限域BN纳米管中苯丙氨酸分子的手性转变机理

基于密度泛函理论中的B3LYP方法, 在6-31+G(d,p)基组水平上理论研究限域BN纳米管中苯丙氨酸（Phe）分子手性对映体的转变过程. 通过寻找反应过程中各过渡态和中间体的极值点基本结构, 绘制BN纳米管限域条件下Phe分子手性转变路径上各反应势能面. 结果表明： 在BN纳米管限域条件下, S-Phe@BNNT分子手性1C原子上的12H原子以羧基上的9O原子为桥梁, 转移至手性1C原子的另一侧, 实现了从S-Phe@BNNT到R-Phe@BNNT[KG*8]分子手性对映体的转变.     

单水协同作用下苯丙氨酸分子的手性转变机制

基于密度泛函理论B3LYP/6\|311+G(2df)水平上的计算, 研究单水协同作用下的苯丙氨酸分子手性转变反应过程. 寻找得到反应过程中4个中间体与5个过渡态的各极值点结构, 绘制单水协同作用下完整的苯丙氨酸分子手性转变路径反应势能面, 并分析各极值点的几何与电子结构特性. 结果表明： 单水协同作用下S型苯 丙氨酸分子手性C上的H原子以羧基上的O原子为桥梁, 转移至手性C原子的另一侧, 实现了从S型到R型苯丙氨酸分子的手性转变; 单水协同作用下该路径有4个中间体和5个过渡态, 最大的反应能垒为200.588 2 kJ/mol, 来源于第四个过渡态TS₂-R-Phe&1H₂O-2.     

双水协同作用下苯丙氨酸分子的手性转变机制

基于密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311+G(2df)基组水平上考察双水协同作用下苯丙氨酸分子的手性转变过程.通过寻找反应过程中过渡态和中间体的极值点结构,绘制双水协同作用下完整的苯丙氨酸分子手性转变路径反应势能面,并分析各极值点的几何和电子结构特性.结果表明:双水协同作用下S型苯丙氨酸分子手性C上的H原子以羧基上的O原子为桥,转移至手性C原子的另一侧,实现从S型到R型苯丙氨酸分子的手性转变;双水协同作用下该路径有4个中间体和5个过渡态,最大反应能垒为173.808 1kJ/mol,来源于第二个过渡态TS_2-S-Phe2H_2O-2.     

限域1F-分子筛Asn分子的手性转变机制

基于密度泛函理论,在ONIOM(CAM-B3LYP/6-31G(d,p):UFF)基组水平上,研究1F-分子筛限域条件下的天冬酰胺(Asn)分子手性转变过程,寻找天冬酰胺分子手性反应过程中各过渡态与中间体的极值点结构,绘制1F-分子筛限域条件下完整的天冬酰胺分子手性转变路径反应势能面,并分析各极值点的几何和电子结构特性.结果表明:1F-分子筛限域条件下S型天冬酰胺分子手性C上的H原子以羧基上的O原子为桥梁,转移至手性C原子的另一侧,实现从S型到R型天冬酰胺分子的手性转变;最大的反应能垒为321.361 2kJ/mol,来源于第二个过渡态TS_1-S-Asn@1F-MOL.     

螺旋手性SWBNNT尺寸对Lys分子手性转变反应限域的影响

用量子力学与分子力学组合的ONIOM方法, 研究两种构象的赖氨酸(Lys)分子限域在螺旋手性单壁氮化硼纳米管(SWBNNT)内的手性转变机理. 结果表明： 限域 在小管径螺旋手性SWBNNT的Lys分子骨架形变明显; 当两种构象的Lys分子限域在SWBNNT(6,4)时, 旋光异构反应的表观能垒分别为17590,23044 kJ/mol, 旋光异构反应决速步骤的内禀能垒分别为21140,23044 kJ/mol, 来源于质子从手性C向氨基N迁移的过渡态, 比裸反应的决速步骤能垒(252.60 kJ/mol) 低. 即螺旋手性SWBNNT的管径越小, 限域催化作用越明显, 限域在SWCNT(6,4)内具有氨基与羧基间单氢键的Lys分子先旋光异构.     

限域在扶手椅型SWBNNT内Lys分子手性转变的反应机理

采用量子力学与分子力学组合的ONIOM方法, 研究限域在扶手椅型单壁氮化硼纳米管(SWBNNT)内赖氨酸(Lys)分子手性转变的反应机理. 采用原子中心密度矩阵传播（ADMP)分子动力学方法, 研究Lys分子在SWBNNT(5,5)内手性转变反应通道入口与出口势能面上的动态反应路径, 给出中间体和产物的微观动态反应图像. 结果表明： 随着纳米管管径的减小, 限域其中的Lys分子骨架C原子间的键角明显增大; 手性C上的H与氨基N的距离逐渐变小; 在SWBNNT(5,5)内, 通过2个基元反应Lys分子实现了手性转变; 在SWBNNT(6,6)和SWBNNT(7,7)内, 通过3个和4个基元反应Lys分子实现了手性转变 ; 在SWBNNT(5,5)内, Lys分子手性转变反应决速步骤自由能垒降为最低值190.1 kJ/mol. 在 SWBNNT(7,7)内, 决速步骤能垒与裸反应基本相同.     

