ABEEMσπ／MM 模型下8种类型氢键的氢键拟合函数

在ABEEMσπ/MM浮动电荷模型下,为了防止电荷过度极化,提高力场的准确性,引入了氢键拟合函数klp,H(Rlp,H)在氢键相互作用区域代替总校正系数k来描述氢键相互作用.选取了8个模型小分子二聚体,通过拟合在氢键两个区域之间不同距离时从头计算结果的结合能,来拟合ABEEMσπ/MM方法下的氢键拟合函数.应用该氢键拟合函数在ABEEMσπ/MM方法下计算小分子二聚体的结合能,与从头算方法得到的结合能有很好的一致性.同时对具有同样类型氢键的其他二聚体的结合能进行了计算,与从头算结果相近,说明这些函数具有良好的可转移性.     

组氨酸二肽-水团簇的Ab Initio和ABEEMσπ力场的研究

使用密度泛函B3LYP/6-311++G(d,p)方法对组氨酸二肽与水团簇的结构进行优化,在MP2/aug-cc-pVDZ水平下计算了这些体系的结合能,同时考虑了基组重叠误差(BSSE)和零点能(ZPE)校正.应用ABEEMσπ浮动电荷分子力场优化了组氨酸二肽与水分子所形成的团簇结构,计算了氢键键长和氢键键角,同时计算了组氨酸二肽与1~6个水分子所形成的团簇His(H2O)n(n=1~6)的结合能,探讨了氢键的协同效应.将ABEEMσπ浮动电荷分子力场、OPLSAA和AMBER力场所得的结果与从头算方法的结果进行了比较,ABEEMσπ的结果好于OPLS-AA和AMBER力场的,可与从头算方法所得到的结果相媲美.     

ABEEMσπ/MM模型对蛋白质G_A88/G_B88水溶液动力学性质的研究

应用ABEEMσπ/MM（σπ水平的原子与键电负性均衡方法融合进分子力学）浮动电荷模型以及显性ABEEM-7P水模型,对GA88和GB88两个蛋白质分子进行了分子动力学模拟.分析了2个蛋白质的动力学性质,包括蛋白质的回旋半径、疏水表面积和亲水表面积、各类原子位置的均方根偏差以及氢键分布.通过对比水溶液和真空下2个蛋白质的回旋半径,表明该模型很好地体现了蛋白质的＂电致紧缩＂现象;对疏水表面积和亲水表面积的计算表明,GB88中残基与溶剂的相互作用更强一些;非氢原子位置的均方根偏差及氢键分布情况与实验结构相比较表明,ABEEMσπ/MM浮动电荷模型模拟的GA88和GB88的结构与实验结构有很好的一致性,进而说明该模型的合理性和参数的可转移性.     

应用 ABEEMσπ模型研究鸟嘌呤异构体的电荷分布和偶极矩

以密度泛函和电负性均衡原理为基础发展的原子-键电负性均衡方法的σπ模型（ABEECσπ）.并结合自编程序,计算了鸟嘌呤五种异构体的电荷分布和偶极矩,计算结果表明,所计算出的电荷分布可以和从头算结果很好地关联.所计算的偶极矩与其它从头计算方法和力场方法相比总体趋势相同,进一步说明了ABEEMσπ模型的合理性.     

应用ABEEM_(σπ)模型研究非金属硼化物的电荷分布

通过大量量子化学计算,拟合确定了非金属硼化物体系模型分子的ABEEMσπ参数.将这些参数应用到ABEEMσπ模型中计算非金属硼化物模型分子的电荷分布,计算结果显示,ABEEMσπ模型计算得到的电荷分布与从头算计算的电荷分布都有很好的一致性.还计算了测试分子的电荷分布从而验证了ABEEMσπ参数的可转移性,电荷分布变化的规律是在BF3,BCl3,BBr3,BI3分子中B原子电荷逐渐减小,F,Cl,Br,I原子电荷逐渐增大.ABEEMσπ模型可以很好地应用于非金属硼化物的结构和性质的分析.     

ABEEMσπ-GB／SA方法计算6种氨基酸四肽溶剂化自由能

使用ABEEMσπ浮动电荷极化分子力场，在298 K ，NVT 系综下对5种构象的A la四肽水溶液进行了动力学模拟。计算了动力学平衡态下A la四肽中非氢原子的均方根偏差。结合广义玻恩模型（GB）计算了溶剂化自由能的极性部分，使用SA 方法计算了溶剂化自由能的非极性部分。溶剂化自由能的结果表明，A la四肽αR螺旋和β折叠构象容易在水溶液中存在。使用类似方法分别对Gly ，Leu ，Val ，Asn和Asp四肽的αL螺旋构象水溶液进行了动力学研究，计算了这5种四肽的溶剂化自由能。结果表明，A sp和A sn四肽亲水性较强，Leu、Val和Ala四肽疏水性较强，Gly 四肽居中，此结论与实际相符。该类研究为ABEEMσπ浮动电荷力场用于其他生物大分子体系奠定了很好的基础。     

系列醇胺类分子构象和分子内氢键研究

系列醇胺类分子内可能存在的所有稳定构象和分子内氢键:得出该系列分子中分子内氢键对各构象的稳定性有着实质性的影响,含有O-H…N型氢键的构象最稳定;含有其它类型的氢键,如N-H…O或者C-H…O,稳定性次之,不含有氢键的构象最不稳定;并且含有的O-H…N型氢键导致构象第一电离能值的增加,解释了系列醇胺类分子光电子能谱第一电离谱带随着温度升高而移动的现象.并且发现当胺基上面的氢被甲基化时,表现出强烈的甲基取代效应.     

