羟基与氢自由基加成状态下A-T质子转移及氨基酸残基辅助HNO质子转移的理论研究

摘要

氢键在分子和生物大分子的结构和稳定性上起着很重要的作用，许多化学、物理和生物过程都涉及到氢键的形成和断裂。分子内和分子间质子转移是互变异构平衡以及氧化还原反应中最简单、最基本的现象，在许多化学和生化反应中有着十分重要的作用。因而近年来，无论是在实验方法还是理论上，越来越多的有关氢键的体系以及有关质子转移的过程被广泛研究。 本文选取了经羟基和氢自由基加成后腺嘌呤-胸腺嘧啶碱基对间(A—T)的质子转移过程和无水／有水情况下氨基酸残基辅助HNO的质子转移过程进行了研究，使用量子化学密度泛函理论中的B3LYP方法，在6-31G*或6-311++G**计算水平上探讨了羟基及氢自由基对于腺嘌呤-胸腺嘧啶之间质子转移的影响，以及在无水和有水情况下氨基酸残基对于HNO质子转移的影响。 首先，我们对羟基加成后腺嘌呤-胸腺嘧啶的结构、能量变化及碱基对间的质子转移的变化进行了系统研究。计算结果表明，羟基加成后共有五种稳定结构形成，这五种结构中8OHA-T和A-T60H比较稳定。与自由状态下A-T的质子转移过程相比，我们发现五种产物的形成对于质子转移的过程都有促进作用，其中4OHA-T作用最为明显。 其次，我们对氢化后腺嘌呤-胸腺嘧啶的结构变化和质子转移转移过程进行了系统研究。通过结构优化和进一步的频率分析我们共得到11中合理的氢化产物。其中，产物A-T7、A-T9不能发生质子转移。在其他9种产物中，质子转移的能垒有所降低，这说明产物的形成有利于质子转移的进行。 最后，我们对无水／有水情况下氨基酸残基辅助HNO的质子转移进行了研究。通过与单体HNO质子转移过程的比较，我们发现氨基酸残基对于HNO的质子转移具有较好的辅助效果。并且，在一个水及两个水分子存在的情况下，质子转移反应的能垒进一步降低，这说明在水的存在下，氨基酸的辅助效果得到了进一步的加强。 在这些质子转移过程相关构型的优化过程中，我们对所有分步质子转移的可能中间体都进行了尝试性优化，结果发现这些中间体经优化后得到的是反应物或者是产物，这说明这些所谓的离子型中间体是不存在的，另外我们发现在反应物和产物之间都只存在一个过渡态，因此说这些质子转移过程都为协同双质子转移。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

第一节量子化学的发展

第二节氢键与质子转移

第三节本文主要工作

第二章量子化学计算方法简介

第一节对目前常用的三种计算方法分析：

第二节基组含义及选择从头算基函数的原则

第三章羟基自由基加成对于腺嘌呤-胸腺嘧啶碱基对间质子转移的影响

第一节前言

第二节计算方法与细节

第三节结果与讨论

一羟基加成对于碱基对的影响

二羟基加成对于质子转移的影响

三、结论

第四章氢自由基加成对于A-T的结构及质子转移的影响

第一节前言

第二节计算方法与计算细节

第三节结果与讨论

一、自由基结构的变化:

二各种氢化产物的能量与电子结构

三、氢化对于质子转移的影响

四结论

第五章无水及有水情况下的氨基酸残基辅助HNO质子转移

第一节前言

第二节计算方法

第三节结果与讨论

一氨基酸侧链辅助条件下HNO的异构化

二氨基酸残基与水分子对HNO质子转移的协同辅助

三结论

参考文献

硕士期间完成的论文

致谢