氨基酸分子的分子形貌理论研究_巩锐

氨基酸分子的分子形貌理论研究
作 者 : 巩锐
学位授予单位 : 辽宁师范大学
学位名称 : 硕士
导师姓名 : 杨忠志
学位年度 : 2018
关键词 : 氨基酸；Dpb的半经验计算方法；分子形貌；单电子作用势；内禀特征参数
摘 要 : 分子形貌理论（MFT）既能展示分子的形状、大小与电子密度,还能指明分子间相互作用的位点。但该理论在计算过程中需要计算大量复杂的分子积分项,因此不适用于大分子体系的研究。本文在分子形貌理论的基础上,发展了快速预测单电子作用势势垒——Dpb与半经验描绘分子形貌的方法,通过对非解离状态、两性离子状态下20种氨基酸分子的研究,验证了新方法不仅可以大幅缩短计算时间而且具有非常高的精确性。具体的研究内容如下:（1）以水分子为例,我们推导出了快速预测Dpb的半经验表达式。作为应用,在MP2/6-311++G（d,p）理论水平下,分别对非解离状态与两性离子状态下的氨基酸分子体系,用精密从头算与半经验方法进行了Dpb的计算。结果表明,新方法与从头计算得到的Dpb平均相对误差仅为0.236‰。根据Dpb值越大,化学键越强的规律可知,在氨基酸分子中,总是优先解离α-COOH,其次是α-NH2,然后是N-H,最后是C=O,也就是说,羧基的活泼性强于氨基,该结论与其他学者的研究结果一致。（2）我们根据点电荷模型建立了一种快速构建分子形貌的半经验方法。为了检验该方法的准确性,我们以20种非解离状态与两性离子状态的氨基酸分子体系作为研究对象,分别用从头算与半经验方法构建了各分子的分子形貌,并计算了各分子的体积与表面积、沿化学键方向的边界距离与其相应的电子密度等内禀特征参数。经过对比,我们发现,半经验方法下的分子形貌轮廓与从头算结果相似度很高,体积与表面积的平均相对误差约为8.741%和3.687%,而且沿化学键方向到形貌边界的水平距离、边界附近的电子密度与从头算结果十分接近。分子形貌图可以直观地指示反应的活性区域,为研究氨基酸分子的相关性质奠定了基础。本文利用原始从头计算方法与新发展的快速预测Dpb和半经验描绘分子形貌的方法,首次描绘了20种氨基酸在不同状态下的分子形貌,并对其相关性质进行了研究,为日后研究生物大分子体系反应活性等相关性质提供了一条新思路。

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