应用ABEEMσπ/MM和分子形貌理论对金属离子与水及氮—甲基乙酰胺相互作用的理论研究

作     者：任伟贺 

作者单位：辽宁师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宫利东

授予年度：2016年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：Na+ K+ 氮-甲基乙酰胺 分子形貌 ABEEMσπ/MM 

摘      要：金属离子的重要性及多样性在生命体活动中起着不容小觑的作用,比如在维持多相体系的渗透平衡、生物分子构象的稳定性等方面上。除此外,许多酶类的催化活性,除了蛋白质部分外,还需要金属离子作为酶活性中心的组成部分,关于金属离子在生命过程中的作用受到科学家们的关注。因此,从理论上探究金属离子与H2O及NMA(氮-甲基乙酰胺)相互作用具有重要的科学和实际意义。本文的研究分为两部分:首先选取[M(H2O)n]+/2+(n=1-6;M=Li,Na,K,Be,Mg,Ca)体系作为研究对象,采用分子形貌理论(MFT)考察其形状、金属与配位分子的成键和复合物表面的电荷分布;其次对[Na/K(N/L)n]+(n=3-8;N=H2O,L=NMA)和[NaNnLm]+(n+m=4;N=H2O,L=NMA)及[KNn Lm]+(n+m=6;N=H2O,L=NMA)复合物,采用高水平量子化学方法和原子-键电负性均衡浮动电荷模型(ABEEMσπ/MM)对体系的结构、结合能和电荷分布等性质进行探究。对于分子形貌理论(MFT)研究的体系,首先在MP2/6-311++G(d,p)理论水平下对其进行结构优化以及频率、结合能和第一电离能的计算,然后再利用MELD精密从头算及自编程序,采用CISD/6-31G方法计算分子中的单电子作用势及由分子形貌确定的体积和表面积。对于ABEEMσπ/MM模型研究的体系,由于体系较大,采用B3LYP/6-31+G(d,p)方法对其结构进行优化及频率的计算,并通过MP2/6-311++G(2d,2p)的方法对体系进行结合能的计算。在ABEEMσπ/MM非键模型下,以HF/STO-3G方法计算得到的电荷为基准,拟合确定相关参数,构建描述以[Na/K(N/L)n]+(n=3-8;N=H2O,L=NMA)等体系相互作用的势能函数,计算结果表明:当Na+/K+与水及NMA分子相互作用时,若结合的配体相同,则Na+表现出来的结合能力要强于K+;对于Na+和K+形成的复合物,其ABEEM电荷与QM电荷的线性相关系数分别为0.9739和0.9633。