检索结果-南通市图书馆

作者：池国丽南京理工大学

学位级别：硕士

主客体体系是一类以非共价键作用为驱动力的典型超分子体系,在许多领域都有着重要应用。环糊精（Cyclodextrin,简称CD）具有“外亲水,内疏水”的结构特性,可以像酶一样提供一个疏水的结合部位,作为主体分子包络各种适当的客体分子,如有... 详细信息

主客体体系是一类以非共价键作用为驱动力的典型超分子体系,在许多领域都有着重要应用。环糊精（Cyclodextrin,简称CD）具有“外亲水,内疏水”的结构特性,可以像酶一样提供一个疏水的结合部位,作为主体分子包络各种适当的客体分子,如有机分子、无机分子及各种合适的分子。葫芦脲是继环糊精之后的又一主体分子,与环糊精一样,具有“内疏水”的特性,它的两端开口相同,空腔由羰基环绕而成,中间较大,可以包合有机分子。主客体复合机理的理论研究具有很重要的工业和学术价值,但是仍然面临着许多挑战。本论文我们以我们组内发展的分子动力学/量子力学/连续溶剂模型方法（md/qm/csm方法）为计算模型研究了水溶液中环糊精、葫芦脲与客体分子的复合机理。以md模拟提取出用于主客体计算的优势构像,再以qm/csm方法为热力学计算模型,计算出溶液环境中的复合自由能,使用PM3方法计算了真空中的主客体复合自由能;使用极化连续溶剂模型（PCM）和密度泛函理论（DFT）计算溶剂效应。md/qm/csm方法计算的主客体复合自由能与实验值有高度的线性相关性,准确地给出了不同主客体体系的热力学稳定性排序。这表明理论模型和计算结果的合理性和可靠性。基于计算出的主客体复合自由能,我们基于md模拟提取出的代表性包合构像及qm/csm模型计算出的焓变、熵变和溶剂效应对主客体复合自由能的贡献,深入分析和探讨了主客体体系的主导复合模式和复合热力学机理。主要研究内容包括:（1）环糊精具有手性识别能力,可以识别手性药物分子,因此将环糊精作为手性选择剂。本论文选取的四种手性药物分子,具有相同的芳香环和手性中心。本论文通过采用md/qm/csm方法研究了环糊精对这四种手性药物分子的相对包合能力,揭示了环糊精对手性分子的识别机理。本论文中计算的复合自由能与实验一致。通过分析复合自由能,揭示了环糊精对手性药物分子的拆分机理由真空包合自由能和溶剂效应共同决定。而且环糊精对手性分子拆分能力的不同可能还与分子的相对大小有关,分子越大,拆分效果越好。（2）本论文将我们课题组发展的md/qm/csm方法用于研究天然环糊精和2-甲基-β-环糊精与三种萘酚分子的相对包合能力。通过md模拟提取出的代表性复合构像,用于主客体复合自由能的计算,得到与实验一致的结果,可以对环糊精对萘酚分子的包合能力进行正常的排序。2-甲基-β-环糊精对萘酚分子的包合能力优于天然环糊精,可能是天然环糊精羟基基团甲基化增强了环糊精对萘芬分子的包合能力。（3）本论文将我们课题组发展的md/qm/csm方法用于研究葫芦脲与三种过氟化物的相对包合能力。计算结果与实验结果存在偏差。可能是PM3/PCM方法用于葫芦脲体系的计算不能准对其相对包合能力进行正常排序,对于葫芦脲体系的相对包合能力的计算需要发展不同的计算方法。

关键词：主客体体系复合自由能环糊精葫芦脲 md/qm/csm方法

md/qm/csm方法和HGM模型发展及应用

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MD/QM/CSM方法和HGM模型发展及应用

作者：叶仁龙南京理工大学

学位级别：硕士

主客体体系是一类以非共价键作用为驱动力的典型超分子体系,在环境修复、食品工业、化学分析、化学催化和生物医药等领域具有重要应用。主客体复合机理的理论计算方法具有重要的工业和学术价值,但其发展面临着不少挑战。我们发展了分子... 详细信息