扶手椅型单壁碳纳米管的尺寸对赖氨酸分子手性转变反应的限域影响

采用量子力学与分子力学组合的ONIOM方法,研究了限域在几种不同尺寸的扶手椅型单壁碳纳米管内赖氨酸分子的手性转变机理.结构分析表明:随着纳米管管径的减小,限域其中的赖氨酸分子构型的形变越来越明显,骨架碳原子间的键角明显增大;手性碳上的H与氨基N的距离逐渐变小.反应通道研究发现:标题反应在不同尺寸的纳米管内具有不同的通道,在SWCNT(5,5),SWCNT(6,6)和SWCNT(7,7)分别具有1个、4个和3个反应通道.势能面计算表明,赖氨酸限域在SWCNT(5,5)时,手性转变的吉布斯自由能垒被降到最低值192.8kJ·mol-1,是由手性碳上的质子向氨基氮和氨基上的质子向羰基氧双质子协同迁移的过渡态产生的.与裸反应的此通道决速步能垒252.6kJ·mol-1相比较有显著降低.结果表明:SWCNT(5,5)对赖氨酸的手性转变反应具有较好的限域催化作用,可作为实现赖氨酸旋光异构的纳米反应器.     

双水环境中Phe分子的手性转变机制

基于密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-311+G(2-df-)水平上, 研究双水环境中的苯丙氨酸分子的手性转变过程. 通过寻找过渡态和中间体的反应过程各极值点结构, 绘制苯丙氨酸分子手性转变路径反应势能面, 并分析各极值点的几何和电子结构特性. 结果表明： S-3-Phe&2H₂O型苯丙氨酸分子手性C上的H原子以羧基上的O原子为桥梁, 转移至手性C原子的另一侧, 实现从S-3-Phe&2H₂O型到R-3-Phe&2H₂O型苯丙氨酸分子的手性转变; 该路径有4个中间体和5个过渡态, 最大反应能垒为221.854 8 kJ/mol, 来源于第四个过渡态TS₂-S-3-Phe&2H₂O.     

非限域条件下单体天冬酰胺分子的手性转变机制

基于密度泛函理论B3LYP/6-311+G(2df)水平, 研究非限域条件下单体天冬酰胺分子的手性转变过程. 通过寻找过渡态和中间体反应过程的各极值点结构, 绘制天冬酰胺分子的手性转变路径反应势能面, 并分析各极值点的几何及电子结构特性. 结果表明： S型天冬酰胺分子手性碳上的氢原子以羧基上的氧原子为桥梁, 转移至手性碳原子的另一侧, 实现了从S型到R型天冬酰胺分子的手性转变; 该路径有4个中间体和5个过渡态, 最大的反应能垒为316.372 8 kJ/mol, 来源于第4个过渡态TS₂-R-Asn.     

非限域单体异亮氨酸分子的手性转变机制

基于密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-311+G(-2df-)基组水平上考察非限域条件下单体异亮氨酸分子的手性转变过程. 通过寻找包括过渡态和中间体的反应过程各极值点结构, 绘制非限域条件下完整的异亮氨酸分子手性转变路径反应势能面, 并分析各极值点的几何及电子结构特性. 结果表明： [JP2]非限域条件下, S型异亮氨酸分子手性C上的H原子以羧基上的O原子为桥梁, 转移至手性C原子的另一侧, 实现了从S型到R型异亮氨酸分子的手性转变; 非限域条件下, 该路径有4个中间体和5个过渡态, 最大反应能垒为325.824 6 kJ/mol, 来源于第二个过渡态TS₂-S-Ile.     

气相苯丙氨酸手性转变基元反应过渡态的电子激发特征

用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 在6-311+G(2df)基组水平上优化气相条件下苯丙氨酸(Phe)分子的几何构型, 分析Phe分子体系手性转变过程中各基元反应中间体和过渡态的特征, 在PBE0/def2-TZVP下, 用含时密度泛函理论(TDDFT)方法得到气相条件下Phe分子体系手性转变过程中某过渡态在电子激发过程中的激发态特性. 结果表明： 根据Δr指数和空穴-电子指数的电子激发特征判据, 可有效指认较明显的激发态特征, 并直接给出基元反应中过渡态分子体系激发特征的判断结果.     

气相苯丙氨酸手性转变基元反应过渡态的电子激发特征

用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 在6-311+G(2df)基组水平上优化气相条件下苯丙氨酸(Phe)分子的几何构型, 分析Phe分子体系手性转变过程中各基元反应中间体和过渡态的特征, 在PBE0/def2-TZVP下, 用含时密度泛函理论(TDDFT)方法得到气相条件下Phe分子体系手性转变过程中某过渡态在电子激发过程中的激发态特性. 结果表明： 根据Δr指数和空穴-电子指数的电子激发特征判据, 可有效指认较明显的激发态特征, 并直接给出基元反应中过渡态分子体系激发特征的判断结果.     

