水液相下Eda酮式异构体与超氧化氢自由基反应的DFT理论计算

在M06-2X/SMD/6-311+G(d,p)理论水平下,研究水液相1个大气压、 310.15 K温度下依达拉奉(Eda)酮式异构体与超氧化氢自由基(·HO_(2))的反应机理.结果表明:Eda酮式异构体与·HO_(2)的反应有抽H、加成和单电子转移3个过程;抽H反应主要通过·HO_(2)抽取杂环H和甲基H实现,反应的自由能垒为77.1~78.7 kJ/mol;加成反应可通过·HO_(2)加成不饱和C的过程实现,加成自由能垒为48.2~95.0 kJ/mol;加成到杂环上与甲基相连的C原子的放热反应最具优势,自由能垒为48.2 kJ/mol;单电子转移的自由能垒为141.1 kJ/mol,该过程不能实现.可见,水液相下Eda酮式异构体可通过抽H和加成反应消除·HO_(2).

水液相下两性组氨酸分子对映异构的密度泛函理论

采用DFT的M06-2X和MN15杂化泛函方法,结合处理溶剂效应的SMD模型方法,对标题反应进行研究。研究发现:His分子可在α-H质子以羧基(质子化的)下面的O为桥迁移;H质子从氨基(质子化的)N迁移到质子化羧基上面的O后,α-H再以N和羧基(质子化的)下面的O分别为桥迁移;质子从氨基(质子化的)N迁移到咪唑环上的N后,α-H再以氨基(质子化的)N和羧基(质子化的)下面的O分别为桥迁移5个反应通道实现对映异构。势能面计算表明:隐性溶剂效应下5个通道决速步的自由能垒分别是245.6、238.1、297.3、270.9和257.7 kJ/mol;显性溶剂效应下这些能垒分别降到139.9、120.7、161.7、142.7和157.3 kJ/mol。结果表明,水液相下His只能少量的消旋,生命体补充His比较安全。

水液相下二价镁缬氨酸配合物(Val·Mg^(2+))对映异构的密度泛函理论

采用密度泛函理论中处理远程弱作用的M06-2X和MN15杂化交换泛函方法以及SMD模型方法(处理溶剂效应),对生理环境下二价镁缬氨酸(Val·Mg^(2+))的对映异构(S手性→R手性)转变过程的机制进行研究.对映异构反应通道研究结果表明:手性Val·Mg^(2+)对映异构反应通道分别是H质子以羰基O为桥、羰基O与氨基N联合为桥以及氨基N独自为桥迁移.反应过程的自由能势能面计算表明:H质子以N独自为桥的迁移反应具有优势;在水溶剂的极性作用下,优势反应通道速度控制步骤的能垒为210.4 kJ/mol,水分子(簇)的催化使该能垒降至116.1~118.3 kJ/mol.水液相下二价镁缬氨酸配合物对映异构的速度极缓慢,其可安全用于生命体,二价镁离子和缬氨酸同补.

水液相下两性Lys分子手性反转的密度泛函理论研究

该文采用密度泛函理论的M06-2X和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了在水液相下两性赖氨酸分子的手性反转.反应通道研究发现:反应可以在α-H以羰基O为桥、以氨基N为桥以及α-H迁移到羰基O后氨基H再向α-C迁移的3个通道上实现.势能面计算结果表明:在隐性溶剂效应下3个反应通道基本没有优劣之分,速度决定步骤能垒为233.6~243.0 kJ·mol^(-1);在显性溶剂效应下α-H以氨基N为桥的反应通道为优势通道,速度决定步骤能垒为110.0~114.3 kJ·mol^(-1).计算结果表明:在水液相下光学纯的手性赖氨酸分子可以缓慢地消旋,生命体不宜长期补充赖氨酸.

水液相下依达拉奉与超氧阴离子自由基反应的密度泛函理论

采用密度泛函理论(DFT)的M06-2X和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD(solvationmodeldensity)模型方法,研究水液相下依达拉奉(Eda)消除超氧阴离子自由基(O_(2)^(·-))的反应机理.结果表明:Eda消除O_(2)^(·-)的反应有3个通道,分别是O_(2)^(·-)抽H原子、O_(2)^(·-)加成到不饱和C和单电子从Eda向O_(2)^(·-)转移;O_(2)^(·-)抽H反应的最低能垒为12.2kJ/mol,O_(2)^(·-)加成反应的最低能垒为110.2kJ/mol,单电子从Eda向O_(2)^(·-)转移的能垒为408.5kJ/mol,抽H反应最具优势.水液相下Eda消除O_(2)^(·-)的反应主要在抽H通道实现,因此Eda可作为O_(2)^(·-)自由基清除剂.