邻二氮苯与水复合物构型的理论研究

报道了邻二氮苯与水形成复合物的理论研究结果．把复合物看作一个超分子，运用Gaussian94量子化学程序包．在MP2／6—31G(d)基组水平上进行从头计算．探讨复合物的稳定性，研究施体与受体间的电荷转移及几何参数变化等规律．结果表明．邻二氮苯与水可形成稳定的分子间弱作用复合物，存在4种独立可区分的构象．但无论从稳定性、电荷转移．还是几何构型来说．都是以平面单氢键顺式构象为最好．形成复合物的过程包含着电荷转移。     

应用ab initio方法和ABEEMσπ模型研究含铝金属酶

应用原子-键电负性均衡方法中的σπ模型(ABEEMσπ模型),通过大量量子化学计算,拟合确定了含铝金属酶体系的ABEEMσπ参数.将这些参数应用到含铝金属酶大分子体系的电荷分布及Fukui函数的计算,结果显示,ABEEMσπ模型计算得到的电荷分布及Fukui函数与从头算和实验结论均有很好的一致性.还进一步计算分析了1L3R酶与丝氨酸结合前后的分子各区域的电荷分布,结果表明,Al 3+是1L3R酶的活性中心,根据结合后分子的Fukui函数可以得出丝氨酸会使1L3R酶的活性降低.另外,通过比较两者结合前后Al 3+的广义Fukui函数,证明了广义Fukui函数可用于该体系分子间反应活性的比较,同时也说明利用ABEEMσπ模型来预测含铝金属酶的抑制剂是可行的.     

水分子与α（1→4）连接半乳糖醛酸间氢键的形成及其对构象的影响

采用量子化学ＳＣＦＬＣＡＯ—ＭＯＣＮＤＯ／２的方法，对水分子在不同位置与二聚半乳糖醛酸形成的氢键体系进行了探讨．在端位—ＯＨ上形成氢键比在—ＣＯＯＨ位形成氢键更为有利．进一步分析了水分子的氢键作用对二聚半乳糖醛酸的稳定构象，水解易于发生的可能构象的影响．     

尼克酰胺核苷构象稳定性的理论研究

采用从头算(HF与MP2)和密度泛函理论(DFT)方法,在3-21G 和6-31+G?水平上研究了尼克酰胺核苷(NR)的构象.分别探讨了在气相及液相(水和氯仿)中 NR 分子和一水合物异构体的相对稳定性,分析了溶剂分子的参与对NR异构体的相对稳定性和几何结构参数的影响.结果表明：孤立的NR分子在气相中存在36种稳定构象,其中最稳定的为南式构象NR-S,而最稳定的北式构象为NR-K’,能量比前者高出10.6 kJ/mol (ΔG298K).NR 分子中酰胺基团优势构象为反式,ω,P 或γ参数的改变可以为 NR 分子提供大约8.4~23.7 kJ/mol(ΔG298K )稳定化能.不管是南式还是北式褶皱,最稳定 NR 分子构象中都存在多根分子内氢键,且5’-OH 基团都为顺式构象(γ≈-63°).溶剂效应使一部分NR分子构象相对稳定性降低,而一部分则升高,改变了NR分子各构象的相对稳定性顺序.水分子的加入与酰胺基团结合形成氢键,对NR分子的构型影响较大,而与糖环上羟基结合形成氢键,则影响较小.     

腺嘌呤与水分子相互作用的理论研究

应用在密度泛函理论和电负性均衡原理基础上发展起来的原子-键电负性均衡方法（ABEEM），并融合进分子力场中，对比从头计算方法，研究了腺嘌呤（adenine）-水体系中氢键的相互作用，计算了腺嘌呤1水复合物的各种性质，如：优化的几何构型、结合能、稳定性等．揭示了腺嘌呤1水复合物稳定存在的构型是环状的双氢键形式，即水分子与腺嘌呤相互作用时，同时作为受体和供体与腺嘌呤的氢原子和氮原子形成氢键．同时，通过对腺嘌呤1水复合物能量的计算，找到了腺嘌呤与水结合的最优几何位置．计算结果表明，我们的方法和从头计算及实验结果相比有很好的一致性，验证了我们模型的合理性和参数的可靠性．     

HIV-1病毒中NCp7锌指区域和配体的电荷分布研究

采用B3LYP/6-311++G(d,p)方法,优化了4个锌指蛋白分子和31个模型分子的几何构型,使用HF/STO-3G计算了优化后体系的Mulliken电荷分布.使用线性回归和最小二乘法,拟合确定了ABEEMσπ参数(包括参考电荷,价态电负性和价态硬度).使用ABEEMσπ参数,计算获得了4个锌指蛋白和11个配体的电荷分布.ABEEMσπ方法所计算的电荷分布与从头计算方法的线性相关方程斜率k接近1.000,截距b接近于0.000,线性相关系数R在0.943 4以上.由此可见,ABEEMσπ方法与从头计算方法相比有很好的一致性.验证了笔者所拟合的ABEEMσπ参数是合理的和可转移的,可应用于类似体系的电荷分布的计算.     

