氨基酸水合及H2O，H2S，HF二聚體的氫鍵研究.pdf

1、氫鍵對(duì)材料的生物、化學(xué)及物理性質(zhì)有著非常重要的影響，因此對(duì)氫鍵的研究也一直是科學(xué)家們長(zhǎng)期關(guān)注的熱點(diǎn)之一。氨基酸與水之間的相互作用形式為氫鍵，而氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單元，研究氨基酸水合的氫鍵特性可以為生物大分子與水的相互作用研究提供有力的幫助。二聚體水，二聚體硫化氫，二聚體氟化氫也是通過(guò)氫鍵形成了相應(yīng)的二聚體，然而其氫鍵的振動(dòng)譜識(shí)別目前尚不十分清楚。本文主要通過(guò)第一性原理計(jì)算的方法及分子動(dòng)力學(xué)模擬，對(duì)氨基酸水合以及二聚體水、二聚體硫化

2、氫、二聚體氟化氫的氫鍵特性進(jìn)行研究。
　　本研究分為五個(gè)部分：第一章首先介紹氫鍵的發(fā)現(xiàn)及研究背景，其次介紹了氫鍵在水、DNA與蛋白質(zhì)中的重要作用，最后提出了本論文的研究?jī)?nèi)容。第二章對(duì)計(jì)算中所用到的理論計(jì)算方法進(jìn)行了闡述。首先介紹了第一性原理計(jì)算和密度泛函理論方法。其次介紹了分子動(dòng)力學(xué)模擬及由分子動(dòng)力學(xué)軌跡獲得振動(dòng)譜的方法。最后簡(jiǎn)單介紹了第一性原理的分子動(dòng)力學(xué)方法。第三章對(duì)甘氨酸、絲氨酸和脯氨酸與水之間的相互作用進(jìn)行了第一性原理研究

3、，得到了氨基酸水合物的結(jié)構(gòu)與氫鍵強(qiáng)弱的普適規(guī)律。主要通過(guò)對(duì)單個(gè)甘氨酸分子、單個(gè)絲氨酸分子、單個(gè)脯氨酸分子分別與單個(gè)水分子的相互作用形成的二聚體復(fù)合物進(jìn)行了基態(tài)結(jié)構(gòu)、結(jié)合能的計(jì)算及bader電荷分析，總結(jié)出了氨基酸水合物的不同氫鍵結(jié)構(gòu)與氫鍵強(qiáng)弱的普適規(guī)律。如在三種氨基酸水合物中最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是類(lèi)似的，都為雙氫鍵環(huán)狀結(jié)構(gòu)，水分子中的氧與羧基上的氫形成氫鍵，同時(shí)水分子中的氫與羰基上的氧形成氫鍵。該規(guī)律也可適用于其它氨基酸水合體系。第四章對(duì)(H2O

4、)2、(H2S)2、(HF)2三種二聚體進(jìn)行了氫鍵振動(dòng)譜的研究。首先對(duì)三種體系分別進(jìn)行了第一性原理的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，并由分子動(dòng)力學(xué)軌跡獲得振動(dòng)譜，其計(jì)算的振動(dòng)譜與已報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。其次，通過(guò)比較單體分子與二聚體分子振動(dòng)峰位，發(fā)現(xiàn)由于二聚體受到氫鍵的影響，導(dǎo)致拉伸振動(dòng)的峰位發(fā)生明顯左移。最后，通過(guò)對(duì)(H2O)2，(H2S)2，(HF)2三種氫鍵強(qiáng)度的比較分析，發(fā)現(xiàn)二聚體中氫鍵的強(qiáng)度越大，則導(dǎo)致對(duì)稱(chēng)拉伸振動(dòng)與非對(duì)稱(chēng)拉伸振動(dòng)峰位的左移程度