水溶剂环境下两性苯丙氨酸分子对映异构的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论的M06-2X和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了水液相下两性苯丙氨酸(Phe)分子的对映异构。考察了α-H直接以羰基O为桥、Phe分子从两性异构成中性后α-H再以羰基O和氨基N分别为桥向α-C迁移的3个反应通道。势能面研究表明:隐性溶剂效应下第1和第3个反应通道具有优势,决速步自由能垒分别是239.9和236.1 kJ·mol^(-1);显性溶剂效应使第1通道的决速步自由能垒降到142.8 kJ·mol^(-1),第3通道的决速步自由能垒降到120.9 kJ·mol^(-1)。结果表明,水溶剂环境下光学纯的Phe只能少量消旋,生命体补充Phe具有较好的安全性。

水溶液环境下赖氨酸钠配合物手性转变的理论研究

该文采用密度泛函理论(DFT)的M06-2X方法和MN15方法,结合处理溶剂效应的SMD模型方法,研究在水溶液环境下赖氨酸钠配合物(Lys·Na^(+))的手性转变.研究结果发现:Lys·Na^(+)的手性转变反应可在3个通道上实现,它们分别是α-H以羰基O为桥迁移、α-H迁移到羰基O后氨基N上的H再向α-C迁移以及α-H以氨基N为桥迁移.计算结果表明:α-H以氨基N为桥迁移的反应通道最具优势,在隐性水溶剂效应下该通道的自由能垒为221.6 kJ·mol^(-1),水簇的作用使该能垒降为115.6~119.0 kJ·mol^(-1).研究结果表明:Lys·Na^(+)在水溶液环境下的手性转变很缓慢,其用于生命体同补赖氨酸和钠离子比较安全.

水液相下依达拉奉消除羟自由基反应的密度泛函理论研究

该文采用密度泛函理论的M06-2X和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了在水液相下依达拉奉(Eda)消除羟自由基(OH)的反应机理.反应通道研究发现:Eda可通过给OH提供H原子、OH与其加成以及给OH提供单电子等3个途径消除OH.势能面计算结果表明:Eda给OH提供H原子的能垒为16.1~77.9 kJ·mol^(-1);OH加成反应的能垒为2.8~26.8 kJ·mol^(-1);Eda给OH提供单电子的能垒为32.1 kJ·mol^(-1).在水液相下Eda容易与OH发生反应,依达拉奉是极好的羟自由基清除剂.

水液相下羟基负离子催化两性赖氨酸分子手性反转的理论研究

采用密度泛函理论的M06-2X和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了水液相下羟基负离子催化两性赖氨酸分子的手性反转。反应过程研究发现:经过羟基负离子水分子簇抽取α-H质子和碳负离子的α-C抽取水分子簇的H质子过程,赖氨酸分子实现手性反转。势能面计算表明:羟基负离子水分子簇与α-H和羰基O氢键作用,赖氨酸分子实现手性反转的决速步能垒为51.1~59.9 kJ/mol;羟基负离子水分子簇与α-H和氨基N氢键作用,赖氨酸分子实现手性反转的决速步能垒为52.8~58.0 kJ/mol,均远低于水液相下两性赖氨酸分子手性反转的能垒110.0 kJ/mol。结果表明,水液相下羟基负离子对赖氨酸的手性反转有催化作用,碱性环境不利于健康。

水溶液环境下Phe→Mg(Ⅱ)配合物对映异构的理论研究

采用密度泛函理论的M06-2X和MN15方法,结合处理溶剂效应的SMD模型方法,研究了在水溶液环境下苯丙氨酸二价镁配合物(Phe→Mg(Ⅱ))的对映异构.研究发现:Phe→Mg(Ⅱ)的对映异构可在质子以羰基O为桥、以羰基O和氨基N联合为桥和只以氨基N为桥迁移的3个反应通道上实现.计算结果表明:质子只以氨基N为桥迁移的反应通道最具优势,在只考虑水的极性作用时速度决定步骤的自由能垒为212.3 kJ·mol^(-1),在水的极性和水分子(簇)的共同作用下该自由能垒降至108.1~111.5 kJ·mol^(-1).在水溶液环境下Phe→Mg(Ⅱ)的对映异构过程比较缓慢,苯丙氨酸二价镁可短期用于生命体同补苯丙氨酸和金属镁.

