配体和受体间的结合自由能的计算方法

精确地预测配体和受体间的结合自由能是计算化学中最重要的问题之一.首先,从未知受体三维结构和已知受体三维结构2个角度出发,评述计算配体和受体间结合自由能的各种方法及其优缺点;其次,分析计算结合自由能过程中长期存在问题与挑战,包括势能函数模型和溶剂化模型的合理建立,配体与受体结合过程中平动熵、转动熵、构型熵变化的精确计算;最后,研究应用ABEEM/MM力场结合GBSA和LIECE方法进行结合自由能的计算.     

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．     

稠杂环化合物ABEEM参数的拟合及简单应用

应用以密度泛函理论和电负性均衡原理为基础的原子-键电负性均衡方法中的σ-π模型（ABEEMσ-π）,通过大量的量子化学计算,利用最小二乘法,并结合我们自编的程序,拟合确定了稠杂环化合物的ABEEMσ-π各参数.进而,将这些参数应用到研究叶酸及维生素B2等稠杂环药物分子体系的电荷分布,结果显示由ABEEMσ-π模型获得的电荷分布与量子化学方法的计算结果有很好的一致性,线性相关系数均达到0.98以上.这说明我们拟合的参数是正确的,也进一步验证了ABEEMσ-π模型的合理性和可靠性.     

应用ABEEM／MM模型研究甘氨酸与水的氢键作用

应用原子-键电负性均衡方法中的浮动电荷分子力场（ABEEM／MM）,我们构建了1个新的甘氨酸（Glycine）-水势能函数,并将其应用到甘氨酸与水组成的二聚体的研究中．首先研究了甘氨酸单体的几何构型,构型结果与可获得的实验数据显示了很好的一致性;根据对甘氨酸中氮原子和氧原子的孤对电子电荷分布的ABEEM／MM方法分析,可以解释水与作用点形成氢键的强弱;进而研究了甘氨酸与1个水作用的结合能,ABEEM／MM模型与从头计算方法得到的结果显示了很好的一致性．表明我们势能函数的合理性以及参数的正确性．     

甲酰胺二聚体性质的分子力学模拟研究

应用ABEEM/MM浮动电荷力场和从头算方法对甲酰氨二聚体的性质进行了研究,甲酰氨二聚体都具有一定的对称性,其中FAD1和FAD4具有C2h对称性而FAD2和FAD3具有Cs对称性。ABEEM/MM力场的模拟结果与较精密从头算法所得的结构都非常相近,因此ABEEM/MM力场能够很好地描述氨基化合物二聚体的结构性质。     

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.     

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.     

应用Fukui函数探讨双苯基-取代的自由基闭环反应的区位选择性

应用概念密度泛函理论下的反应性指标Fukui函数,结合局域硬软酸碱（HSAB）原理,解释和预测双苯基-取代的自由基闭环反应的区位选择性,其中活性指标是通过ABEEMσπ模型获得的.通过研究得出,发生反应的反应中心的Fukui函数差的绝对值（Δf）能够预测出,5号碳原子更容易被自由基进攻,这与实验上的区位选择性是一致的.此外,主要产物的Δf值预测出的反应活性序列与实验上的速率常数有很好的关联一致性.     

利用ABEEM模型在分子形貌轮廓上计算几个五元环配合物的分子静电势

分子的许多物理和化学性质都与其静电势密切相关.分子静电势是指分子在空间某一位置产生的分子静电作用势能,分子之间的相互作用可以通过静电势这个物理量来表述.利用ABEEMσπ模型计算出回归到各原子位点的电荷分布,结合自编Fortran程序可快速计算得到分子的静电势,将其投影到分子形貌轮廓上,即可得到在分子形貌上的静电势分布图.笔者选取咪唑、吡唑、噻吩、噻唑和异噻唑等五元环配合物作为模型分子,分别采用从头计算方法和ABEEM模型方法计算它们的分子静电势,并将其投影到分子形貌上.通过比较,ABEEM模型方法不仅可以快速计算分子的静电势,且与从头计算所得结果一致.