主客体体系是一类以非共价键作用为驱动力的典型超分子体系,在环境修复、食品工业、化学分析、化学催化和生物医药等领域具有重要应用。主客体复合机理的理论计算方法具有重要的工业和学术价值,但其发展面临着不少挑战。我们发展了分子动力学/量子力学/连续介质溶剂模型方法(md/qm/csm方法),以md模拟为构象采样算法搜索主客体复合物的优势构象,再以qm/csm方法为自由能计算模型,计算出溶液环境中的主客体复合自由能。以复合自由能的计算值和实验值的线性相关性为依据,我们进一步验证主客体复合物的代表性构象的可靠性。基于获得的代表性构象,我们在分子水平上分析主客体的非共价键相互作用和复合模式;同时,基于主客体复合过程中的焓变、熵变和溶剂效应对复合自由能的贡献,我们获得主客体的复合热力学。我们使用md/qm/csm方法研究了水溶液中环糊精与多种客体分子的复合机理。在测试的几种qm和csm方法中,使用PM3和PCM/SASA的计算组合时取得的计算精度最高,主客体复合自由能的计算值与实验值具有很高的线性相关度(R>0.98)。对于刚性较强的天然β-CD体系,决定复合物稳定性的主要因素是主客体分子的形状和尺寸的匹配度;而对于柔性较强的DMCD体系,溶剂效应的优劣则决定了复合物的相对稳定性。作为md/qm/csm方法的一个重要组成部分,溶剂化自由能的计算精度对md/qm/csm方法的准确性具有重要影响。我们发展了半经验的杂化高斯电荷分布模型(Hybrid Gaussian Charge Distribution Model,HGM),用于产生高质量的可变原子半径,构建csm计算中的分子空穴,最终提高溶剂化自由能的计算精度。HGM模型由以原子为中心的球形高斯函数和离散点电荷构成,它将分子的电子密度划分成重叠的球形原子区域,并利用等电子密度面产生原子的可变半径。HGM模型对成键区域电子密度的拟合更为准确,产生的H原子以及N和O重原子的半径随其化学环境的变化表现出了很好的可变性。H原子的可变半径和其Mulliken电荷之间的存在较高的线性相关性,这使得我们可以直接从H原子的Mulliken电荷产生H原子的可变半径,而对其他重原子使用固定的Bondi半径,从而构建出HGM-线性H原子模型(HGM-lH模型)。用于PCM计算时,HGM模型和HGM-lH模型产生的可变原子半径改进了溶剂化自由能的计算精度。

关键词：主客体体系复合机理复合自由能 md/qm/csm方法 HGM模型

md/qm/csm方法发展及应用：β-环糊精及其衍生物包合机理研究

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MD/QM/CSM方法发展及应用：β-环糊精及其衍生物包合机理研究

作者：陈珂南京理工大学

学位级别：硕士

β-环糊精(β-cyclodextrin,β-CD)及其衍生物能够包含疏水性的客体分子,增加其在水溶液中的溶解度和稳定性,广泛应用于环境修复、医药载体、手性分离、农业除草、食品防腐等领域。通常,β-CD衍生物对客体分子的包合能力较天然的β-CD更... 详细信息

