利用金属表面识别和分离丝氨酸对映异构体的理论研究

摘要

自然界中所有的氨基酸，除了甘氨酸，都是手性分子。绝大多数药物是由手性分子构成，但左、右手性分子在生物体中有着不同的生理效应。因而手性分子的识别和分离，在手性材料研究、医药合成等领域起着至关重要的作用。本文选取作为研究对象，利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，分别从基底类型、温度和覆盖率三个方面对丝氨酸对映异构体的吸附能和吸附能差进行了研究，本论文包括三部分内容: (1)本文系统的研究了在低的覆盖度下，丝氨酸异构体在纯金属Cu、Ag、Au和Pd(531)表面的吸附行为，结果表明丝氨酸异构体在Cu(531)面上的吸附强度和分离能力最大，其左右手性丝氨酸的最稳吸附结构的吸附能差为0.39eV。此外，左右手性丝氨酸的有着不同的吸附构型，其模拟扫描隧道显微图具有不同的生长方向。研究分析发现，丝氨酸在不同纯金属表面的分离能力取决于分子和基底所受到的构象应力的大小。通过用变形能来表征应力大小，本文发现分子和基底所受的总应力越大，其左右手性的吸附能差就越大。 (2)为获得更好的分离丝氨酸异构体的金属表面，进而，本文对分离能力最佳的Cu(531)表面进行合金化，以求获得更好的分力丝氨酸异构体的表面。结果表明，当在Cu(531)表面掺杂Au时，成键的基底原子之间距离变大，分子和基底变形程度变小，所受应力变小，因而左右手性丝氨酸的吸附能差变小。而当在Cu(531)表面掺杂Ni时，成键的基底原子之间距离变小，且掺杂浓度越大，间距越小，分子和基底所受的应力越大，导致左右手性丝氨酸的吸附能差越大。 (3)在高的浓度下，丝氨酸异构体会在金属基底发生自组装反应，进而，本文研究了丝氨酸异构体在金属表面的自组装行为。结果表明，高覆盖度下，左右手性丝氨酸在纯金属表面的吸附能差最大的表面是Pt(531)面，为0.14eV，但随着温度的升高吸附能差逐渐减小，因而，不适合用于分离;但在Cu(531)表面掺杂2层Ni原子时，其吸附能差最大，为0.15eV，分离能力最好。此外，随着温度的升高吸附能差异逐渐增大，因而分离能力逐渐提高，因而该表面最为适合用于高覆盖度下的丝氨酸异构体的分离。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1手性分子和手性药物

1．2手性分离方法

1．3金属有机界面

1．4研究现状

1．5研究内容

2基础理论和计算方法

2．1第一性原理

2．2密度泛函理论(Density Functional Theory，DFT)

2．3 DFT+vdWsurf方法

2．4 DFT+MBD方法

2．5计算软件及使用说明

3丝氨酸异构体在Cu／Ag／Au／Pd(531)表面的分离能力

3．1计算参数

3．2丝氨酸异构体在Cu(531)表面吸附构型

3．3丝氨酸异构体在Cu(531)表面的吸附行为

3．4丝氨酸异构体在Ag／Au／Pd(531)表面的吸附行为

3．4．1丝氨酸异构体吸附在Ag(531)表面

3．4．2丝氨酸异构体吸附在Au(531)表面

3．4．3丝氨酸异构体吸附在Pd(531)表面

3．5丝氨酸异构体在金属表面分离能力的作用机理

3．6本章小结

4丝氨酸异构体在合金表面的分离能力

4．1丝氨酸异构体在合金表面的分离能力

4．2掺杂浓度对丝氨酸异构体在Ni／Cu(531)分离能力的影响

4．3温度对丝氨酸异构体在金属表面分离能力的影响

4．4丝氨酸异构体在金属表面的电荷性质

4．5本章小结

5丝氨酸异构体在金属表面的自组装

5．1丝氨酸异构体在Cu(531)面的自组装

5．2丝氨酸异构体在Ag、Pd和Pt(531)表面的自组装行为

5．3丝氨酸异构体在合金表面的自组装行为

5．4温度对丝氨酸异构体自组装的分离能力的影响

5．5本章小结

6结论

致谢

参考文献

附录