咪唑-1-乙酸:中性分子及两性离子的自洽反应场研究

对咪唑－１－乙酸中性分子和两性离子分别在气相及水溶液中（采用ＳＣＲＦ模型）进行了从头算，探讨了溶剂和基组对体系几何结构和相对稳定性的影响。结果表明，气相中咪唑－１－乙酸主要以中性分子形式出现。

过亚硝酸异构化反应机理的密度泛函理论研究

用密度泛函理论方法研究了过亚硝酸在水溶液中的异构化反应机理 .在B3LYP/6 3 1G(d)水平基础上用梯度解析技术全自由度优化了反应物、产物和反应途径中的中间产物及过渡态的几何构型 ,并通过振动频率分析加以确认 ,进行了内禀反应坐标 (IRC)计算 ,确定了该反应的可能通道 .结果表明 :该反应为多通道强放热反应 ,其中以羟基直接转移途经能垒最小 ,绝对反应速率常数值最大 ,因此 。

C-甲基硝酮与硝基乙烯1,3-偶极环加成反应及其溶剂效应的理论研究

用密度泛函B3LYP方法研究了硝基乙烯与C 甲基硝酮的 1,3 偶极环加成反应 ,并利用自洽反应场方法(SCRF)计算了环己烷与乙腈这两种溶剂分别对反应所产生的影响 .该反应进行时反应物的接近有四种方式 ,对气相情况下和上述两种溶剂中的反应物、四种可能产物及其相应过渡态和反应前期复合物构型分别进行了优化并计算了振动频率 .四个反应均为放热反应 ,且均具有很低的反应势垒 ,四种产物均容易生成 .但在气相反应和以环己烷为溶剂的情况下 ,生成的产物中endo 4型产物略占优势 ;而在乙腈溶剂中得到endo

几种稳定构型精氨酸分子的手性转变反应机理及水溶剂化效应

采用密度泛函理论的B3LYP方法、微扰理论的MP2方法和自洽反应场(SCRF)理论的smd模型方法,研究了2种最稳定构型的精氨酸分子的手性转变机理及水溶剂化效应.研究发现标题反应有3条通道a、b和c.对于构型1,分别是手性碳上的质子以氨基、羰基和氨基联合以及羧基和氨基联合为桥迁移.对于构型2,分别是手性碳上的质子只以氨基为桥、羧基异构后再以氨基为桥迁移及以羧基和氨基联合作桥迁移.势能面计算表明:构型1的主反应通道都是a,决速步自由能垒分别为268.2kJ·mol^(-1),来源于质子从手性碳向氨基氮迁移的过渡态.构型2的主反应通道是b,决速步自由能垒为239.3kJ·mol^(-1),来源于质子从手性碳向氨基氮迁移的过渡态.水溶剂效应使构型2的主反应通道决速步自由能垒降到95.7kJ·mol^(-1).结果表明:随着温度的升高,构型2先手性转变;水溶剂对精氨酸的手性转变有极好的催化作用.

几种稳定构型酪氨酸分子的手性转变反应机理及水溶剂化效应

采用密度泛函理论的B3LYP方法、微扰理论的MP2方法和自洽反应场(SCRF)理论的smd模型方法,研究了3种最稳定构型的酪氨酸分子的手性转变机理及水溶剂化效应。研究发现标题反应均有3条通道a、b和c。对于构型1和2,分别是手性碳上的质子在羧基顺反异构后以氨基、直接以氨基和羧基与氨基联合为桥迁移。对于构型3,分别是手性碳上的质子只以氨基、羰基与氨基联合以及羧基内氢迁移后再以氨基为桥迁移。势能面计算表明:构型1和2的主反应通道都是a,决速步自由能垒分别为257.0和264.0 k J·mol-1,构型3的主反应通道是a和c,决速步自由能垒分别为257.4和257.0 k J·mol-1,它们均来源于质子从手性碳向氨基氮迁移的过渡态。水溶剂效应使构型1的主反应通道决速步能垒降到113.1 k J·mol-1。结果表明:单体酪氨酸分子具有稳定性;水溶剂环境下酪氨酸的手性转变可以缓慢进行。

两种最稳定构型色氨酸分子手性转变的反应机理及水溶剂化效应

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,研究两种最稳定构型色氨酸分子手性转变的反应机理及水溶剂化效应.结果表明:两种构型的色氨酸分子均有3条手性转变通道a,b,c;构型1的主反应通道为通道a,决速步骤自由能垒为256.7kJ/mol,构型2的主反应通道为通道a和c,决速步骤自由能垒分别为258.8,256.7kJ/mol,决速步骤能垒均来自于质子从手性C向氨基N迁移的过渡态;水溶剂效应使构型1的主反应通道决速步骤能垒降至113.4kJ/mol;单体色氨酸分子具有稳定性,水溶剂环境下色氨酸分子的手性转变可以缓慢进行.

