水团簇(H2O)n中多体作用强度与水分子间距的关系

使用高精度从头算方法(含基组重叠误差校正)计算了水团簇(H₂O)_n (n = 8, 10, 16, 20, 22, 24)中的所有二体、三体和四体作用能,分析了水团簇中的多体效应.研究表明,二体作用对体系总作用能的贡献高达70%以上,三体作用对总作用能的贡献可高达25%,四体作用在总作用能中所占比例不超过3%,五体及以上多体作用能在总作用能中所占比例更小,不超过0.5%.本文研究还表明,两个水分子间距小于0.68 nm的二体作用、三个和四个水分子中最近的两个水分子间距小于0.31 nm的三体和四体作用对体系总作用能的贡献高达99.4%.因此,以生物体系为对象的分子模拟方法应该具备准确地模拟两个水分子间距小于0.68 nm的二体作用、三个和四个水分子中最近的两个分子间距小于0.31 nm的三体和四体作用的能力.     

醇及脱氧核糖与水分子间三体作用强度的快速准确计算

快速准确预测醇及脱氧核糖分子与水形成的氢键复合物的三体作用强度, 对准确模拟水环境下蛋白质和DNA的结构和功能至关重要. 基于对多体极化作用的理解, 在可极化偶极-偶极作用模型(PBFF)基础上, 将体系中的极性化学键视为化学键偶极, 通过模拟键偶极的极化计算了醇及脱氧核糖与水分子形成的氢键复合物的三体作用能. 通过拟合甲醇与水氢键复合物的三体作用能随分子间距离变化的能量曲线确定了所需的参数. 将模型和所确定的参数应用于计算更多的甲醇、 乙醇及脱氧核糖与水氢键复合物的三体作用能, 检验了模型的准确性和参数的可转移性. 计算结果表明, 可极化偶极-偶极作用模型及所确定的参数能够较好地预测具有不同结构的氢键复合物的三体作用强度, 其精度可与MP2方法的计算精度相当.     

卤素阴离子和取代苯间Anion-π作用强度的快速计算

A scheme that explicitly contains electrostatic, polarization, and dispersion interactions to rapidly simulate anion-π interactions is proposed and assessed by structural and energetic comparison with those produced via the complete basis set limit of the coupled-cluster singles and doubles plus perturbative triples [CCSD (T)/CBS] method for a set of X-…C₆H_6-nR_n complexes where X^-=F^-, Cl^-, Br^- and R=CN, F. We use the chemical bonds C≡N, C―F, and C―H of the substituted benzenes as bond dipoles. The electrostatic interactions are estimated by calculating the interactions between the charge of the anion and the bond dipole moments of the substituted benzene. The polarization interactions are described according to the variation of the magnitudes of the bond dipole moments with the local environment. The parameters needed are produced by fitting the high-quality CCSD (T)/CBS potential energy curves. Calculation results show that our scheme produces equilibrium intermolecular distances with a root-mean-square deviation of 0.004 nm and interaction energies with a root-mean-square deviation of 2.81 kJ·mol^-1 compared with the CCSD (T)/CBS results. The calculation results also show that our scheme reproduces the CCSD (T)/CBS potential energy curves well. These comparisons indicate the scheme proposed here is accurate and efficient, suggesting it may be a helpful tool to design and simulate relevant molecular materials.     

准确快速计算含多肽酰胺和核酸碱基的氢键复合物的氢键强度和氢键作用势能曲线

N-H···O=C、C-H···O=C、N-H···N和C-H···N等氢键作用是蛋白质a-螺旋结构、b-折叠结构和DNA双螺旋结构形成的主要因素,在生物分子识别、蛋白质复制以及遗传信息传递等过程中起重要作用。准确快速计算生物体系中存在的N-H···O=C、C-H···O=C、N-H···N和C-H···N等氢键作用强度以及氢键强度随分子几何结构(距离和角度)变化的势能曲线对正确模拟(从而正确认识和理解)蛋白质折叠机制和DNA双螺旋结构形成机制等生物过程意义重大,对设计合成具有特殊功能的生物分子材料有重要指导价值。本文主要介绍了近年来建立的偶极-偶极氢键作用模型及其在快速预测多肽-多肽分子间和核酸碱基-多肽分子间氢键作用强度和氢键作用势能曲线方面的应用。     

