二聚体水分子的10种稳定结构的MP2方法研究

二聚体水体系是液态水分子体系中氢键存在的原型,目前对它的研究大多是关于其最稳定构型, 而忽略了势能面上的其它稳定结构. 本文在MP2/aug-cc-pVDZ理论水平下对二聚体水分子进行均衡(CP)校正梯度优化, 计算得到二聚体水分子势能面上的10种稳定构型, 并进一步计算得到了它们的相互作用能和偶极矩等重要性质. 结果表明, 具有Cs对称性的构型1最稳定, 其相互作用能ΔE为-4.47 kcal/mol;而具有C2h对称性的构型8最不稳定,其相互作用能ΔE仅为-1.15 kcal/mol.     

丙烯腈水解反应机理的理论研究

采用密度泛函方法研究了丙烯腈的水解反应,设计了2条水解途径,并在B3lyp/6-31++G(d,p)水平上优化了反应过程中的反应物、中间体、过渡态及产物的几何构型.途径A的第1步是水分子先进攻丙烯腈的C≡C中的C原子,同时H转移到CC的另一个C原子上,在第2步中,另一个水分子进攻C≡N中的C原子,H原子转移到N上.经历一个扭转过渡态后,在第4步中,与N原子邻近的羟基上的H原子转移到N原子上,形成最终的产物酰胺.其中第1步的能垒最高,为52 kcal/mol,故为途径A的速度控制步骤.途径B的第1步是水分子先进攻C≡N,然后第2个水分子进攻CC,后面的过程与途径A类似.该途径也是第1步的能垒最高47 kcal/mol,故为途径B的速度控制步骤.研究结果表明途径B比途径A更优势.     

液相下的8-羟基鸟嘌呤的氢转移反应

本文利用MPWB1K/aug-cc-pVDZ方法研究了水分子辅助的8-羟基鸟嘌呤在水溶液中的氢转移反应.通过优化该反应的反应物、过渡态和产物结构,计算最小能量路径,分析了反应过程中各个部分的电荷分布情况和水溶剂对该反应过程的贡献.计算发现,8-羟基鸟嘌呤在水溶液中的氢转移反应势垒是15.84 kcal/mol,比气相下的同一反应势垒低很多.通过对反应过程的溶剂化效应和极化效应的分析发现,水的极化效应使反应势垒增加了12.85 kcal/mol,而水的溶剂化效应使反应势垒降低了24.7 kcal/mol.因此,在水溶剂的影响下,8-羟基鸟嘌呤的氢转移反应比气相下的反应势垒降低了11.91 kcal/mol.这说明,水溶剂的存在加速了反应的进行.     

基于密度泛函理论的KDP(100)表面吸附水分子研究

基于密度泛函理论中的第一性原理计算方式, 开展KDP(100)面表面吸附水分子的性质研究。结合Bader电荷、电子密度、差分电子密度和电子局域函数等参数进行电子密度拓扑分析, 结果显示水分子在KDP(100)表面的最佳吸附位点为氢钾桥位, 吸附能为–0.809 eV, 表明 KDP(100)表面可以自发地吸附水分子; 水分子中的氧原子通过吸附, 与KDP(100)表面磷酸根基团上的氢原子形成含共价效应的强氢键O—H...O_w, 拟合键能为–18.88 kcal/mol。     

H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附机理

为从微观上探讨H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附的机理,构建C30H14(9个苯环)代表煤局部表面,通过密度泛函理论分析甲烷分子,水分子和煤局部表面之间的相互作用。结果表明,水分子在煤表面的吸附比甲烷分子在煤表面的吸附更加稳定,二者以最稳定吸附构型吸附时的吸附能分别为-13.23 kJ/mol和-10.13 kJ/mol.当甲烷分子与已吸附水分子的煤表面作用时,甲烷分子吸附能显著下降,吸附平衡距离增大,表明水分子能迫使甲烷吸附到不稳定位置。水分子和甲烷共存时,水分子处于吸附状态,甲烷分子处于脱附状态且总能量最低,进而从分子水平表明水和甲烷竞争吸附时水处于主导地位。     

