原子和离子的边界半径

假设原子（离子）中一个电子所受到的作用势等于其第一电离能的值,定义了原子（离子）的边界半径,其具有内禀性、唯一性的特点,借助于MELD从头计算程序,计算了原子（离子）中一个电子受到的作用势,给出了前四周期元素的原子和离子边界半径,这种半径与传统半径之间存在很好的相关性,具有可应用性和预测性。     

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.     

碱基分子中单电子作用势判断化学键强弱的研究

碱基是遗传物质DNA和RNA的基本结构单元,与基因突变、癌症及遗传疾病许多健康问题息息相关.使用MELD精密从头计算及自编程序,计算了常见碱基分子腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和尿嘧啶中沿各化学键方向上的单电子作用势,并根据单电子作用势势垒——Dpb对各化学键的强弱进行了比较.结果表明,N—H键的Dpb值明显高于C—H键的Dpb值,且胸腺嘧啶分子的C7—H键的Dpb相对于其他分子的C—H键明显偏低.由于Dpb可以用来表征化学键的强弱,因此,碱基分子中N—H键要强于C—H键,且胸腺嘧啶中的C7—H键最弱,在DNA中易被自由基或其他基团进攻,该结论与实验结果一致,为进一步探讨碱基分子的相关性质奠定了基础.     

蚯蚓血红蛋白载氧功能的Fukui函数

采用原子 键电负性均衡方法, 计算蚯蚓血红蛋白活性中心原子的电荷分布及Fukui函数. 在脱氧蚯蚓血红蛋白活性中心的两个铁离子中, 即将结
合氧分子的铁离子Fukui函数最大, 表明该铁离子具有很高的活性, 易与氧结合. 在氧合蚯蚓血红蛋白中, 结合氧分子后的铁离子Fukui函数小于结合氧分子中质子化的氧原子Fukui函数, 同时该质子化的氧原子具有最大的Fukui函数, 表明氧合蚯蚓血红蛋白的活性中心由铁离子转移到质子化的氧原子. 应用该方法计算了脱氧蚯蚓血红蛋白活性中心与抑制剂中叠氮、 氯等配体结合的Fukui函数. 计算结果表明, 活性中心铁离子的Fukui函数分别小于与其配位的氮和氯原子的Fukui函数, 从而验证了蚯蚓血红蛋白的载氧功能被抑制或减弱.     

用DFT和ABEEMσπ对不同形状单层石墨烯结构研究

选取完整的单层矩形(41个碳环)石墨烯构型和完整单层正六边形(37个碳环)石墨烯构型,采用B3LYP/6-31G(d,p)方法进行几何优化,计算完整石墨烯构型的HOMO和LUMO分布、能隙及电荷分布.研究结果显示,完整的矩形石墨烯的HOMO和LUMO只分布在锯齿形边缘,能隙约0.15 eV;正六边形石墨烯的HOMO和LUMO广泛地分布在整个片层上,能隙约2.0 eV.石墨烯的几何构型包含扶手椅形边缘和锯齿形边缘,然后定义了2种描述C原子的ABEEM参数,即石墨烯边缘碳原子、内部碳原子,以及与这2种碳原子相关的键.使用ABEEM参数计算出的电荷分布与HF/STO-3G方法所计算的电荷分布相比较,得到的线性相关系数都达到了0.99以上.认为所获得的碳原子和π键ABEEM参数是合理的,可以应用于大石墨烯分子体系.     

Be_2二聚体分子形貌的理论研究

应用MP2、HF和B3LYP/6-311++G(3df,3pd),得到了Be2二聚体在单重态和三重态下的能量与核间距、电离能与核间距的关系曲线,并分析了这3种方法对其能量、电离能变化的影响;结合分子形貌理论详细介绍了单重态下,在核间距变化的过程中电子密度的变化趋势,形象地展示了由小的核间距到平衡位置再到较远的距离,即2个Be原子完全分开形成孤立原子的过程中,边界轮廓的大小和形状随着核间距变化的动态过程.这里使用MP2/6-311++G(3df,3pd)计算了第一电离能的变化趋势.使用MELD精密从头计算中的CISD/6-311++G(3df,3pd)方法,并结合我们自编的分子形貌程序,描绘出了Be2的分子内禀特征轮廓即分子形貌并计算了Be2的内禀特征参数,得到了很好的结果.     

