论文题目: 生物大分子结构单元——碱基与活性无机小分子作用的理论研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 无机化学
作者: 张士国
导师: 杨频
关键词: 碱基,复合物,分子间相互作用,从头算,密度泛函理论
文献来源: 山西大学
发表年度: 2005
论文摘要: 研究核酸碱基与无机小分子之间的作用,有助于探索核酸生物学功能的微观机制和阐明无机小分子的生理学意义。本文首次应用量子化学的从头算方法、密度泛函理论方法,系统地研究了核酸碱基与BH3、BF3、BCl3、CO、NO之间的作用。对所形成的复合物的几何构型、能量与稳定性、分子振动性质、分子间的相互作用等进行了研究。 对胸腺嘧啶-BH3复合物分别用B3LYP/6-31G（d）和MP2/6-31G（d）进行计算预测了该复合物的构型及结合能,得到了5种构型,B与O直接相连的构型比较稳定,所有构型中均存在电荷授受,各构型的结合能与电荷转移量有良好的相关性,复合物的形成,使其红外光谱均有不同程度的红移,红移幅度与复合物的稳定性相关。 对鸟嘌呤-BH3体系的计算发现了该体系的7个能量极小的复合物。由吡啶型N或羰基O或氨基N与B原子结合形成的复合物体系相对稳定。按照分子中的原子理论的分析,在多数复合物中双氢键形成。振动分析表明复合物中BH3的伸缩振动频率均出现红移,且红移幅度与复合物的结合能有相关性,复合物中所有的形成双氢键的N-H键的伸缩频率亦出现红移。 对腺嘌呤-BH3形成的复合物体系优化计算,找到了6个稳定的构型,其中由腺嘌呤的吡啶型N1,N3和N7提供孤对电子与B的空p轨道作用的3个构型比较稳定,而且这三个位点的N原子与B的结合力十分接近,振动分析结果表明BH3,NH2和N9-H的伸缩发生红移而C-H的伸缩和NH2的面内弯曲发生蓝移,自然键轨道分析的结果表明复合物中均存在电荷由腺嘌呤到BH3的转移,转移量与复合物的稳定性相关。 对胞嘧啶-BH3复合物分别进行理论计算以预测该复合物的构型及稳定化能,得到了5种稳定构型,B与N和O直接相连的构型比较稳定,各构型的稳定化能随电荷转移量增加而增大。 对尿嘧啶-BH3复合物的理论计算得到了5种稳定构型,对各构型进行了振动频率分析和自然键轨道分析,各构型都存在不同程度的电荷转移,转移方式和转移量与结合方式有关。 对鸟嘌呤-BX3（X=F,Cl）复合物体系在B3LYP/6-311+G*水平上进行了DFT计算,每一系列各得到4个稳定的构型,所有的稳定构型均由吡啶型N或羰基O或氨基N与B以σ-p作用结合而成。鸟嘌呤-BF3中最稳定的是B与N3作用形成的构型,而鸟
论文目录:
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英文摘要
第1章 引言
1.1 核酸碱基的正常结构与异构体研究
1.2 碱基与电子作用的研究
1.3 碱基质子化的研究
1.4 碱基与溶剂水分子作用的研究
1.5 碱基与金属离子作用的研究
1.6 碱基与其它客体分子作用的研究
1.7 小结
1.8 我们的工作
参考文献
第2章 研究方法及其理论基础
2.1 第一性原理与Hartree-Fock近似
2.2 从头计算方法(Ab initio Method)
2.3 密度泛函方法(DFT)
2.4 分子力学方法和分子动力学方法
2.5 Gaussian98(03)程序
2.5.1 程序功能
2.5.2 结构优化与频率分析
2.5.3 分子轨道分析
2.5.4 自然键轨道分析
2.5.5 分子中的原子(AIM)分析
2.5.6 分子间相互作用的研究方法
2.5.7 过渡态的寻找计算
参考文献
第3章 碱基-BH_3复合物的研究
3.1 引言
3.2 胸腺嘧啶-BH_3复合物的构型与性质
3.2.1 计算方法
3.2.2 结果与讨论
3.2.3 小结
3.3 鸟嘌呤-BH_3复合物的构型与性质
3.3.1 计算方法
3.3.2 结果与讨论
3.3.3 小结
3.4 腺嘌呤-BH_3复合物的构型与性质
3.4.1 计算方法
3.4.2 结果与讨论
3.4.3 小结
3.5 胞嘧啶-BH_3复合物的构型与性质
3.5.1 计算方法
3.5.2 结果与讨论
3.5.3 小结
3.6 尿嘧啶-BH_3复合物的构型与性质
3.6.1 计算方法
3.6.2 结果与讨论
3.6.3 小结
参考文献
第4章 碱基-BX_3(X=F，Cl)复合物的研究
4.1 引言
4.2 鸟嘌呤-BX_3(X=F，Cl)复合物的研究
4.2.1 计算方法
4.2.2 结果与讨论
4.2.3 小结
4.3 腺嘌呤-BX_3(X=F，Cl)复合物的研究
4.3.1 计算方法
4.3.2 结果与讨论
4.3.3 小结
4.4 胞嘧啶-BX_3(X=F，Cl)复合物的研究
4.4.1 计算方法
4.4.2 结果与讨论
4.4.3 小结
4.5 尿嘧啶-BX_3(X=F，Cl)复合物的研究
4.5.1 计算方法
4.5.2 结果与讨论
4.5.3 小结
参考文献
第5章 碱基-CO复合物的研究
5.1 引言
5.2 计算方法
5.3 结果与讨论
5.4 小结
参考文献
第6章 碱基-NO复合物的研究
6.1 引言
6.2 计算方法
6.3 结果与讨论
6.4 小结
参考文献
第7章 附录——环状含氮化合物分子结构与缓蚀性能：量子化学密度泛函理论研究
7.1 引言
7.2 计算方法与模型
7.3 结果与讨论
7.3.1 缓蚀剂分子的几何构型
7.3.2 量子化学参数与缓蚀性能的关系
7.3.3 缓蚀剂分子的反应活性部位
7.4 结论
参考文献
第8章 主要结论与展望
攻读博士学位期间发表和待发表的论文
致谢
承诺书
发布时间: 2005-08-31
参考文献
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