水液相下α-丙氨酸Co（Ⅱ）旋光异构的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论的M06和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了两性及中性α-丙氨酸(α-Ala＿1和α-Ala＿2)与Co²⁺配合物在水液相下的旋光异构。α-Ala＿1·Co²⁺可在4个通道(a、b、c和d)实现旋光异构：a通道是质子以羧基底部的氧为桥迁移;b通道是α-氢迁移至羧基底部的氧后,质子在纸面内从氨基向α-碳迁移;c通道是质子以羧基上部的氧为桥迁移;d通道是α-氢迁移至羧基上部的氧后,质子在纸面内从氨基向α-碳迁移。α-Ala＿2·Co²⁺的旋光异构有2个通道(a和b):a通道是其异构成α-Ala＿1·Co²⁺后,再按α-Ala＿1·Co²⁺异构的方式进一步异构;b通道是质子以羰基氧和甲基碳为桥迁移。势能面计算表明：α-Ala＿1·Co²⁺在a和b通道的旋光异构具有优势,隐性溶剂效应下决速步能垒为283.1 kJ/mol,显性溶剂效应下该能垒降至120.3 kJ/mol;α-Ala＿2·Co²⁺在a通道的...     

水液相环境α-丙氨酸Ni（Ⅱ）配合物的对映异构机理

采用密度泛函理论(DFT)的M06和MN15方法,结合极化连续介质的SMD模型方法,研究了水液相下α-丙氨酸(α-Ala)二价镍(α-Ala·Ni²⁺ )配合物的对映异构化机制。反应通道研究发现：α-Ala·Ni²⁺ 可以在以羰基O、氨基N和Ni作H质子迁移桥梁的3个通道实现。势能面计算表明：以氨基N作质子迁移桥梁的反应通道最具优势,反应的决速步能垒是92.6 kJ/mol。结果表明：水液相下α-Ala·Ni²⁺ 会缓慢地消旋,因此只能短期且少量地用于生命体同补α-丙氨酸和二价镍。     

水液相环境下两性α-丙氨酸Fe(Ⅱ)配合物的构型反转

采用密度泛函理论的M06和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了水液相下两性α-丙氨酸与二价铁离子配合物(A·Fe)的构型反转.考察了 a、b、c和d共4个反应通道,分别是:α-氢质子以羰基O为桥迁移;α-氢质子迁移到羰基O后,H质子再从氨基N向α-碳迁移;α-氢质子以氨基N为桥迁移;氢负离子以二价铁...     

α-丙氨酸Cr（Ⅲ）配合物手性反转及水溶剂效应的理论研究

在M06/6-311++G(d,p)和MN15/6-311++G(2df,pd)双水平,研究了α-丙氨酸(α-Ala)与Cr³⁺的配合物S-α-Ala·Cr³⁺的手性反转,结合极化连续介质的SMD模型方法研究了水溶剂的作用。S-α-Ala·Cr³⁺的手性反转有3个通道：a通道是氨基N作质子转移媒介;b通道是羰基O和氨基N联合作质子转移媒介;c通道是羰基O作质子转移媒介。势能面研究表明：气相S-α-Ala·Cr³⁺在a、b、c通道手性反转的活化能分别是295.6、305.5、123.6 k J/mol;水液相S-α-Ala·Cr³⁺在a通道的活化能降至95.8 k J/mol,在b通道和c通道的活化能降至108.0 k J/mol。结果表明：气相α-Ala·Cr³⁺能缓慢消旋,因此光学纯的α-Ala·Cr³⁺不能在气固相下长期保存;水液相下α-Ala·Cr³⁺能缓慢消旋,α-Ala·Cr³⁺只...     

气相环境下丙氨酸Ca2+配合物的手性转变机理及水分子的催化作用

采用基于密度泛函理论的M06方法,研究了气相环境下2种稳定构型的丙氨酸（Ala）与Ca²⁺配合物的手性转变及水分子的催化。研究发现,Ala_1·Ca²⁺的手性转变有a和b 2个通道,a通道是α-氢只以羰基氧为桥迁移;b通道是α-氢迁移到羰基氧后,氨基上的质子在纸面内侧向α-碳迁移。Ala_2·Ca²⁺的手性转变有a、b、c、d 4个通道,a和b通道分别是羧基内质子迁移后,α-氢只以羰基氧为桥迁移和α-氢迁移到羰基氧接质子从氨基氮向α-碳迁移;c通道是钙与氮的配位键断裂后,α-氢向氨基氮迁移;d通道是钙与氮的配位键断裂后,Ala_2·Ca²⁺向Ala_1·Ca²⁺异构,再接Ala_1·Ca²⁺的手性转变。势能面计算表明,Ala_1·Ca²⁺手性转变的a通道具有优势,总包能垒为134.8 kJ·mol^－1,Ala_2·Ca²⁺手性转变的d通道具有优势,总包能垒为235.3 kJ·mol^－1;水分子的催化使能垒分别降至40.8和141.3 kJ·mol^－1。结果表明,Ca²⁺对Ala的手性转变具有催化作用,水分子对丙氨酸Ca²⁺配合物的手性转变具有极好的催化作用。     