丙氨酸甘氨酸混合三、四肽构象稳定性的快速预测

使用特殊氢方法预测丙氨酸甘氨酸混合三肽和四肽分子共111个构象的相对稳定性,并与B3LYP/6-31G^＊方法的相对能量比较,得到了满意的结果.在所有111个构象中,特殊氢方法相对能量与B3LYP/6-31G^＊方法相对能量偏差绝对值大于2.0 kcal/mol的只有3个,偏差在1.0～2.0 kcal/mol之间的有18个,其余均小于1.0 kcal/mol.本文结果表明特殊氢原子在决定多肽构象稳定性方面的内秉重要性.     

从头算和RRKM理论研究O（1D）+trans-CH2FCH2F反应

运用MP2/6-311G(d,p)方法优化得到了O(1D)+trans-CH2FCH2F反应势能面上稳定点的优化几何构型和振动频率。精算的能量是在QCISD(T)/6-311++G(d,p)水平上得到的。RRKM(Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus)理论用来计算碰撞能在0-350 kcal/mol范围内通过中间体的微正则速率常数。计算得出,当碰撞能低于140 kcal/mol时标题反应的主要产物是HF和CH2F;碰撞能在140-350 kcal/mol时反应的主要产物是HF,CH2F和OH.在整个碰撞能范围内,HF和CH2F是主要产物。     

镁(Ⅱ)-甘氨酸-水三元配合物结构和性质的理论研究

为认识金属离子的生物功能,采用CCSD/6-31++G**∥M06/6-31++G**理论方法系统研究了三元配合物[Mg(Gly)(H2O)n]2+的结构和性质.气相模型下得到的结果为:1)O,O双啮型两性甘氨酸的配位能力最强,比N,O双啮型中性甘氨酸的配位能力强37.6kJ/mol,比2个水分子强约60kJ/mol;2)与Mg2+配位时,O,O双啮型两性甘氨酸优先,结合能达到-669.1kJ/mol;随后4个水分子依次配位,结合能变化值递减,平均为159.1kJ/mol,此时配位键达到饱和数6,体系的结合能达到-1 305.4kJ/mol;3)第5个水分子可通过强氢键(键能为85.5kJ/mol)作用于体系得到次稳定构型,结合能为-1 390.9kJ/mol;也能插入到甘氨酸的O原子与Mg2+之间,取代甘氨酸的1个O原子与Mg2+形成配位键,导致甘氨酸变为单啮配体,这样得到的构型最稳定,结合能达到-1 393.1kJ/mol.液相模型下的构型结构与气相模型相比变化微小,能量次序与气相结果相同.     

植物miRNAs前体的生物信息分析

miRNAs前体（pre-miRNAs）是产生成熟miRNAs的基因表达产物，能形成较为稳定的发卡环结构，具有较低的最小折叠自由能（minimal folding free cnergy，MFE）。在对植物pre-miRNAs长度、不同碱基含量、MFE、熵分析基础上，重点比较不同RNAs序列之间MFE与其长度的比值（MFEL）。结果表明MFEL是区分植物pre-miRNAs的一个很有效的参数：pre-miRNAs的MFEL值平均为-45．98kcal／mol，明显低于mRNAs（-23．08kcal／mol），tRNAs（-22．13kcal／mol）和rRNAs（-16．83kcal／mol）。使用MFEL参数可提高预测植物miRNAs基因的效率。     

黄芩射干汤主要黄酮类成分与H_7N_9病毒神经氨酸酶的分子对接

目的研究黄芩射干汤主要黄酮类成分与H_7N_9病毒神经氨酸酶(neuraminidase)的分子对接情况。方法检索CNKI数据库,挖掘黄芩射干汤中主要黄酮活性成分,利用AutoDock Vina软件与H_7N_9病毒神经氨酸酶进行分子对接。结果汉黄芩素、黄芩素、木蝴蝶素A等3种黄酮类活性物质与H_7N_9病毒神经氨酸酶结合能最佳,分别为-7.1,-7.2和-7.2 kcal/mol(1 kcal/mol=4.18 kJ/mol)。结论黄芩射干汤主要黄酮类成分具有抑制H_7N_9病毒神经氨酸酶和抗病毒的药理作用,能从多个靶点、多条途径发挥抗病毒感染的作用,有广阔的开发应用前景。     