β-环糊精(β-cyclodextrin,β-CD)及其衍生物能够包含疏水性的客体分子,增加其在水溶液中的溶解度和稳定性,广泛应用于环境修复、医药载体、手性分离、农业除草、食品防腐等领域。通常,β-CD衍生物对客体分子的包合能力较天然的β-CD更强,増溶效果更好。探究β-CD及其衍生物对客体分子的包合机理可以揭示主客体之间的分子间相互作用力,设计出性能更为优越的β-CD衍生物。本论文采用课题组2016年发展的分子动力学/量子力学/连续介质溶剂模型(md/qm/csm)研究了天然的β-CD及其3种衍生物对不同类型的客体分子(萘酚、鸟苷和青蒿琥酯)的包合能力。该方法从多条md轨迹中筛选出最优的md轨迹,提取出β-CD及其衍生物包合体系的代表性构象,计算其在真空环境下的自由能和溶剂效应,可以量化包合过程中的非键相互作用和疏水性相互作用。在qm/csm计算中,相较于课题组原采用的PM3/PCM模型,本论文采用了DFT-D3/PCM和ONIOM2/Smd模型,显著提高了溶液中复合自由能的计算精度。这三种模型均能够正确地排序β-CD及其衍生物的包合体系在水溶液中的稳定性。相较之下,ONIOM2方法对主体分子和客体分子在不同的理论水平上进行结构优化和频率计算,提高了计算精度的同时,兼顾了计算速度。计算结果表明,水溶液中β-CD及其衍生物的包合构象和包合能力主要受到主客体非键相互作用和疏水性相互作用的影响。其中,疏水性相互作用占据主导地位。β-CD及其衍生物包合尺寸合适的客体分子时,能够形成分子间氢键,增强主客体非键相互作用。同时,相较于β-CD,它的3种衍生物:2,6-二甲基-β-CD、磺丁基醚-β-CD和羟丙基-β-CD,能够获得更为有利的疏水性作用,增强包合物在水溶液中的稳定性,尤其是带有负电荷的磺丁基醚-β-CD。客体分子的尺寸和形状不同,决定了其在CD空腔中采用不同的包合模式达到稳定状态。理想的包合构象能够在非键相互作用和疏水性相互作用之间保持良好的平衡。包合后,客体分子在主体分子空腔中的包合取向将导致复合物的偶极矩变化。

关键词：主客体体系 β-环糊精及其衍生物复合自由能 md/qm/csm方法包合机理

改进md/qm/csm方法用于柔性主客体体系的结构表征

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改进MD/QM/CSM方法用于柔性主客体体系的结构表征

作者：刘潇南京理工大学

学位级别：硕士

β-环糊精(β-CD)及其衍生物在超分子化学中占有重要地位,能够通过疏水和范德华相互作用将各种有机小分子结合到疏水腔中,在食品、医药、农药、日用化工、分析化学等多个领域得到了很好的应用。分析环糊精主客体复合物的结构对于帮助正... 详细信息

β-环糊精(β-CD)及其衍生物在超分子化学中占有重要地位,能够通过疏水和范德华相互作用将各种有机小分子结合到疏水腔中,在食品、医药、农药、日用化工、分析化学等多个领域得到了很好的应用。分析环糊精主客体复合物的结构对于帮助正确解释发生在该系统中的各类复合机理具有重要意义,尤其是设计新的、具有理想性质的主客体系统已经成为目前的研究热点。由于β-CD主客体体系的构象空间的复杂性,在分子模拟过程中,提取主客体代表性构象(RC)时,需要结合一定的实验数据,才能进行准确的筛选。在研究环糊精主客体系统时,基于课题组之前提出的分子动力学/量子力学/连续介质溶剂模型(md/qm/csm),并结合诱导圆二色谱(ICD)与电子圆二色谱(ECD)进行代表性构象(RC)的筛选,再通过qm/csm作为自由能计算模型,计算出溶剂条件下的主客体复合自由能。以ICD实验与ECD计算结合主客体复合自由能的计算值与实验值线性相关性作为依据,进一步验证所筛选主客体复合结构的代表性构象的可靠性。基于所筛选的代表性构象,在分子水平分析了所研究主客体体系的相互作用机理。使用md/qm/csm方法研究了β-CD包合下乙酸乙酯与对硝基苯甲酸甲酯的水解机理。构建多种不同的md初始构象,在md构象空间中筛选了具有代表性的复合结构。通过构建合理的β-CD包合下乙酸乙酯与对硝基苯甲酸甲酯的水解结构模型,进行qm/csm计算,准确的分析了β-CD包合下对硝基苯甲酸甲酯的水解机理。β-CD的包合对乙酸乙酯的水解反应起到了阻碍作用,对对硝基苯甲酸甲酯的水解反应起到了促进作用。在研究β-环糊精对四种N-甲基氨基甲酸酯类杀虫剂包合机理的研究时,使用了改进的md/qm/csm方法,针对不同的体系,通过构建多种不同的初始构象,扩大了构象采样的范围,基于ICD实验数据与ECD计算结合筛选具有代表性的优势构象。计算表明所筛选的代表性构象的ECD计算值与ICD实验值相符合,通过计算各体系的复合自由能大小将四种主客体体系进行相对稳定性排序,相对稳定性顺序为与实验结果一致,且计算结果与实验值有很高的线性相关性,R=0.99。这表明对md/qm/csm方法的改进是很有成效的。