气相环境下丙氨酸Ca2+配合物的手性转变机理及水分子的催化作用

采用基于密度泛函理论的M06方法,研究了气相环境下2种稳定构型的丙氨酸（Ala）与Ca²⁺配合物的手性转变及水分子的催化。研究发现,Ala_1·Ca²⁺的手性转变有a和b 2个通道,a通道是α-氢只以羰基氧为桥迁移;b通道是α-氢迁移到羰基氧后,氨基上的质子在纸面内侧向α-碳迁移。Ala_2·Ca²⁺的手性转变有a、b、c、d 4个通道,a和b通道分别是羧基内质子迁移后,α-氢只以羰基氧为桥迁移和α-氢迁移到羰基氧接质子从氨基氮向α-碳迁移;c通道是钙与氮的配位键断裂后,α-氢向氨基氮迁移;d通道是钙与氮的配位键断裂后,Ala_2·Ca²⁺向Ala_1·Ca²⁺异构,再接Ala_1·Ca²⁺的手性转变。势能面计算表明,Ala_1·Ca²⁺手性转变的a通道具有优势,总包能垒为134.8 kJ·mol^－1,Ala_2·Ca²⁺手性转变的d通道具有优势,总包能垒为235.3 kJ·mol^－1;水分子的催化使能垒分别降至40.8和141.3 kJ·mol^－1。结果表明,Ca²⁺对Ala的手性转变具有催化作用,水分子对丙氨酸Ca²⁺配合物的手性转变具有极好的催化作用。     

α-丙氨酸及其金属配合物的旋光异构理论研究进展

氨基酸及其金属配合物旋光异构的理论研究,对实验上实现它们的手性转变及安全地用于生命体均有重要意义。本文综述了α-丙氨酸（α-Ala）在气相、水汽相、水液相和纳米限域环境下的旋光异构及羟基负离子（水分子簇）的催化作用;α-Ala与生命体必需的主族金属和过渡金属配合物在气相、水汽相和水液相下旋光异构。气相下α-Ala及其绝大多数的金属配合物不能消旋,只有个别的过渡金属配合物能缓慢消旋,纳米限域环境下的α-Ala不能消旋;水汽相下α-Ala及其金属配合物只能痕量或微量地消旋;水液相下α-Ala能少量地消旋,其金属配合物只能痕量、微量或少量地消旋;碱性水环境下α-Ala易消旋。本综述可望为深入研究氨基酸及其金属配合物的旋光异构提供理论参考。     

水液相下羟基自由基诱导半胱氨酸分子损伤的机理

采用密度泛函理论的M06-2X和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD(solvation model based)模型方法,研究了水液相下羟基自由基(OH^·)诱导半胱氨酸分子(Cys)损伤的反应机理。研究发现：Cys的损伤可通过OH^·抽取其H原子、OH^·加成到羧基C和单电子从Cys分子向OH^·转移3个通道实现。势能面计算表明：OH^·加成到羧基C的反应通道最具优势,是无势垒过程;OH^·抽取α-H、质子化氨基H、巯基H和亚甲基H的最低能垒分别是12.5、4.6、7.3、8.9 k J/mol;电子从Cys向OH^·转移的反应为劣势通道,能垒为93.5 k J/mol。结果表明,水液相下OH^·容易导致Cys分子损伤。     