水环境下限域在MOR分子筛内的α-丙氨酸在羟自由基作用下的旋光异构及损伤

用量子力学与分子力学组合的ONIOM方法,结合自洽反应场(SCRF)理论的SMD模型方法,对标题反应进行理论研究。研究发现:标题反应有a和b两个反应通道,a通道是羟自由基水分子簇等与α-H和氨基氮通过氢键作用形成底物,b通道是羟自由基水分子簇与α-H和羰基氧通过氢键作用形成底物。势能面计算表明:羟自由基水分子簇组合作质子转移媒介,水分子拔α-H使α-Ala旋光异构,水汽相环境下,a通道具有优势,决速步能垒是136.1 kJ/mol;水液相环境下,优势反应通道是b,过渡态产生的内禀能垒是78.1 kJ/mol。水分子辅助羟自由基抽α-H致α-Ala损伤的优势通道是a,决速步能垒是25.3 kJ/mol,水溶剂效应使该能垒降到22.1 kJ/mol。结果表明:水环境下羟自由基的存在可使MOR分子筛内的α-Ala旋光异构与损伤同时发生,在竞争中损伤过程具有明显的优势;MOR分子筛的限域改变了α-Ala的异构机理并起到了较好助催化作用。     

全氟聚乙醚表面活性剂的结构和亲水性质的量子化学研究

采用量子化学从头算方法研究了全氟聚乙醚羧酸及其负离子的平衡几何构型以及负离子的二水合物和四水合物的氢键作用能 ,探讨了羧酸根—COO-的亲水性质。计算发现 ,氟原子均带有负电荷 ,并包围C—C—O链形成带有负电荷的氟醚链 ;且—COO-是一个很强的亲水基 ,能与 2个或 4个水分子生成很强的氢键 ,水合作用能分别为 - 188.2 42kJ/mol和 - 2 2 6 311kJ/mol。     

艾滋病毒蛋白酶异位抑制剂体系的分子动力学研究

对艾滋病毒蛋白酶异位抑制剂体系和活性位抑制剂体系进行8 ns的分子动力学模拟,用MM-PBSA方法分别计算了抑制剂与蛋白酶的结合自由能。异位抑制剂体系中抑制剂与蛋白酶的结合自由能为-90.30 kcal/mol,活性位抑制剂体系中为-59.58 kcal/mol。在异位抑制剂体系中分子片段4DX卡在蛋白酶的exo位,使蛋白酶活性位点附近残基的活动范围减小,有利于抑制剂被束缚在活性位点附近。异位抑制剂使体系刚性更强,更稳定,抑制剂与蛋白酶的结合更为牢固。     

铀酰-Salophen与四氢吡咯之间氢键的量子化学研究

基于密度泛函理论(DFT)计算方法,对铀酰-Salophen与四氢吡咯及水分子之间形成的氢键进行了理论计算及分析.结果表明体系1和体系2中的氢键键长都小于0.228 nm,键角都在160°~178°之间,体系1中Salophen的O_1与四氢吡咯上的H_1之间的氢键相互作用能EHB=-10.658 k J/mol,在体系2中铀酰的O_3与四氢吡咯上的H_3及O1与H1之间的氢键相互作用能分别为EHB=-7.989 k J/mol、EHB=-11.114 k J/mol,铀酰-Salophen中的C-O和U=O均可与四氢吡咯形成氢键,且C-O…H-N稳定性大于U=O…H-N.     

