五種生物堿基的氫鍵二聚體等體系的理論研究.pdf

1、本論文選擇了生物體系中最基本的組成單元—DNA和RNA中的五種堿基的氫鍵二聚體以及2,4-二硫基胸腺嘧啶與水分子的氫鍵二聚體作為我們的研究對(duì)象，圍繞分子間相互作用的理論研究方法及分子間相互作用的本質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的探討。對(duì)于五種堿基的氫鍵二聚體，我們選用了較高級(jí)別的計(jì)算水平(B3LYP／6-311++G<'**>)來進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和振動(dòng)頻率分析，對(duì)于二聚體的相互作用能則是選擇使用：B3LYP／6-311++G<'**>水平下的優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行單點(diǎn)

2、計(jì)算，計(jì)算的水平分別為B3LYP／6-311++G<'**>和MP2／6-311++G<'**>。通過比較計(jì)算結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于我們所研究的體系，兩種方法的結(jié)果是一致的，這為結(jié)果的可靠性提供了有說服力的保證。在此基礎(chǔ)上，為了能進(jìn)一步了解這些氫鍵二聚體的特征和本質(zhì)，我們還對(duì)這些氫鍵復(fù)合物進(jìn)行了全面細(xì)致的分析，包括自然鍵軌道(NBO)分析、分子中的原子(AIM)分析、核磁共振(NMR)分析以及分子靜電勢(shì)分析等。對(duì)于2,4-二硫基胸腺嘧啶與水

3、分子的氫鍵二聚體，我們選擇MP2／6-31G(d)為我們的計(jì)算水平，對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和振動(dòng)光譜分析，其后也采用了NBO分析、AIM分析和NMR分析等手段來對(duì)這些復(fù)合物進(jìn)行全面的探討。論文的主要內(nèi)容如下： 1、我們首先選用了尿嘧啶的十種平面型氫鍵二聚體為我們的研究對(duì)象，研究發(fā)現(xiàn)在這些二聚體中存在兩種不同類型的氫鍵：N-H…O和C-H…O作用。其中N-H…0作用比C-H…O作用更強(qiáng)，二者均為正常的，紅移型氫鍵。具有兩個(gè)N-H…O作

4、用的二聚體的穩(wěn)定性很好，而同時(shí)具有兩個(gè)G-H…O作用的二聚體穩(wěn)定性是最差的。我們的計(jì)算結(jié)果與已有的文獻(xiàn)相比較是一致的，肯定了我們所選取的研究方法是正確而有效的，這也為我們研究其它的生物分子體系打下了一定的基礎(chǔ)。 2、在前一章研究的基礎(chǔ)上，選用胞核嘧啶的七種氫鍵二聚體為我們的研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)在這些二聚體中存在四種不同類型的氫鍵：N-H…O、N-H…N、C-H…O和C-H…N作用。其中N-H…O和N-H…N作用比C-H…O和C-H…N

5、作用更強(qiáng)，前兩者為正常的，紅移型氫鍵；而對(duì)于后兩者，我們傾向于認(rèn)為是非正常的，藍(lán)移型氫鍵。具有兩個(gè)N-H…0或者N-H…N作用的二聚體CCl和CC3的穩(wěn)定性很好，而同時(shí)具有兩個(gè)C-H…O和一個(gè)C-H…N作用的二聚體CC5的穩(wěn)定性是最差的。 3、我們選用胸腺嘧啶的十種氫鍵二聚體為我們的研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)在這些二聚體中存在兩種不同類型的氫鍵：N-H…O和C-H…O作用。其中N-H…O作用比C-H…O作用更強(qiáng)，前者為正常的，紅移型氫鍵；而

6、對(duì)于后者，我們傾向于認(rèn)為是一種非正常的，藍(lán)移型氫鍵。具有兩個(gè)N-H…O作用的二聚體的穩(wěn)定性很好，而同時(shí)具有兩個(gè)C-H…O作用的二聚體穩(wěn)定性是最差的。 4、我們選用鳥嘌呤的十三種氫鍵二聚體為我們的研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)在這些二聚體中存在四種不同類型的氫鍵：N-H…O、N-H…N、C-H…O和C-H…N作用。其中N-H…O和N-H…N作用比C-H…O和C-H…N作用更強(qiáng)。前兩者為正常的，紅移型氫鍵；而對(duì)于后兩者，我們傾向于認(rèn)為它們也是正常的

7、，紅移型氫鍵。具有兩個(gè)N-H…O作用的二聚體的穩(wěn)定性很好，而同時(shí)具有兩個(gè)C-H…O作用的二聚體穩(wěn)定性是最差的。 5、我們選用腺嘌呤的二十一種氫鍵二聚體為我們的研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)在這些二聚體中存在兩種不同類型的氫鍵：N-H…N和C-H…N作用，其中N-H…N作用比C-H…N作用更強(qiáng)?？紤]形成氫鍵的原子的位置的不同，我們將這些氫鍵更細(xì)致地分為四種：N6-H6…N、N9-H9…N、C8-H8…N和C2-H2…N作用。前三者均為正常的，紅移

8、型氫鍵；而對(duì)于最后一種氫鍵我們傾向于認(rèn)為其也是正常的，紅移型氫鍵。具有兩個(gè)N-H…N作用的二聚體的穩(wěn)定性很好，而同時(shí)具有兩個(gè)C-H…N作用的二聚體穩(wěn)定性是最差的。五元環(huán)上的N9-H9參與形成的氫鍵作用比六元環(huán)上的N6-H6作用參與形成的氫鍵要強(qiáng)一些；同時(shí)五元環(huán)上的C8-H8參與形成的氫鍵作用也比六元環(huán)上的C2-H2作用參與形成的氫鍵更強(qiáng)。這就表明在形成氫鍵復(fù)合物的時(shí)候，腺嘌呤的五元環(huán)比六元環(huán)更容易提供質(zhì)子而獲得電子。 6、我們用

9、量子化學(xué)的方法從理論上研究了2,4-二硫基胸腺嘧啶與水分子的四種氫鍵復(fù)合物，對(duì)其結(jié)構(gòu)、能量和成鍵特征均進(jìn)行了分析。通過研究發(fā)現(xiàn)，在這些復(fù)合物中形成了三種不同類型的氫鍵，其中O-H…S和N-H…O氫鍵都是正常的紅移型氫鍵，而C—H…0氫鍵是一種非正常的藍(lán)移型氫鍵。 在我們的論文工作中，我們一共研究了六十五種不同結(jié)構(gòu)的氫鍵二聚體，對(duì)其結(jié)構(gòu)和電子特征進(jìn)行了全面細(xì)致的分析，對(duì)其中形成的氫鍵進(jìn)行了歸屬。在這些生物小分子體系中，大多數(shù)較強(qiáng)的