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。

具有氨基和羧基间单氢键的α-Ala分子旋光异构机理及水和羟自由基的作用

采用密度泛函理论的B3LYP方法、微扰理论的MP2方法和自洽反应场(SCRF)理论的smd模型方法,研究了标题反应.反应通道研究发现:标题反应有两个通道a和b,a是羧基顺反异构后质子以氨基为桥从手性碳的一侧迁移到另一侧;b是质子从手性碳向氨基的迁移与羧基顺反异构协同进行.势能面计算表明:a为优势通道,质子从手性碳向氨基迁移过程是决速步骤.2个水分子簇作氢迁移媒介,使决速步内禀能垒从裸反应的267.41kJ·mol-1降到131.77kJ·mol-1,水溶剂效应又使该能垒进一步降到107.83kJ·mol-1.羟自由基水分子链联合作用可使α-丙氨酸损伤,水分子拔氢和羟自由基拔氢的能垒分别是124.76和21.56kJ·mol-1,水溶剂效应使两个能垒进一步降到6.59和-186.99kJ·mol-1.结果表明:水溶剂环境下,α-丙氨酸分子可以缓慢地旋光异构;在浓度较大的水汽环境下,α-丙氨酸分子的旋光异构更容易进行.水汽环境下,羟自由基的存在可使α-丙氨酸分子损伤;水溶剂环境下,羟自由基的存在可使α-丙氨酸分子迅速损伤.

水环境下基于氨基作氢迁移桥梁α-丙氨酸的手性转变机制

采用密度泛函理论的B3LYP方法、微扰理论的MP2方法和自洽反应场(SCRF)理论的smd模型方法,研究了α-丙氨酸在水环境下基于氨基作氢迁移桥梁的手性转变机理。结构分析表明:7元环过渡态a TS2·2H_2O和9元环过渡态a TS2·3H_2O的键角1C-13H-14O和18O-15H-6N,比5元环过渡态a TS2·1H_2O的键角1C-13H-14O和14O-15H-6N明显增大。反应通道研究发现:手性转变反应有两个通道,一是手性碳上的H只以氨基为桥迁移到手性碳另一侧,实现手性转变;二是手性碳的H先迁移到羰基,然后再以氨基为桥迁移到手性碳另一侧,实现手性转变。势能面计算表明:第一通道为优势反应通道,H从手性碳向氨基迁移过程是决速步骤,3个水分子作为氢迁移媒介时,决速步能垒被降到122.5 k J·mol^(-1)。研究结果表明:水分子对α-丙氨酸分子内的质子迁移反应具有较好的催化作用,水溶剂效应使非质子转移反应的能垒略有升高。

水环境下限域在MOR分子筛内的α-丙氨酸在羟自由基作用下的旋光异构及损伤

用量子力学与分子力学组合的ONIOM方法,结合自洽反应场(SCRF)理论的SMD模型方法,对标题反应进行理论研究。研究发现:标题反应有a和b两个反应通道,a通道是羟自由基水分子簇等与α-H和氨基氮通过氢键作用形成底物,b通道是羟自由基水分子簇与α-H和羰基氧通过氢键作用形成底物。势能面计算表明:羟自由基水分子簇组合作质子转移媒介,水分子拔α-H使α-Ala旋光异构,水汽相环境下,a通道具有优势,决速步能垒是136.1 kJ/mol;水液相环境下,优势反应通道是b,过渡态产生的内禀能垒是78.1 kJ/mol。水分子辅助羟自由基抽α-H致α-Ala损伤的优势通道是a,决速步能垒是25.3 kJ/mol,水溶剂效应使该能垒降到22.1 kJ/mol。结果表明:水环境下羟自由基的存在可使MOR分子筛内的α-Ala旋光异构与损伤同时发生,在竞争中损伤过程具有明显的优势;MOR分子筛的限域改变了α-Ala的异构机理并起到了较好助催化作用。

