致.     

醛或酮α-卤代反应的过渡态理论分析

过渡态理论对烷烃自由基反应溴代和氯代的选择性差异、烯烃加成反应的区域选择性、芳香亲电取代反应的定位规则等的成功解释已见于教科书。在教学中注意运用过渡态理论,还可定性地解释化合物的酸碱电离平衡、反应定向、溶剂化效应等问题。本文仅对醛或酮的α-卤代反应作一分析。     

NICS判据在五元杂环化合物芳香性教学中的应用

运用NICS判据对五元杂环化合物的芳香性进行了分析,并对引入到有机化学教学中进行了探讨,可通过简单的数值来分析不同杂环化合物的芳香性。