脂肪族氨基酸二肽与水团簇的理论研究

用ABEEMσπ/MM模型和MP2/6-31+G(d)//B3LYP/6-31G(d)方法研究水合效应对脂肪族氨基酸二肽的影响.从结构和能量两方面说明Leu残基在蛋白质中起成旋作用,Val和Ⅱe残基在蛋白质中起解旋作用.同时得出:水分子严重影响了二肽分子的骨架二面角;对于结合相同数目水分子的团簇倾向于形成含有环状氢键的结构,并且含有环状氢键团簇的结合能大于含有链状氢键团簇的结合能.     

不同水团簇结构Zn（NO3）2稀溶液对BSA构象的影响

研究了Zn(NO3)2稀溶液冷冻-解冻处理前后水团簇结构的变化和对牛血清白蛋白(BSA)构象的影响。Zn(NO3)2稀溶液经冷冻-解冻处理后,由于小的水分子团簇结构的形成,溶液电导率明显增加,密度降低,粘度增加。采用激光显微共聚焦拉曼光谱、傅立叶红外光谱和圆二色光谱研究了与冷冻-解冻处理前后Zn(NO3)2稀溶液作用后BSA构象的变化,结果表明:Zn2+对BSA酰胺Ⅰ带的影响较大,可以降低BSA的α-螺旋结构比例,使BSA的二硫键构象、酪氨酸和色氨酸外环境发生变化。Zn(NO3)2稀溶液经冷冻-解冻处理后,对BSA构象的影响变弱。表现为BSA酰胺Ⅰ带α-螺旋结构含量降低相对较少,对酪氨酸外环境的影响减弱。由此可见冷冻-解冻处理可改变Zn(NO3)2稀溶液水分子的团簇结构,使得溶液的物理化学性质发生变化,进而削弱其对BSA构象的影响。     

一个双三核钼簇合物的合成、结构及其簇间相互作用

报道了一个新的双三核钼簇合物{Mo_3S_2P[＆P(OC_2H_5)_2]_3}{Mo_3S_4[S_2P(OC_2H_5)_2]_4(SCN)}的合成方法和晶体结构.结构分析和对整个簇合物的量子化学计算结果表明,属于不同结构类型的两个三核钼簇单元,虽然保留了显著的离子特征,但它们通过几对桥S原子间较强的相互作用形成双三核钼标题簇合物.还对[Mo_3]簇核电子数和三核钼簇合物稳定性之间的关系进行了初步讨论.     

核酸适配体介导的荧光铜纳米簇用于免标记快速检测水胺硫磷

基于核酸适配体的靶标识别能力和铜纳米簇（CuNCs）优良的荧光性能,本研究开发了一种免标记荧光探针用于有机磷农药水胺硫磷（ISO）的快速检测。当靶标分子ISO不存在时,溶液中ISO的核酸适配体和互补DNA形成双链结构,从而介导合成荧光CuNCs,表现出高的荧光信号;当待测样品中存在ISO时,ISO与其核酸适配体形成复合物,释放出单链互补DNA。游离的单链DNA不能介导合成CuNCs,导致溶液中的荧光信号减弱。在最佳条件下,检测体系的荧光抑制率与ISO浓度的对数在0.05～25 mg/L浓度范围内呈线性关系,检出限为47μg/L (3σ),其它物质对其检测几乎没有干扰。将此探针用于检测水样中的ISO,回收率为80.3%～108.0%。研究结果表明,本方法可用于检测实际样品中的ISO残留。     

Cu(110)表面水团簇亚分子级成像的原子力显微镜研究

水–固界面在日常生活及诸多科学技术领域发挥着至关重要的作用,如冰的成核生长、腐蚀、润滑、多相催化以及电化学等.理解表界面水的氢键构型以及动力学过程是关键.然而,金属表面弱相互作用的水团簇容易受到扰动,其原子尺度的实空间成像仍是一项技术挑战.本文利用qPlus型原子力显微镜的非侵扰式成像技术,获得了Cu(110)表面水团簇的亚分子级成像,识别了内部氢键网络以及OH的取向.研究发现Cu(110)表面上的水团簇以四元环、五元环为主,同时还存在由四元环、五元环外延出的五聚体和六聚体等构型.此外,六聚体存在三种亚稳态,它们能量相近,在针尖的作用下会发生相互转换.     