气相α-丙氨酸二价锌配合物手性转变的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论的M06和MN15方法,研究了气相α-丙氨酸二价锌(α-Ala·Zn2+)配合物的2种稳定构型(两性的A1和中性的A2)的手性转变.研究发现,A1可通过以氧为桥、氮为桥、锌为桥、氧与氮联合为桥以及氧与甲基碳联合为桥等多种途径进行氢迁移,实现手性转变;A2可通过以氧为桥进行氢迁移,实现手性转变,还可以打开螯合环向A1异构,按A1手性转变的多种途径实现手性转变.势能面研究表明,A1以锌为桥进行氢迁移的手性转变反应具有优势,活化自由能垒是197.2 kJ·mol^-1,A2打开螯合环向A1异构后,再以锌为桥进行氢迁移的手性转变反应具有优势,活化自由能垒是228.7 kJ·mol^-1.结果表明:气相丙氨酸锌可以很好地保持其手性特征.

丙氨酸Mg2+配合物的手性转变机理水分子(簇)的作用及水溶剂效应

采用密度泛函理论的M06方法结合自洽反应场理论的SMD模型方法对标题反应进行了研究。研究发现:具有分子内单氢键的两性离子丙氨酸(Ala1)与Mg2+二配位形成的螯合物S-A1最稳定,具有分子内双氢键的中性Ala2分子与Mg2+二配位形成的螯合物S-A2的稳定性次之。S-A1和S-A2的手性转变都有3个通道。势能面研究表明:气相环境下,S-A1和S-A2手性转变优势通道的反应活化能分别是297.5和266.5 kJ/mol;在水分子(簇)的作用下S-A1和S-A2手性转变优势通道的反应活化能分别是157.9及165.7 kJ/mol;水溶剂环境下丙氨酸Mg2+螯合物主要以两性离子形式存在,手性转变优势通道的反应活化能为157.5 kJ/mol。结果表明,丙氨酸Mg2+螯合物可以很好地保持其手性特征,便于保存,可以作为理想的补充丙氨酸及镁离子的药品或营养品。

水液相环境下α-丙氨酸二价锌配合物的手性转变机理

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,研究了水液相下两性α-丙氨酸二价锌(α-Ala·Zn^(2+))配合物的手性转变反应。主要考察了3个反应通道a、b和c,a通道是α-H以羰基O为桥迁移,b通道是α-H以Zn为桥迁移,c通道是α-H以氨基N为桥迁移。势能面研究表明,c通道的手性转变反应最具优势,决速步自由能垒是140.7 kJ·mol^(-1),来自α-H从α-C向氨基N迁移的过渡态;a通道的手性转变反应是第2优势通道,决速步自由能垒是159.9 kJ·mol^(-1),来自α-H从α-C向羰基O迁移的过渡态;b通道的手性转变反应为劣势通道,决速步自由能垒是194.2 kJ·mol^(-1),来自α-H从α-C向Zn迁移的过渡态。结果表明:水液相环境下的α-Ala·Zn^(2+)可以较好地保持手性特征。

水液相下两性α-丙氨酸Ca(Ⅱ)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α-丙氨酸与二价钙配合物(S-Ala·Ca^(2+))的旋光异构.研究发现:S-Ala·Ca^(2+)的旋光异构有a、b和c 3个通道,a是α-氢迁移到羰基氧后,质子再从质子化氨基迁移到α-碳;b是质子只以羰基氧为桥迁移;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,决速步内禀能垒是232.8 kJ·mol^(−1);a和b通道是劣势通道,决速步内禀能垒均是268.6 kJ·mol^(−1).显性溶剂效应下,a和b通道略具优势,决速步内禀能垒在141.3~145.0 kJ·mol^(−1)之间;c通道略具劣势,决速步内禀能垒在153.1~161.0 kJ·mol^(−1)之间.结果表明,水液相下丙氨酸钙配合物很难消旋,用于生命体补充钙和丙氨酸具有较好的安全性.

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.

基于氨基做质子迁移桥梁亮氨酸的手性转变机理及水溶剂化效应

采用密度泛函理论的B3LYP方法、微扰理论的MP2方法和自洽反应场理论的smd模型方法,对标题反应进行了研究。反应通道研究发现:标题反应有2条通道a和b,分别是质子H只以氨基和以羰基与氨基顺次为桥,从手性碳的一侧迁移到另一侧。结构分析表明:过渡态a TS2·2H_2O分子内的7元环结构基本共面,7元环结构的各个氢键角接近平角。势能面计算表明:a是主反应通道,决速步自由能垒为249.5 k J·mol^(-1),由质子从手性碳向氨基氮迁移的过渡态产生;2个水分子作H迁移媒介,同时考虑连续介质模型的水溶剂化效应时,决速步自由能垒降到113.2 k J·mol^(-1),反应速率常数为5.85×10^(-8)s^(-1);水溶剂化效应使氨基异构反应的能垒从裸反应的13.4 k J·mol^(-1)升高到19.3 k J·mol^(-1)。结果表明:水溶剂化效应对非质子迁移的异构反应具有阻碍作用;水分子的催化和水溶剂化效应的共同作用,使质子从手性碳向氨基迁移反应的能垒大幅度降低。

