酰胺分子与鸟嘌呤相互作用及多通道质子转移反应的理论研究

摘要

作为异构平衡的氧化还原反应中最简单和最基本的现象之一，质子转移不仅在化学反应中起着重要的作用，在生命进程中的作用更是不可或缺。它广泛存在于光合链、呼吸链、酶促反应等各种细胞代谢过程。并能产生细胞信息传递的驱动力、确定信息传递的方向、程序及使生物信息以能量量子方式予以编码和重排。此外质子转移在分子间信息传递及生物信息流传递方面也具有重要作用。 基于质子转移反应在生物学和化学领域的重要作用，许多实验或理论工作者都对质子转移进行了大量深入的研究。本文在前人的基础上首次利用振动模式方法来分析质子转移反应机理，以及用多通道理论的思想来研究质子转移反应。 本论文中选取丝酰胺和鸟嘌呤两个体系作为研究对象。采用密度泛函(DFT)方法，研究生物小分子多通道质子转移过程的机理，以及环境因素对其所起到的辅助作用。通过在不同环境下对各通道的比较得出一些有意义的结论。 全文包括五章，第一章分为四节：第一节介绍了量子化学的发展简史；第二节质子转移异构化以及多通道反应；第三节介绍了肽单元模型；第四节介绍了本文的主要工作。 第二章就本文主要的研究依据——各种相关的计算方法进行了简明扼要的介绍。前两章主要概括了本文工作的理论背景、理论依据，为我们的研究提供了可靠的量子化学方法。 在这些理论工作的基础上，第三章为了研究丝酰胺分子在基态与激发态下多通道质子转移的反应，我们利用(DFT)B3LYP方法在6-311++G**基组上确定了基态下的八对对应异构体和激发态五对对应异构体；并且分别在基态和激发态下算出四个不同的质子转移通道；得出了基态与激发态的最优反应通道；比较了基态与激发态质子转移反应的所需的活化能，认定激发态更有利于反应的进行。 第四章我们利用密度泛函理论(DFT)在6-311++G(d，p)基组上研究了作为肽单元模型的甲酰胺分子与鸟嘌呤复合体之间的氢键作用。为进一步模拟研究生命体系中肽单元对DNA碱基(鸟嘌呤)分子内质子转移的影响奠定基础。研究中我们得到了九种靠分子间双氢键结合的环状复合体，其中的一个为六原子环，五个为七原子环，其余的都为八原子环。我们对这些复合物分子间氢键进行了比较，得到了最稳定构型与最不稳定构型。同时对红外光谱频率和红外强度以及振动频率位移也做了相关报道。 第五章是在第四章所得出的结论的基础上，利用密度泛函理论(DFT)在6-311++G(d，p)基组上模拟研究生命体系中肽单元(甲酰胺模型)对DNA碱基(鸟嘌呤)分子内质子转移的影响。本章中以鸟嘌呤单体及五种复合物(FG1，FG2，FG3，FG4和FG5)为研究对象，得到了甲酰胺分子对鸟嘌呤五个不同通道分子内质子转移反应的协助或抑制作用。得到了最优与最差反应通道。 由于我们所研究的体系是建立在对生物小分子模拟的基础上，因而，所得到的结论对研究生命体系的各种生命现象如细胞代谢过程、生物信息的传递、DNA突变以及细胞癌变有十分重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

第一节量子化学的发展

第二节质子转移异构化与多通道反应

第三节肽单元模型

第四节本文主要工作及其意义

第二章计算理论和方法简介

第一节ab initio Hartree-Fock(HF)SCF方法

第二节Mφller Plesset(MP)方法(对称性匹配的微扰方法)

第三节密度泛函理论(Density Function Theory,DFT)

第四节基组含义及选择从头算基函数的规则

第三章基态与激发态下丝酰胺分子内多通道质子转移反应理论究

第一节引言

第二节计算方法

第三节结果与讨论

第四节结论

第四章甲酰胺与鸟嘌呤分子间相互作用的密度泛函理论研究

第一节引言

第二节计算方法

第三节结果与讨论

第四节结论

第五章甲酰胺(肽单元模型)对DNA碱基-鸟嘌呤分子内质子转移的影响：密度泛函理论研究

第一节引言

第二节计算方法

第三节结果与讨论

第四节结论

参与文献

在校期间的研究成果及发表的学术论文

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