含酰胺和尿嘧啶的氢键复合物的三体效应

采用包含BSSE校正的MP2/aug-cc-pVTZ方法对酰胺、二肽、尿嘧啶和水分子形成的氢键复合物的三体效应进行了研究,分析了三体作用能对体系总作用能的贡献.结果表明,在这些氢键复合物中,三体作用能占体系总作用能的10%~20%,三体作用属于近程作用,因此在分子模拟中至少应考虑近处的三体效应.     

Rapid Evaluation of Individual Hydrogen Bonding Energies in Linear Water Chains

A model is proposed to rapidly evaluate the individual hydrogen bonding energies in linear water chains. We regarded the two O--H bonds of a water molecule as two dipoles. The magnitude of the O--H bond dipole mo- ment can be varied due to the other water molecules＇ presence. An analytic potential energy function, which explicitly contains the permanent dipole-dipole interactions, the polarization interactions, the van der Waals interactions and the covalent interactions, was therefore established. The individual hydrogen bonding energies in a series of linear water chains were evaluated via the analytic potential energy function and compared with those obtained from the CP-corrected MP2/aug-cc-pVTZ calculations. The results show that the analytic potential energy function not only can produce the individual hydrogen bonding energies as accurately as the CP-corrected MP2/aug-cc-pVTZ method, but is very efficient as well, demonstrating the model proposed is reasonable and useful. Based on the individual hy- drogen bonding energies obtained, the hydrogen bonding cooperativity in the linear water chains was explored and the natures of the hydrogen bonding in these water chains were discussed.     

卤代苯与水分子间作用的从头算

污染是科学家关注的热点问题,化学污染物是造成水污染的重要因素［１］．在水环境中,卤代苯是一类优先污染物（ｐｒｉｏｒｉｔｙｐｏｌｕｔａｎｔｓ）［２］．这类污染物毒性大,在环境中的半衰期长,美国环保局（ＥＰＡ）已经把它们列入优先污染物之列．Ｖｅｒｓｃｈｎ...     

平面四配位和五配位的B6S5团簇

采用B3LYP/def2-TZVP优化和在耦合簇方法(CCSD)单点水平下, 将$B_{6}S^{n}_{5}$ (n=0, +1, +2)作为基础结构研究证实了S原子对于形成B平面多配位结构具有良好的作用. 研究发现, $B_{6}S^{n}_{5}$ (n=0, +1, +2) 3种价态下最稳定和次稳定结构均为纯平面结构, 仅在不同电子数下两者的能量次序发生改变. 中性的B₆S₅因满足18电子规则其最稳定结构具有D_5h对称性, 且中心B为平面五配位. 在$B_{6}S^{+}_{5}$和$B_{6}S^{2+}_{5}$中, 其17电子和16电子时的最稳定结构中的所有B均为平面四配位. 18电子的B₆S₅更为稳定.     

水黾多腿并排表面的疏水性能

通过体视显微镜、 扫描电子显微镜、 傅里叶变换红外光谱对水黾腿表面的形态、 结构和成分进行了定性定量研究, 采用视频光学接触角测量仪以及Cassie模型对水黾多腿并排的表面润湿性能进行了测量与分析. 结果表明, 水黾腿表面均匀分布有刚毛, 刚毛表面有螺旋状沟壑; 水黾多腿并排后的表面接触角达(152.9±1.0)°, 表明该表面具有超疏水性; Cassie模型计算结果表明, 水黾多腿并排后的超疏水性是其腿部表面有机物质和表面微观结构耦合作用的结果, 并排测量方式对其影响较小.     