2-巯基苯并咪唑及其类似物互变异构的理论研究

采用B3LYP/6-311G**方法,计算了2-巯基苯并咪唑及其类似物(2-巯基苯并噁唑、2-巯基苯并噻唑、2-羟基苯并咪唑、2-羟基苯并噁唑、2-羟基苯并噻唑以及2-巯基咪唑、2-巯基噁唑、2-巯基噻唑、2-羟基咪唑、2-羟基噁唑、2-羟基噻唑)的(硫)醇式与(硫)酮式结构进行质子迁移的3种可能途径:(a)分子内质子迁移;(b)水助质子迁移;(c)甲醇助质子迁移.结果表明,途经b和c所需要的活化能较小,氢键在降低反应活化能方面起重要作用.采用PCM方法研究了反应体系的溶剂化效应.结果表明孤立分子、一水合物和一甲醇合物的最稳定异构体相同,都为(硫)酮式,与气相结论一致.溶剂化效应对异构化能垒的影响较小.

基于氨基作氢迁移桥梁天门冬酰胺的旋光异构机理及水的作用

采用密度泛函理论的B3LYP方法、微扰论的MP2方法和自洽反应场(SCRF)理论的smd模型方法,研究了天门冬酰胺分子2个稳定构型的旋光异构裸反应机理、水分子的催化作用及水溶剂化效应.反应通道研究发现:构型1有2条通道a和b,a通道的第一基元反应质子迁移与羧基异构同时进行,是协同机理;b通道羧基先异构而后质子迁移,是分步机理.构型2有1条通道,是质子先以氨基氮为桥从手性碳的一侧迁移到另一侧,然后羧基和氨基再异构.势能面计算表明:构型1的主反应通道是b,决速步自由能垒为252.7kJ·mol^(-1);构型2的决速步自由能垒为254.0kJ·mol^(-1),均来自于质子从手性碳向氨基氮迁移的过渡态.2个水分子作质子迁移媒介时,构型1主反应通道b的决速步能垒降到124.1kJ·mol^(-1),再考虑到水溶剂化效应时,决速步能垒降到104.0kJ·mol^(-1).结果表明:水分子的催化和水溶剂助催化的共同作用,使质子迁移反应能垒大幅度降低.

水液相下羟基自由基(水分子簇)诱导脯氨酸分子损伤的机理

本工作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自由基(水分子簇)诱导的两性脯氨酸分子损伤。反应通道研究表明:Pro的损伤可以通过羟基自由基(水分子簇)抽取α-H原子和五元杂环上不同位置的H原子实现。势能面计算表明:羟基自由基(水分子簇)抽取α-H的自由能垒在41.3至48.3 kJ·mol^(-1)之间,抽取五元杂环上不同位置的H的自由能垒在33.3至48.9 kJ·mol^(-1)之间。抽取五元杂环的与α-C邻位C上的H的损伤反应最具优势,自由能垒在33.3至36.5 kJ·mol^(-1)之间。损伤修复的最低自由能垒是126.9 kJ·mol^(-1)。结果表明,水液相下羟基自由基存在时脯氨酸分子很容易损伤,且损伤后很难修复。

气相S-异亮氨酸向R-别异亮氨酸的旋光异构机理及水溶剂化效应

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,研究气相S-异亮氨酸向R-别异亮氨酸的旋光异构机理及水溶剂化效应.结果表明:该反应有a,b,c 3个通道,在通道a和c实现旋光异构反应需经过3个基元反应,在通道b实现旋光异构反应需经过4个基元反应;a为主反应通道,决速步骤Gibbs自由能垒为255.0kJ/mol,由质子从α手性C向氨基N迁移的过渡态产生,决速步骤的反应速率常数为1.25×10-32 s^(-1);水溶剂效应使决速步骤能垒降至114.1kJ/mol,反应速率常数增至2.73×10-7 s^(-1),即水环境对S-异亮氨酸旋光异构具有较好的催化作用.