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应用ABEEM/MM探究Na+与氮-甲基乙酰胺、水及乙醇之间的相互作用

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应用ABEEM/MM探究Na+与氮-甲基乙酰胺、水及乙醇之间的相互作用

作者：潘一鸣辽宁师范大学

学位级别：硕士

金属离子在生物环境、生命活动中有着不可替代的作用,其中Na作为生物体内必需的离子,准确、合理地模拟含Na的生物分子水溶液体系的结构和性质具有重要的科学意义。本文在原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场(ABEEM/MM)模型下,构建了描述N... 详细信息

金属离子在生物环境、生命活动中有着不可替代的作用,其中Na作为生物体内必需的离子,准确、合理地模拟含Na的生物分子水溶液体系的结构和性质具有重要的科学意义。本文在原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场(ABEEM/MM)模型下,构建了描述Na与氮-甲基乙酰胺(NMA)及水体系(Na-NMA/HO)的可极化势能函数。进行大量从头计算,优化得到[Na(NMA)](n=4-8)、[Na(HO)](n=4-8)的稳定结构,优选并确定相关参数,再将其转移到[Na(NMA)(HO)](n+m=4,6)体系。应用该ABEEM/MM势能函数计算得到的上述团簇的结构、结合能、电荷分布等,与量子力学(QM)结果具有很好的一致性:Na与配体NMA、HO之间距离的平均绝对偏差(AAD)在0.04-0.07?之间、RRMSD在3.1-4.4%之间;平均结合能的AAD在0.91-1.49 kcal/mol之间、RRMSD在4.9-9.6%之间;电荷分布与QM方法得到的电荷分布的线性相关系数在0.98以上。上述计算结果明显优于OPLS-AA力场的结果。OPLS-AA计算得到的结果与QM结果相比:Na与NMA、HO之间距离的AAD范围为0.14-0.18?、RRMSD范围为6.9-10.3%;平均结合能的AAD范围为1.00-13.46 kcal/mol、RRMSD范围为6.4-62.8%。应用ABEEM/MM对不同浓度NMA-NaCl水溶液体系进行初步的分子动力学模拟,结果表明,随着NMA浓度的逐渐增大,Na的第一配位层中NMA的配位数逐渐增大,HO的配位数逐渐减小,NMA浓度分别为4 mol/L、6 mol/L、8 mol/L的体系中Na的配位数分别为5.41、5.86、5.96。同理,在ABEEM/MM模型下,构建了Na-ETOH体系的可极化势能函数,应用该势能函数计算[Na(ETOH)](n=4-8)的结构、结合能、电荷分布,与QM结果具有很好的一致性:Na与配体ETOH之间距离的AAD约为0.09?、RRMSD约为5.6%;结合能的AAD约为6.14 kcal/mol、RRMSD约为6.5%;电荷分布与QM方法得到的电荷分布的线性相关系数在0.97以上。上述结果也明显优于OPLS-AA力场的结果。本文构建的Na-NMA/HO/ETOH体系的ABEEM/MM浮动电荷力场,能够准确合理地处理Na与氮-甲基乙酰胺、水、乙醇之间的相互作用,且整体结果明显优于OPLS-AA力场。

关键词： ABEEM/MM Na+ 氮-甲基乙酰胺水乙醇

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

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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...

作者：任伟贺辽宁师范大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词： Na+ K+ 氮-甲基乙酰胺分子形貌 ABEEMσπ/MM

应用ABEEMσπ/MM研究钾离子与氮—甲基乙酰胺和水以及卤素离子与水之间的相互作用

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应用ABEEMσπ/MM研究钾离子与氮—甲基乙酰胺和水以及卤素离子与...

作者：姚菁菁辽宁师范大学

学位级别：硕士

一价离子在许多生命过程中起着决定性作用,从理论上准确模拟含离子的电解质水溶液和生物分子等复杂体系的结构和性质仍然是一项挑战性的难题。本文基于高水平从头算方法的结果,发展和应用原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场方法(ABEEMσ... 详细信息

一价离子在许多生命过程中起着决定性作用,从理论上准确模拟含离子的电解质水溶液和生物分子等复杂体系的结构和性质仍然是一项挑战性的难题。本文基于高水平从头算方法的结果,发展和应用原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场方法(ABEEMσπ/MM),进一步优选相关参数,研究[K(HO)]、[K(NMA)]和[K(HO)(NMA)](n+m=6)团簇体系的结构、能量和电荷分布等性质,结果表明,ABEEMσπ/MM与QM结果具有较好的一致性,键长、键角、结合能的平均绝对偏差(AAD)分别小于0.03?、2.1°和9.5 kcal/mol,相对均方根偏差(RRMSD)分别小于1.9%、1.6%和14.8%,电荷分布的线性相关系数R大于0.94。应用ABEEMσπ/MM进行氮-甲基乙酰胺(NMA)无机盐水溶液的分子动力学模拟,结果表明,K与NMA和水中氧原子之间径向分布函数(RDF)的第一峰位于3.00?;在纯水、4M、6M和8M的NMA水溶液中,K第一配位层的配位数分别为5.7、6.7、8.8和11.0。采用B3LYP、B3PW91、M062X和MP2等4种量子化学方法研究水合卤素团簇体系[X(HO)](X=F,Cl,Br,I)的结构、结合能和电荷分布。基于QM的计算结果,进一步优选卤素离子与水之间相互作用的ABEEMσπ势能函数的相关参数,即卤素离子的ABEEMσπ电荷参数、力场参数。结果表明,ABEEMσπ/MM与QM具有较好的一致性,键长、键角、结合能的AAD分别小于0.05?、0.6°和12.8 kcal/mol,RRMSD分别小于2.6%、0.5%和22.3%,电荷分布的线性相关系数R大于0.97。尝试应用ABEEMσπ/MM进行F、Cl和Br水溶液的分子动力学模拟,初步研究结果表明,F、Cl和Br与水中氢原子之间RDF的第一峰分别位于2.20、2.70和2.75?,F、Cl和Br与水中氧原子之间RDF的第一峰分别位于3.00、3.65和3.70?;在216/500个水分子的模拟体系中,F、Cl、Br第一配位层的配位数分别为3.8/3.9、4.6/5.0和4.0/4.5。