He2F-体系的分子间相互作用势能面

使用高水平的从头算CCSD(T)/aug-cc-pVTZ方法, 经过Counterpoise校正, 计算了He2F-体系的分子间相互作用势能面. 在He2F-体系的相互作用势能面的最小值处, 发现了一个等腰三角形的稳定结构. 在这个结构中, He…F- 距离是 0.334 nm, He…He 的距离是 0.295 nm, ∠HeF-He 为 52.5°. 计算了此稳定结构的频率、相互作用能、二体相互作用能和三体相互作用能. 在CCSD(T)/d-aug-cc-pVTZ水平下, 相互作用能为-1.727 kJ/mol.     

基于动态光散射技术的含乳糖组装体与蛋白质相互作用

采用非共价键合胶束(NCCM)的组装策略, 制备了表面为糖聚合物的纳米粒子, 利用动态光散射技术, 实时跟踪了在溶液中糖与蛋白相结合的动力学数据, 并以聚集体形成的速度来体现不同的蛋白对相同组装体的结合能力强弱. 实验结果表明, 对表面覆盖100%乳糖的组装体, 各蛋白的结合能力表现为SBA?LecA≈Galectin 3>ECA≈Galectin 1, 表明蛋白的糖结合位点个数及其空间分布对多价作用的动力学有较大影响. 基于此模型, 对人半乳凝素-3与糖结合的方式进行了初步探究.     

原子对作用能与有机红外光谱的相关性研究

将有机分子中的Ｃ和Ｈ、Ｃ和Ｃ、Ｃ和Ｏ、Ｃ和Ｎ间化学键的红外伸缩振动吸收峰位与ＭＮＤＯ法计算的原子对作用能相比较，找到了很好的相关性，并用最小二乘法拟合得到各自的回归线和回归方程，其相关系数均达到０．９７以上。运用二者相关性规律定量地解释了有机分子中Ｃ－Ｈ、Ｃ－Ｃ、Ｃ＝Ｃ、Ｃ≡Ｃ、Ｃ－Ｏ、Ｃ＝Ｏ、Ｃ－Ｎ、Ｃ＝Ｎ、Ｃ≡Ｎ键的伸缩振动吸收峰移动的影响因素，如不饱和性、诱导、中介、共轭、环张力等。     

水催化2个酯分子相互转化反应的理论研究

从印楝植物内生真菌Phomopsis sp.培养液中分离得到的4-acetoxymultiplolide(1)和1-acetoxymultiplo-lide(2)在室温及水存在下能够相互转化. 提出二者相互转化最可能的4个途径(机理A~D). 在B3LYP/6-311+G(d,p)水平进行气相条件的优化, 结果表明, 无水催化的机理A中TS1和TS2的活化能均显著大于120 kJ/mol, 2个分子水催化的机理D中TS1和TS2的活化能则显著降低. 计算结果显示水的溶剂化效应能进一步降低机理D中TS1和TS2的活化能. 在MP2/6-311++G(2d,2p)//B3LYP/6-311+G(d,p)水平计算了单点能, 得到在水相时机理D中TS1和TS2的活化能分别为106.24和107.37 kJ/mol. 因此, 机理D是化合物1 和2在室温下及水存在时相互转化最可能的途径, 该途径是一种特殊的水催化分子内酯的醇解反应, 也是一种经典的亲核加成反应, 通过一种新的叔醇中间体实现.     

Connected Triple Excitations in the Calculation of the Adiabatic Excitation Energies in the Equation-of-Motion Coupled Cluster Theory

The importance of the connected triple excitations (T ₃ operator) in the calculations of the adiabatic excitation energies are estimated for two diatomic closed shell molecules: N₂ and CO. The computations are carried out using the recently developed equation-of-motion (EOM) approach with full inclusion of the connected triple excitations [Kucharski, S. A., Woch, M., Musia, M., Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 2001, 115, 8263.] The effect of the T ₃ operator on the calculated excitation energies ranges from 0.1 to 0.3 eV significantly improving the results for all considered states. In all but one case the agreement with the experimental data is better than 0.05 eV.