应用ABEEM方法计算烷烃的分子能量

将分子力场中的能量项加入到原子-键电负性均衡方法(ABEEM)的能量表达式中,获得了计算烷烃分子能量的方法.选取13个简单烷烃分子CnH2n+2(n=1～6)作为模型分子,调节分子中不同类型的碳和氢原子的价态能量参数.应用这些价态能量参数计算了55个烷烃分子CnH2n+2(n=7～12)的能量.所计算的能量与用MP2/6-311+G(d,p)方法下得到的68个烷烃分子能量相比较,它们的绝对偏差在0.0004～2kcal/mol之间,相对偏差在0.0058×10-6%～9.9795×10-6%之间.也可以计算直链烷烃分子CnH2n+2(n=4～6)不同构象的分子能量和构象能,ABEEM方法可以很好的重复MP2方法的结果.验证了利用ABEEM方法计算分子能量是精确的和可靠的,参数具有一定的可转移性和一致性.另外,使用该方法能非常快速地计算分子能量.使用MP2方法计算正十二烷的能量,需要4334s,而使用ABEEM方法仅用0.1093s,计算速度比MP2方法大约快4万倍.ABEEM方法能精确和快速地计算分子能量,为计算其他分子能量,如二肽,多肽等有机生物分子提供了1种方法.     

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.     

应用广义活性指标预测酶催化反应的分子间活性

为了进一步验证广义活性指标的合理性与准确性,本文将其应用到了大分子生物体系中,结合局域硬软酸碱(HSAB)原理,研究酶催化反应的活性序列,即砷酸盐还原酶ArsC(1LJU10～17)和低分子量的磷酸盐还原酶LWMPTPase(1PNT12～18)分别亲核进攻砷酸盐和磷酸盐的所有形式(H3YO4/H2YO4-/HYO42-/YO43-,Y=As/P)的反应活性序列,其中,广义局域软度由有限差分近似下的从头计算B3LYP/6-311+G(d,p)方法和直接的ABEEMσπ方法获得.随着底物的负电荷不断增大,体系的整体软度和中心原子的局域软度均变得更软,砷酸盐及其还原酶也比磷酸盐及其还原酶要软.利用广义局域软度结合软度的匹配规则,可知随着底物负电荷的逐渐增加,原子个数较大的酶与底物之间的反应活性不断升高,并且-2价的阴离子(HAsO42-和HPO42-)能够在溶液中稳定存在.所预测的活性序列与实验所测得的结果是相一致的,可见,广义局域软度在预测分子间活性方面能够给出合理的预测.然而,原局域软度结合软度的匹配原则在预测接近真实体系的分子间活性的时候,却得到与实验相反的结果.     

水合锌（Ⅱ）离子团簇的量子化学研究

应用高水平的量子化学方法MP2/6-311＋＋G（2d,2p）//B3LYP/6-31＋＋G（d,p）,对气相中的[Zn（H2O）n]2＋（n=1-9）团簇进行研究,优化几何构型,计算了其最稳定构象的结合能及振动频率.结果表明,当n=1-6时,离子与第一水合层中氧原子的平均距离RZn-O逐渐变长;而当n=6-9时,RZn-O却逐渐变小.同时,随着配位水分子数的增加,连续结合能逐渐减小,Zn2＋及第一水合层中氢原子上的正电荷逐渐减小,而第一水合层氧原子上的负电荷变化不大,表明水合分子的电荷极化主要表现为从Zn2＋到H原子的电荷转移.