水液相下羟自由基与谷氨酸分子反应机理的量子化学研究

采用密度泛函理论的M06-2X和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了水液相下羟自由基(OH)与谷氨酸分子(Glu)反应的机理。研究发现:Glu的损伤可通过OH抽取其不同位置的H原子、OH加成到羧基和去质子羧基C以及单电子从Glu分子向OH转移3个途径实现。势能面计算表明:OH加成到羧基和去质子羧基C的反应通道最具优势,反应无势垒;OH抽取质子化氨基H、α-H、β-H、γ-H和羧基H的最低能垒分别是28.7、17.6、8.0、18.3和29.0 kJ/mol;电子从Glu分子向OH转移为劣势通道,反应能垒是255.2 kJ/mol。结果表明,水液相下OH加成和抽H均可诱导Glu分子损伤,损伤的Glu绝大多数难以修复,Glu具有清除羟自由基的能力。

水溶剂环境下Eda酮式异构体消除超氧负离子自由基O^(-)_(2)·的反应机理

该文在M06-2X/SMD/6-311+G(d,p)水平上,研究了在水溶剂环境1 atm压力和310.15 K温度下Eda酮式异构体与超氧负离子自由基O^(-)_(2)·的反应机理.研究发现:Eda酮式异构体与O^(-)_(2)·的反应有抽H、加成以及单电子转移3种方式.反应势能面研究表明:抽H反应的自由能垒为38.0~176.1 kJ·mol^(-1),优势通道是O^(-)_(2)·抽取杂环H,反应能垒为38.0~41.0 kJ·mol^(-1).加成反应的自由能垒为84.2~196.6 kJ·mol^(-1),优势通道是O^(-)_(2)·加成到杂环与甲基相连的C原子上,反应能垒为84.2 kJ·mol^(-1).单电子从Eda酮式异构体向O^(-)_(2)·转移的反应的能垒为409.2 kJ·mol^(-1),该反应不能实现.研究结果表明:在水溶剂环境下Eda酮式异构体可通过提供杂环H以及甲基邻位C与自由基加成2种途径消除O^(-)_(2)·.

水溶液环境下维生素C与羟基自由基反应的DFT研究

该文采用密度泛函理论(DFT)的M06-2X和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了在水液相下维生素C(Vitamin C)分子消除羟自由基的反应机制.研究结果发现:Vitamin C可通过提供给OH氢原子(OH抽H)、与OH加成反应以及单电子从Vitamin C分子向OH自由基转移等3个途径消除OH.势能面计算结果表明:OH抽H的能垒为1.5~55.3 kJ·mol^(-1)(多数分布在1.5~10.8 kJ·mol^(-1)之间),OH加成的能垒为0.0~54.7 kJ·mol^(-1)(多数分布在0.0~0.9 kJ·mol^(-1)之间),电子从Vitamin C向OH转移的能垒为80.9 kJ·mol^(-1).研究结果表明:在水液相下Vitamin C容易与OH反应,Vitamin C是很好的OH自由基清除剂.

水液相下两性α丙氨酸K+配合物旋光异构的理论研究

采用密度泛函理论的M06-2X方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了水液相下两性S型α丙氨酸与一价钾离子配合物(S-α-Ala·K^(+))的旋光异构.反应通道研究发现:S-α-Ala·K^(+)旋光异构反应有a、b和c 3个通道,a是质子只以羰基氧为桥迁移;b是α氢迁移到羰基氧后,质子再从质子化氨基向α碳迁移;c是质子从质子化氨基迁移到羰基氧后,再以氨基氮为桥迁移.势能面计算表明:隐性溶剂效应下,c通道具有优势,决速步能垒是241.7 kJ·mol^(-1);a和b通道为劣势通道,具有共同的决速步能垒261.3 kJ·mol^(-1).显性溶剂效应下,a、b和c 3个通道的决速步能垒基本相同,大约在136.6至142.0 kJ·mol^(-1)之间.结果表明:水液相下S-α-Ala·K^(+)的旋光异构反应进行的极其缓慢,生命体利用S-α-Ala·K^(+)同补K^(+)和丙氨酸具有较好的安全性.

S-α-丙氨酸分子构象转变的理论研究

采用基于密度泛函理论的B3LYP方法和多体微扰理论的MP2方法,对S-α-丙氨酸分子的构象转变进行了研究.反应路径研究发现,S-α-丙氨酸分子的构象转变有两个通道a和b,a通道是羧基内H迁移后,羧羟基与氨基协同旋转异构,b通道是氨基旋转异构.反应过程势能面计算表明,a通道最高能垒为128.1kJ/mol,是羧基内质子转移产生的,该通道中的产物P2最稳定.b通道的能垒为2.8kJ/mol,是由C-N键内旋转的过渡态产生的,b通道中的产物P3最稳定.研究结果表明,孤立条件下的S-α-丙氨酸分子构象转变产物P3的构象最多,P2次之,P1最少.