3-取代吲哚-2-酮类化合物异构体的密度泛函理论计算

用B3LYP／6-31G方法对3-取代吲哚酮类化合物异构体进行了计算．计算分四部分进行：初始模型Ⅰ-Ⅳ的计算;模型Ⅰ的4′位置被甲基取代的计算;完全为E构象模型的计算;模型Ⅰ-Ⅳ乙烯基上的氢被甲基取代的计算．结果表明：以Z构象为稳定构象的分子可能与相应激酶结合时有较高的活性,而以E构象为稳定构象的分子则、活性一般不高．     

烷烃小分子溶剂化自由能的快速计算

将ABEEMσπ浮动电荷模型与generalized Born(GB)模型相结合,计算分子的溶剂化自由能.GB模型是一种连续介质模型,计算快速而简单,但是这种模型的计算精度却尚待提高.由于ABEEMσπ浮动电荷模型将分子的电荷区域进行了详细划分,分为原子区域、单键和双键区域、孤对电子区域,而且双键区域又更详细地分为1个σ键和4个π键区域,充分考虑了在外界环境发生变化的情况下,分子内部各个原子电荷重新排布,因而极大地提高了GB模型的计算精度.利用该方法快速准确地计算了几个烷烃小分子的溶剂化自由能.     

CH4…PH3体系分子间相互作用的从头算研究

采用MPS方法，在不同基组水平上（3－21G、6－31G（d）、6－311＋G（2d,2p）水平上，对CH4…PH3体系进行了从头算研究，给出了复合物的最优构型及其结合能（BDE），结果表明该体系有两种稳定构象，通过对这两种构象稳定性的分析，揭示了空间位阻对橡稳定性的影响，经计算在MP2／6－311＋G（2d,2p）水平上，CH4…PH3体系的结合能为1．9kJ/mol，考虑基集超位误差校正（BSSE）后，结合能为1．0kJ/mol，将此结果与其它氢键体系作了比较，并分析了产生这种结果的原因。     

含锌蛋白结构的电荷分布及蛋白质片段的结构优化

在PDB数据库中选取一系列的含锌蛋白模型分子并采用B3LYP/6-31+G*方法对氢原子进行部分优化,以Mulliken电荷为基准,利用线性回归和最小二乘法进行电荷分布计算,拟合出一套适用于含锌蛋白分子电荷计算的ABEEMσπ模型电荷参数.通过测试分子的检验,说明参数具有很好的可转移性.将拟合好的电荷参数融入ABEEMσπ浮动电荷极化力场,对3个蛋白质片段进行了力场优化并与PDB结构进行对比,得到相应键长和键角的偏差并统计了均方根偏差.键长均方根偏差最大值为0.005 6nm,键角均方根偏差最大值为3.75°.从优化结果来看,ABEEMσπ浮动电荷极化力场的参数是合理的,可以应用到更大的含锌蛋白体系中.     

特殊氢原子与丙氨酸二肽构象稳定性的理论研究

使用B3LYP／6-31G^*方法，优化得到了丙氨酸二肽分子的6个稳定构象，从特殊氢原子之间的相互作用及其所形成氢键环和五元环的结构特点，探讨了影响二肽构象稳定性的因素，并估算了相关弱相互作用的能量。     

碱基与氨基酸二肽间的氢键相互作用

对于碱基-蛋白质之间的相互作用,氢键的形成及断裂起着重要的作用.选取7种氨基酸二肽和3种碱基,以它们之间形成单根氢键的体系为研究对象,在ab initioB3LYP/6-311++G(d,p)水平下进行结构优化,MP2/6-311++G(d,p)水平下进行能量的计算.同时应用ABEEMσπ/MM方法优化结构和计算能量.通过改变氢键相互作用区域的静电相互作用参数kH-bond和形成氢键的氢原子与其受体原子的孤对电子之间距离Rlp,H来拟合函数kH-bond(Rlp,H).用所得函数对选取的复合物进行结合能计算,其结果与ab initio方法所得的结果符合的很好.     

NH3.(H2O)体系中氢键的理论计算

用量子化学密度泛函理论方法研究了NH3*(H2O)体系中氢键特征,计算了不同基组条件下NH3*(H2O)体系中氢键的键长,同时在Gaussian-3(G3)水平上计算了NH3*(H2O)体系中氢键的键能和成键特征,得到NH3*(H2O)体系中生成氢键有两种构象.