手性分子的光谱学研究和StereoChem编程

摘要

自然界是一个手性的世界，小分子化合物中90％以上的都有手性，大分子蛋白质和氨基酸都具有手性。由于酶的高度选择性，药物的手性直接关系着生物体的各种机能。鉴定手性构型是一个特别重要的工作，当前 X-射线单晶衍射首先应用于手性分子的研究，但是其研究的范围仅限于单晶，而核磁共振谱（NMR）只能看出其相对构型。鉴于X-射线单晶衍射和NMR方法的不足，发展出电子圆二色谱（ECD）、振动圆二色谱（VCD）、拉曼光活性谱（ROA）用于更好的研究手性分子光谱。本文基于对手性分子的ECD、VCD、ROA计算光谱的研究，并且和实验光谱的比较确定他们之间的构型和构象关系的基础上编写了一套有利于手性分子光谱计算的软件（StereoChem）。
　　本文介绍应用光谱学研究和编程的方法解决手性立体构型的方法。介绍了手性分子鉴定的基础知识和文献综述。介绍了计算的总体步骤，接着举出4个计算实例，从不同角度遇到的问题进行解析,并且列出硕士期间计算分子的汇总。遇到的问题主要有：构象能量提取比较麻烦，还要进行玻尔兹曼统计；每个构象中的激发态和振动模式也很多，如果手动进行玻尔兹曼加和将非常耗时；产生的实验值和计算值很难直接比较；手动设置整个每个构象的计算方案很繁琐；没有系统和归一化的操作规程；为了解决这些问题，用编程的方法对这些问题进行集中化处理。StereoChem可以在几分钟内解决之前耗费一天的时间才能处理完的数据，很大程度上提高了工作效率。主要包括，项目管理、格式转换、3D分子结构显示、数据处理、矩阵模型、图谱对比和构象分析，可以一体化地光谱计算过程中遇到的问题。数据处理是该软件的核心，包括ECD数据处理、VCD数据处理、ROA数据处理、OR数据处理和13C谱数据处理，最终生成对比图谱。综合所有功能和方法可以很容易地解决手性分子的构型问题。

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第一章 手性分子光谱学研究基础

1.1前言

1.2计算化学理论基础

1.3手性光谱实验研究方法

第二章 手性分子的光谱学研究

2.1计算步骤

2.2葫芦巴内酯的双分子形式

2.3轴手性-双咔啉立体结构研究

2.4计算和实验对比法研究柄曲霉素的立体构型

2.5振动光活性方法研究青蒿素绝对构型

2.6硕士期间计算汇总

第三章 StereoChem编程

3.1编程基础

3.2构象选择

3.3格式转化

3.4分子显示

3.5方案设置

3.6 ECD数据处理

3.7 VCD数据处理

3.8 ROA数据处理

3.9旋光

3.10 13C谱数据处理

3.11图谱显示

3.12矩阵计算

3.13总结

参考文献

附录Ⅰ 硕士期间计算化合物汇总

附录Ⅱ StereoChem数据结构

致谢

攻读学位期间取得的成果