发展和应用ABEEM/MM研究卤素离子与水、NMA的相互作用

作     者：朱惠君 

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：2022年

学科分类：07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

主      题：氟离子 H2O NMA ABEEM/MM 分子间相互作用 

摘      要：离子水溶液广泛存在于自然界中,其中卤素离子无机盐对维持生态平衡起着举足轻重的作用,为探究卤素离子水合及其与蛋白间的相互作用,本文尝试构建氟离子的浮动电荷可极化力场,主要研究内容如下:1.应用量子化学方法MP2/aug-cc-p VTZ//B3LYP/6-311++G(d,p)计算[X(HO)](X=F/Cl/Br/I)的几何结构和结合能。为描述水合氟离子中水分子分布的各向异性,基于原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场(ABEEM/MM),本文设计了3种F-HO体系的理论模型:(1)单位点的电荷局域守恒模型(ABEEM/MM-I);(2)单位点的电荷整体守恒模型(ABEEM/MM-II);(3)多位点的电荷整体守恒模型(ABEEM/MM-III)。模型I和II的区别在于是否允许F与其第一水合层分子间存在电荷转移,二者均采用单个电荷位点表示F;而模型III采用7个电荷位点表示F。构建势能函数,以QM结果为参考,拟合优选力场参数,应用上述3种模型,计算[F(HO)]的结构和结合能。与QM结果相比,3种模型计算得到的F和第一水合层H之间的平均距离(R)的平均绝对偏差(AAD)分别为0.015?、0.015?、0.068?,F和第一水合层中H-O形成的键角(?)的AAD分别为0.94°、0.18°、1.75°,F与HO的平均结合能((35)E)的相对均方根偏差(RRMSD)分别为0.69%、5.93%、69.54%,ABEEM/MM电荷分布与QM结果的线性相关系数分别为0.96、0.99、0.99。模型II和III中,F的电荷转移量平均值(Δq)分别为0.404a.u.和0.349 a.u.,QM得到的Δq为0.384 a.u.。模型II的结果明显优于模型I,表明考虑F与其第一水合层间的电荷转移是非常必要的。而模型III仍需进一步完善其势能函数和调节力场参数,改善结构和结合能的计算结果。2.采用相同的QM方法计算[X(NMA)](X=F/Cl/Br/I)体系的结构、电荷分布和结合能。基于ABEEM/MM-II模型在F-HO体系中的表现,将其参数转移到F-NMA体系,计算[F(NMA)]的结构和结合能。与QM结果相比,R的AAD为0.204?,)(?)的AAD为0.69°,(35)E的RRMSD为58.90%。ABEEM/MM电荷分布与QM结果的线性相关系数大于0.98。相关参数仍需进一步调节优选。本文尝试将氟离子的ABEEM/MM单位点模型发展到多位点模型,并初步构建了相关的浮动电荷势能函数,为将来建立卤素离子体系的ABEEM/MM力场,用于探讨含卤素离子电解质水溶液体系的结构和性质,提供了重要参考。