水在金属镁表面吸附的第一原理研究

采用第一性原理赝势平面波方法,通过Materials Studio软件中的castep模块,研究了水分子在Mg(0001)表面吸附行为,揭示了镁合金钝化机理。研究了水分子在Mg(0001)表面顶位T1、桥位B2、穴位H3、穴位F4吸附情况,重点研究水分子置于T1位置的3种情况,即:水分子平行镁表面T1p,水分子垂直表面T1v,水分子所在平面与镁表面有一定倾斜T1i。计算给出了吸附能、电荷密度、差分密度、水的键长键角,分析了结构的稳定性和原子间的成键情况。结果表明:水分子在Mg(0001)表面吸附时候,氧原子与表面成键,且在顶位吸附且吸附构型是倾斜时最稳定。吸附能为-0.429 3 eV(=-41.21 kJ/mol),并且吸附能大于40 kJ/mol,吸附为化学吸附。吸附过程中表面镁原子的电子向水分子转移,使镁表面电位向正方向移动,会使镁产生钝化。吸附使水分子键长增长,键角增大,即水中各原子间作用减弱,可与Mg形成水合分子或MgO、或Mg(OH)2,从而发生钝化。     

HIV-1蛋白酶与抑制剂结合中桥接水分子作用的QM/MM研究

对HIV-1蛋白酶与抑制剂2AH和4AH结合的两个复合物体系进行了水溶液环境下量子力学分子力学混合方法(hybrid QM/MM)的1ns分子动力学模拟,用MM-GBSA方法得到桥接水分子W301与HIV-1蛋白酶和抑制剂结合体的结合自由能分别为-24.93 kJ/mol和-20.29 kJ/mol,表明W301在抑制剂和HIV-1蛋白酶结合的过程中起到了不能被忽略的作用。     

硝基取代脂肪族一元酸的电子结构与化学反应性的讨论

为了引导和构建结构决定性质教学思想,通过硝基取代直链型脂肪族羧酸化合物的空间构象和电子结构分析,α-硝基癸酸羧基C-C单键旋转最高能垒达90.4286kcal/mol,羧基的OH与硝基之间空间效应较大。阐明硝基取代羧酸化合物的电荷分布与化学反应性能的关系。     

HIV-1 蛋白酶异位抑制剂体系的长时间分子动力学模拟

采用新开发的ff12SB力场在NVIDIA CUDA GPU上对HIV-1蛋白酶的活性位抑制剂体系和异位抑制剂体系分别进行了100 ns的长时间分子动力学模拟,并用MM-PB/GBSA方法计算了活性位点抑制剂TL-3与HIV-1蛋白酶的结合自由能。异位抑制剂体系中分子片段2-甲基环己醇结合在Exo位,有利于抑制剂被束缚在活性位点附近。异位抑制剂体系中抑制剂TL-3与蛋白酶的结合自由能为-85.78 kcal/mol,活性位抑制剂体系中为-79.45 kcal/mol。这些结果有助于深入了解HIV-1 PR的动力学过程,为设计新型强效抑制剂提供了新见解。     

硝基取代脂肪族一元酸的电子结构与化学反应性的讨论

为了引导和构建结构决定性质教学思想,通过硝基取代直链型脂肪族羧酸化合物的空间构象和电子结构分析,α-硝基癸酸羧基C-C单键旋转最高能垒达90.4286kcal/mol,羧基的OH与硝基之间空间效应较大.阐明硝基取代羧酸化合物的电荷分布与化学反应性能的关系.     

大气中羰基化合物(CH_3)_2C(OH)C(O)CH_3与Cl原子反应的理论研究

本文主要运用量子化学方法和过渡态理论对羰基化合物(CH_3)_2C(OH)C(O)CH_3与Cl原子的大气反应进行研究。在CCSD(T)-F12A/VDZ-F12//BHand HLYP/6-311++G(d,p)能级沿着势能面找到了四条反应通道。研究表明来自于与(CH_3)_2C(OH)C(O)CH_3中—OH相邻两个甲基(—CH_3)的氢提取是主要反应通道,有最低的能垒-0.69 kcal/mol和-1.31 kcal/mol。因此,大气中Cl原子与(CH_3)_2C(OH)C(O)CH_3中H_2反应最容易进行。