水环境下布洛芬分子的手性转变机理

基于密度泛函理论, 在B3LYP/6-31+g(d,p)水平上研究水环境下布洛芬分子的手性转变机理, 确定水环境下布洛芬分子从S型向R型转变过程中的过渡态和中间体等极值点结构; 在MP2/6-31++g(d,p)水平上计算各稳定点和过渡态体系的单点能, 并对体系能量进行零点振动能修正; 绘制水环境下布洛芬分子手性
转变反应路径上H转移和中间体异构过程的势能面. 结果表明： 水环境下布洛芬分子手性转变有两条路径, 其H转移过程均可通过1个和2个水分子作为桥梁实现, 最高能垒均来自于手性C的H向羰基O的转移过程, 且均以2H₂O为桥梁时能垒最低.     

苯丙氨酸分子的手性对映体转变机理及水分子（簇）的催化作用

在MP2/6 311++G(3-df,2pd-)//WB97X-D/6-311++G(-d,p-)双水平研究苯丙氨酸(Phe)分子的手性对映体转变机理, 并用分子中的原子理论(AIM)分析驻点的成键特征. 结果表明： 经过羧羟基旋转、 质子迁移、 碳 碳键旋转和氨基翻转的一系列过渡态, Phe分子在质子以氨基氮为桥梁迁移的通道a和以羰基氧与氨基氮顺次为桥梁迁移的通道b内, 实现了手性对映体转变; 当2个水分子簇作为质子迁移媒介时, 在通道b中增加了质子仅以羰基氧为桥梁迁移的反应路径； 通道a具有优势, 速控步骤的内禀能垒为25971 kJ/mol, 反应的表观能垒为27026 kJ/mol； 2个水分子簇催化使速控步骤的内禀能垒降至126.47 kJ/mol, 反应的表观能垒降至80.80 kJ/mol; 考虑零点振动能后, 质子从氨基氮向羰基氧迁移的能垒消失. 即水分子（簇）催化可使Phe分子实现手性对映体转变.     

谷氨酸分子的手性转变及溶剂化效应

采用密度泛函理论的B3LYP方法,微扰理论的MP2方法及自洽反应场(SCRF)理论的SMD模型方法,研究两种稳定构型谷氨酸分子的手性转变及水溶剂化效应.结果表明:构型1的优势通道为通道a和通道b,决速步骤自由能垒分别为242.3,245.7kJ/mol;构型2的优势通道为通道a,决速步骤自由能垒为243.5kJ/mol;决速步骤能垒均由质子从手性C向氨基N迁移的过渡态产生;水溶剂化效应使构型1的优势通道决速步骤自由能垒降至101.5kJ/mol;决速步骤的反应速率常数在298.15K时为1.002×10~(-5)s~(-1),在310.00K时为3.802×10~(-5)s~(-1).可见谷氨酸分子在生命体内富水环境下可缓慢地实现旋光异构.     

MOR分子筛对布洛芬手性转变反应的限域影响

采用量子力学与分子力学组合的ONIOM方法,研究了布洛芬在MOR分子筛12元环孔道限域环境的手性转变.反应通道研究发现:标题反应有7条路径,质子从手性碳的一侧向另一侧迁移可分别以羰基、甲基和羰基联合、羧基以及羧基和苯环联合作桥实现.反应势能面计算发现:在羧基内实现质子迁移后,手性C上的质子以新羰基O为桥迁移到苯环,接着苯环上的质子又以羰基为桥在纸面里迁移到手性碳的手性转变过程是主反应路径.决速步骤是质子从手性碳向新羰基氧的迁移过程,决速步骤吉布斯自由能垒是263.4kJ·mol~(-1),相对于裸反应决速步骤的能垒287.1kJ·mol~(-1)有明显降低.结果表明:MOR分子筛12元环孔道对布洛芬的手性转变反应具有限域催化作用.     

Asp分子手性对映体转变机理及水的催化作用

用色散校正密度泛函WB97X D方法、 微扰理论的MP2方法和自洽反应场的SMD模型方法, 研究两种天冬氨酸(Asp)分子在优势反应通道的手性对映体转变、 水分子催化及溶剂效应. 结果表明： Asp分子经α 羧羟基、 β 羧羟基、 β 羧基和R 基旋转及质子从α 碳向氨基氮、 质子从氨基氮向α 碳和羧基内质子迁移的一系列过渡态, 实现了手性对映体转变, 并得到几种不同构型的旋光异构产物； 具有2条较强单氢键和2条中等强度单氢键的Asp分子在优势通道旋光异构的内禀能垒分别为258.5,253.8 kJ/mol, 均来自α 氢向氨基氮迁移的过渡态； 2个水分子簇的催化使其能垒分别降至133.3,134.3 kJ/mol, 水溶剂环境下分别降至106.3,107.8 kJ/mol. 表明水分子簇的催化可使Asp分子缓慢实现手性对映体转变, 水溶剂化效应可加快反应速度.