水环境下羧基与氨基间为单氢键的α-Ala旋光异构及羟自由基和氢氧根的作用

采用密度泛函理论的B3LYP方法、微扰理论的MP2方法和自洽反应场（SCRF）理论的SMD模型方法,研究了水环境下羧基与氨基间为单氢键的α-Ala旋光异构及羟自由基和氢氧根作用的反应。研究发现：α-Ala的旋光异构可在a和b两个通道实现,a通道为羧基顺反异构后,水分子簇作媒介质子以氨基为桥从α碳的一侧向另一侧迁移;b通道为水分子簇作媒介,质子从α碳向氨基氮的迁移与羧基顺反异构协同进行。在a通道,羟自由基水分子簇可致α-Ala损伤。势能面计算表明：水环境下,在a通道3个水分子簇作氢迁移媒介,决速步能垒为113.37 kJ·mol^-1,氢氧根水分子簇的催化使该能垒降到64.45 kJ·mol^-1;在b通道2个水分子簇作氢迁移媒介,决速步能垒为135.00 kJ·mol^-1。羟自由基水分子簇致α-Ala损伤的能垒在水分子抽氢和羟自由基抽氢时分别为24.47和 80.60 kJ·mol^-1。     

水液相下羟基负离子催化半胱氨酸旋光异构的机理

采用密度泛函理论M06-2X和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了水液相下羟基负离子(OH^-)催化半胱氨酸(Cys)分子的旋光异构反应机理。研究发现,两性Cys分子的消旋反应可以通过OH^-直接抽取α-H质子和Cys碳负离子抽取水分子(H₂O)质子实现,也可以在两性Cys向中性异构后,通过OH^-抽取中性Cys的α-H质子和Cys碳负离子抽取H₂O质子实现。势能面计算表明：第1种情况下Cys消旋反应的活化能垒是45.8 k J/mol,第2种情况下Cys消旋反应的活化能垒是51.6 k J/mol,均比水液相下Cys消旋反应的活化能垒104.0 k J/mol低很多。结果表明,水液相下OH^-对Cys的旋光异构具有很好的催化作用。     

水液相环境脯氨酸Ca（Ⅱ）配合物旋光异构的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的M06-2X和MN15方法结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了水液相环境两性S-型脯氨酸(S-Pro)与Ca~(2+)配合物(S-Pro·Ca~(2+))的旋光异构。考察了S-Pro·Ca~(2+)在3个反应通道a、b和c的旋光异构过程:a通道是以羰基氧为质子迁移媒介;b通道是α-C上的质子先迁移至羰基氧,然后氨基氮上的质子在纸面内向α-C迁移;c通道是以羰基氧和氨基氮为质子迁移媒介。势能面研究表明:隐性溶剂效应下c通道明显具有优势,决速步能垒为221.4 k J/mol;显性溶剂效应下c通道略具优势,决速步能垒降到131.2 k J/mol。结果表明,脯氨酸钙在水液相环境只能很少量地消旋,其用于生命体同补脯氨酸和钙离子具有较好的安全性。     

α-丙氨酸分子手性转变反应通道及水分子作用的理论研究

基于密度泛函理论,对孤立条件下的α-丙氨酸分子手性转变过程和水分子对此过程中氢转移的催化作用进行了研究.通过寻找过渡态和中间体等极值点的结构,绘制了孤立条件下α-丙氨酸分子手性转变的过程以及水环境中重要氢转移过程的势能面.结果表明,孤立条件下α-丙氨酸分子手性转变有2条路径:路径1由3个中间体和4个过渡态组成,最高能垒337.4kJ·mol-1来自羧基的氢向甲基迁移和甲基的氢向手性碳迁移的协同过程.路径2由4个中间体和5个过渡态组成,最高能垒316.3kJ·mol-l来自手性碳上的氢向羧基上氧的转移.单个水分子和2个水分子作为氢转移的桥梁,使路径2的最高能垒从316.3kJ·mol-1分别降到198.0和167.8kJ·mol-1.     

气相环境下丙氨酸Mn（Ⅱ）配合物的手性转变机理

采用密度泛函理论的M06和MN15方法,研究了气相环境下两个稳定的丙氨酸异构体(S-Ala_1和S-Ala_2)与Mn2+配合物(S-A_1和S-A_2)的手性转变。研究发现:S-A_1的手性转变有3个通道a、b和c,a通道先是α-氢向羰基O迁移;b通道是羧基Mn2+螯合环的打开与质子从质子化氨基向羧基负离子的O迁移协同进行;c通道是α-氢先向氨基N迁移。S-A_2的手性转变有2个通道a和b,a通道是α-氢先向氨基N迁移;b通道是先进行羧基内的H迁移。势能面计算表明:S-A_1手性转变反应的b通道具有优势,活化自由能垒约为247. 0 kJ/mol-1;S-A_2手性转变反应的a通道具有优势,活化自由能垒约为329. 0 kJ·mol-1。结果表明,Ala与Mn2+的配合物可以很好地保持其手性特征。