关键词： β-环糊精 md/qm/csm方法复合机理复合自由能电子圆二色谱

分子动力学模拟研究β-环糊精、葫芦[7]脲包合及DNAN热分解机理

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分子动力学模拟研究β-环糊精、葫芦[7]脲包合及DNAN热分解机理

作者：包小芳南京理工大学

学位级别：硕士

分子动力学模拟（md）作为一种通过计算机技术进行仿真模拟的科学研究方法,具有揭示反应机理、解释实验现象的作用。本论文基于已有实验数据,使用md方法展开一系列研究,探讨β-环糊精（β-CD）对N-甲基氨基甲酸酯类农药和葫芦[7]脲（CB... 详细信息

分子动力学模拟（md）作为一种通过计算机技术进行仿真模拟的科学研究方法,具有揭示反应机理、解释实验现象的作用。本论文基于已有实验数据,使用md方法展开一系列研究,探讨β-环糊精（β-CD）对N-甲基氨基甲酸酯类农药和葫芦[7]脲（CB[7]）对曲唑酮（TZ）及其代谢物m-氯苯基哌嗪（m CPP）的包合机理,以及2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）的热分解机理,探究这些体系的变化规律,为相关体系的研发提供进一步的理论指导。含有发色基团的客体分子被β-CD包合会出现诱导圆二色性（ICD）信号,采用分子动力学/量子力学/连续介质溶剂模型（md/qm/csm）方法结合电子圆二色谱（ECD）计算的研究方案探究β-CD/N-甲基氨基甲酸酯类农药的包合机理。计算结果表明,主客体分子的非键相互作用和疏水作用共同决定水溶液中β-CD复合物的稳定性,存在竞争性关系,理想的复合构象需要在两者间达到平衡。计算结果与实验值线性相关性良好,有效解释了实验现象。该计算方案也适用于有ICD数据的其他复杂主客体体系。采用md/qm/csm方法探究CB[7]对TZ及mCPP的包合机理和包合能力差异的原因,研究结果确定CB[7]/TZ的包合构象:吡啶三唑酮部分与CB[7]的羰基形成氢键,CB[7]/TZ复合物在水溶液中的稳定性优于CB[7]/m CPP,主要是由于它含有更多的分子间氢键,得到了更好的非键相互作用。对于主客体体系,还讨论在md/qm/csm算法框架下结构的波动性对ECD、复合自由能计算的影响。ECD计算存在波动性,但大部分计算结果能保持一致。类似结构计算的复合自由能也有波动性,代表性包合构象（RC）及附近两个结构计算得到的复合自由能平均值排序与实验一致。CB[7]复合物计算所得的复合自由能波动范围比β-CD的小。采用Reax FF分子动力学模拟和密度泛函理论相结合的方法探究DNAN的热分解机理。Reax FF md模拟揭示了DNAN初始热分解过程由邻位C-NO均裂引发,并以双分子氧转移为主。DNAN初始分解路径与2,4,6-三硝基甲苯（TNT）相似,从中产生了数千种不同寿命的物种,但表现出较低的活性。DNAN的热稳定性高于TNT,主要是由于它含有较少的硝基和一个通过与苯环形成p-π共轭而稳定的甲氧基。

关键词：分子动力学模拟 md/qm/csm方法 β-环糊精葫芦脲包合机理 2,4-二硝基苯甲醚热分解 ReaxFF