关键词：钾离子氮-甲基乙酰胺卤素离子 ABEEMσπ/MM 分子间相互作用

发展和应用ABEEMσπ/MM研究碱土金属离子与水及NMA的相互作用

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发展和应用ABEEMσπ/MM研究碱土金属离子与水及NMA的相互作用

作者：王英杰辽宁师范大学

学位级别：硕士

金属离子在众多的化学和生命过程中发挥着不可替代的作用,准确、合理地描述二价金属离子与水、蛋白质等的相互作用,对于研究含二价金属离子的电解质水溶液、生物分子水溶液体系的结构和性质具有重要的科学意义。本文采用B3LYP、B3PW91、... 详细信息

金属离子在众多的化学和生命过程中发挥着不可替代的作用,准确、合理地描述二价金属离子与水、蛋白质等的相互作用,对于研究含二价金属离子的电解质水溶液、生物分子水溶液体系的结构和性质具有重要的科学意义。本文采用B3LYP、B3PW91、M06-2X、MP2四种量子力学(QM)方法,研究碱土金属离子与水及氮-甲基乙酰胺(NMA)团簇体系[Mg(HO)n](n=6-8)和[Mg(NMA)m](m=6-8)的结构、结合能以及电荷分布。基于上述QM结果,发展和应用原子-键电负性均衡浮动电荷模型(ABEEMσπ/MM),构建了描述Mg与水及NMA团簇体系的可极化势能函数,优选并确定ABEEMσπ/MM势能函数的相关参数,即力场参数以及电荷参数。再将其应用到计算[Mg(HO)n(NMA)m](n+m=6)体系的结构、电荷分布等性质,ABEEMσπ/MM方法下所得的结构、电荷分布等结果与QM结果具有一致性:Mg与配体HO/NMA之间距离的平均绝对偏差(AAD)小于0.04?、相对均方根偏差(RRMSD)小于2.0%;两种方法得到的电荷分布的线性相关系数在0.97以上。同理,在ABEEMσπ/MM模型下,构建了Ca-HO体系的可极化势能函数,应用该势能函数计算[Ca(HO)n](n=6-8)的结构、电荷分布,与QM结果具有较好的一致性:Ca与配体HO分子之间距离的AAD约为0.01?、RRMSD约为0.8%;Ca与HO分子之间夹角的AAD约为1.00°、RRMSD约为0.8%;电荷分布与QM方法得到的电荷分布的线性相关系数在0.98以上。本文构建的Mg/Ca的ABEEMσπ/MM浮动电荷力场,能够合理地描述Mg/Ca与水分子/NMA之间的相互作用。

关键词： ABEEMσπ/MM 碱土金属离子水氮-甲基乙酰胺浮动电荷力场

Li^+/Be^(2+)与NMA相互作用的理论研究

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辽宁师范大学学报（自然科学版） 2015年第3期38卷 349-354页

作者：宫利东李伟波任伟贺向靓姚菁菁辽宁师范大学化学化工学院辽宁大连116029

采用量子化学B3PW91/6-31+G(d,p)方法,对Li+/Be2+与氮甲基乙酰胺(NMA)形成的M(NMA)n(M=Li+/Be2+;n=1~6)团簇进行理论研究.优化得到多种稳定结构,计算并比较不同金属离子配位数下的结合能及电荷分布.结果表明:Be2+与羰基氧的距离RBe-O比... 详细信息

采用量子化学B3PW91/6-31+G(d,p)方法,对Li+/Be2+与氮甲基乙酰胺(NMA)形成的M(NMA)n(M=Li+/Be2+;n=1~6)团簇进行理论研究.优化得到多种稳定结构,计算并比较不同金属离子配位数下的结合能及电荷分布.结果表明:Be2+与羰基氧的距离RBe-O比Li+与羰基氧的距离RLi-O小;随着金属离子配位数的增加,金属与NMA团簇中羰基氧的距离RM-O变大,内层NMA上的羰基键长RC=O逐渐变小;金属离子上所带的电荷随NMA分子数增加而减小.

关键词：金属离子氮-甲基乙酰胺量子化学计算结合能电荷分布