基于密度泛函理论的气相下α-Ala·Fe2+配合物手性转变机理

采用密度泛函理论的M06和MN15方法,研究了两个S型α-丙氨酸分子(S-α-Ala1和S-α-Ala2)与Fe2+的配合物S-A1和S-A2的手性转变.研究发现:S-A1的手性转变可通过以氧、氮、铁、氧与氮联合以及氧与甲基碳联合为桥的氢迁移实现.S-A2的手性转变可通过打开螯合环接S-A1的异构实现,还可打开螯合环通过以氧、铁及氧与甲基碳联合为桥的氢迁移实现;还可通过羧基内氢迁移后,以羰基氧及羰基氧和甲基碳联合为桥的氢迁移实现.势能面计算表明:以铁为氢负离子迁移桥梁的S-A1和S-A2手性转变反应具有优势,活化自由能垒分别是235.0和204.4kJ·mol^-1左右.结果表明:α-Ala·Fe^2+配合物可以很好地保持其手性特征.

水液相下脯氨酸Cu^(2+)配合物手性反转的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论的M06和MN15方法,结合自洽反应场理论的SMD模型方法,研究了水液相下脯氨酸二价铜(Pro·Cu^(2+))配合物的手性反转反应。研究发现:Pro·Cu^(2+)的手性反转可以在H质子利用水分子(簇)做媒介,以氨基N、羰基O和Cu为桥梁迁移的反应通道实现。势能面计算表明:H质子以氨基N为桥迁移的反应通道最具优势,反应的吉布斯自由能垒是121.4kJ·mol^(-1)。结果表明,水液相下的Pro·Cu^(2+)分子只能极缓慢地旋光异构。

水液相环境下α-丙氨酸Mn(Ⅱ)配合物旋光异构的理论研究

采用密度泛函理论的明尼苏达泛函2006(M06)和明尼苏达泛函2015(MN15)方法,结合自洽场理论的溶质全电子密度溶剂化(solvation model based on desity,SMD)模型,研究了水液相下两性α-丙氨酸二价锰配合物(Mn(Ⅱ))的旋光异构。研究结果表明,S-Ala·Mn^(2+)(S-Mn(Ⅱ))可在a、b、c和d 4个通道旋光异构,a通道H以O为桥迁移,b通道H以O和N顺次为桥迁移,c通道H以N为桥迁移,d通道H以Mn(Ⅱ)为桥迁移。势能面计算结果表明,c通道最具优势,决速步能垒为220.8 kJ·mol^(-1);a和b通道同为亚优势通道,决速步能垒为254.8 kJ·mol^(-1);d通道为劣势通道,决速步能垒为293.3 kJ·mol^(-1)。在水分子(簇)作用下,c通道决速步能垒降至155.1 kJ·mol^(-1);a和b通道决速步能垒降至165.8 kJ·mol^(-1);d通道仍为劣势通道,且S-A·Mn无法在该通道旋光异构。水液相下S-A·Mn很难消旋,Mn(Ⅱ)用于生命体补充二价锰和α-丙氨酸具有较好的安全性。

水液相下Phe分子与Na^(+)配合物对映异构的DFT研究

该文采用DFT(密度泛函理论)的M06-2X、MN15方法和处理溶剂效应的SMD模型方法,研究了在水液相下苯丙氨酸与钠离子配合物(Phe•Na^(+))的对映异构.研究结果发现:手性Phe•Na^(+)的对映异构可在质子只以氧为桥、以氧和氮联合为桥和只以氮为桥迁移的3个通道上实现.反应势能面计算结果表明:质子只以氮为桥迁移的反应通道最优势,其余2个反应通道处于劣势.在隐性水溶剂效应下优、劣通道的速度决定步骤的自由能垒分别为228.0和255.8 kJ•mol^(-1),在显性水溶剂效应下优、劣通道的速度决定步骤的自由能垒分别降至111.7~122.0 kJ•mol^(-1)和142.2~145.8 kJ•mol^(-1).研究结果表明:在水液相下手性Phe•Na^(+)的消旋速度极慢,苯丙氨酸钠短期用于生命体同补苯丙氨酸和钠元素比较安全.

水液相下苯丙氨酸钾配合物对映异构的DFT研究

采用DFT(密度泛函理论)的M06-2X、MN15方法和处理溶剂效应的SMD模型方法,研究了水液相环境下手性苯丙氨酸钾配合物(Phe·K^(+))的对映异构。研究发现:手性Phe·K^(+)的对映异构可在质子只以氧为桥、以氧和氮联合为桥和只以氮为桥迁移的3个通道上实现。计算表明:质子只以氮为桥迁移是最优势反应通道,隐性水溶剂效应下决速步的自由能垒是220.0 kJ/mol,显性水溶剂效应下该能垒降到114.0至122.8kJ/mol之间。结果表明:水液相下手性Phe·K^(+)的消旋反应过程十分缓慢,苯丙氨酸钾短期用于生命体同补苯丙氨酸和钾元素比较安全。