组氨酸二肽-水团簇的Ab Initio和ABEEMσπ力场的研究

使用密度泛函B3LYP/6-311++G(d,p)方法对组氨酸二肽与水团簇的结构进行优化,在MP2/aug-cc-pVDZ水平下计算了这些体系的结合能,同时考虑了基组重叠误差(BSSE)和零点能(ZPE)校正.应用ABEEMσπ浮动电荷分子力场优化了组氨酸二肽与水分子所形成的团簇结构,计算了氢键键长和氢键键角,同时计算了组氨酸二肽与1~6个水分子所形成的团簇His(H2O)n(n=1~6)的结合能,探讨了氢键的协同效应.将ABEEMσπ浮动电荷分子力场、OPLSAA和AMBER力场所得的结果与从头算方法的结果进行了比较,ABEEMσπ的结果好于OPLS-AA和AMBER力场的,可与从头算方法所得到的结果相媲美.     

HIV-1病毒中NCp7锌指区域和配体的电荷分布研究

采用B3LYP/6-311++G(d,p)方法,优化了4个锌指蛋白分子和31个模型分子的几何构型,使用HF/STO-3G计算了优化后体系的Mulliken电荷分布.使用线性回归和最小二乘法,拟合确定了ABEEMσπ参数(包括参考电荷,价态电负性和价态硬度).使用ABEEMσπ参数,计算获得了4个锌指蛋白和11个配体的电荷分布.ABEEMσπ方法所计算的电荷分布与从头计算方法的线性相关方程斜率k接近1.000,截距b接近于0.000,线性相关系数R在0.943 4以上.由此可见,ABEEMσπ方法与从头计算方法相比有很好的一致性.验证了笔者所拟合的ABEEMσπ参数是合理的和可转移的,可应用于类似体系的电荷分布的计算.     

应用ABEEM方法计算烷烃的分子能量

将分子力场中的能量项加入到原子-键电负性均衡方法(ABEEM)的能量表达式中,获得了计算烷烃分子能量的方法.选取13个简单烷烃分子CnH2n+2(n=1～6)作为模型分子,调节分子中不同类型的碳和氢原子的价态能量参数.应用这些价态能量参数计算了55个烷烃分子CnH2n+2(n=7～12)的能量.所计算的能量与用MP2/6-311+G(d,p)方法下得到的68个烷烃分子能量相比较,它们的绝对偏差在0.0004～2kcal/mol之间,相对偏差在0.0058×10-6%～9.9795×10-6%之间.也可以计算直链烷烃分子CnH2n+2(n=4～6)不同构象的分子能量和构象能,ABEEM方法可以很好的重复MP2方法的结果.验证了利用ABEEM方法计算分子能量是精确的和可靠的,参数具有一定的可转移性和一致性.另外,使用该方法能非常快速地计算分子能量.使用MP2方法计算正十二烷的能量,需要4334s,而使用ABEEM方法仅用0.1093s,计算速度比MP2方法大约快4万倍.ABEEM方法能精确和快速地计算分子能量,为计算其他分子能量,如二肽,多肽等有机生物分子提供了1种方法.     

碱基与氨基酸二肽间的氢键相互作用

对于碱基-蛋白质之间的相互作用,氢键的形成及断裂起着重要的作用.选取7种氨基酸二肽和3种碱基,以它们之间形成单根氢键的体系为研究对象,在ab initioB3LYP/6-311++G(d,p)水平下进行结构优化,MP2/6-311++G(d,p)水平下进行能量的计算.同时应用ABEEMσπ/MM方法优化结构和计算能量.通过改变氢键相互作用区域的静电相互作用参数kH-bond和形成氢键的氢原子与其受体原子的孤对电子之间距离Rlp,H来拟合函数kH-bond(Rlp,H).用所得函数对选取的复合物进行结合能计算,其结果与ab initio方法所得的结果符合的很好.     

应用ABEEM/MM模型研究异亮氨酸与水的氢键作用

应用ABEEM/MM模型构建了异亮氨酸(Isoleucine)-水相互作用的势能函数,并将其运用到异亮氨酸与水组成的二聚体的研究中.在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上,首先研究了异亮氨酸单体的几何构型,结果表明最稳定的构型是异亮氨酸的顺式结构,并用ABEEM/MM模型对其进行优化和电荷分布分析;其次研究了异亮氨酸与1个水的相互作用,通过分析氢键作用区域得到4种稳定构象,用ABEEM/MM和从头算方法计算稳定二聚体的结合能.数据表明,ABEEM/MM模型与从头算方法得到的结果有很好的一致性.     

水合碱金属离子Na＋（H2O）n和K＋（H2O）n（n=1～6）体系电荷分布的理论研究

应用量子化学方法和原子-键电负性均衡方法(ABEEM)对Na+(H2O)n和K+(H2O)n(n=1～6)体系进行研究.采用MP2/6-31++G(d,p)方法进行几何构型的优化及频率的计算,在MP2/6-311++G(2d,2p)方法下计算了能量.以HF/STO-3G所计算的体系电荷为基准,拟合确定了Na+和K+的ABEEM参数,应用其计算所得的Na+(H2O)n和K+(H2O)n(n=1～6)的电荷分布,与从头计算的结果一致.     

应用ABEEMσπ/GB-SA方法估算4个带电二肽的溶剂化自由能

采用B3LYP/6-311++G(d,p)理论水平优化获得体系的稳定几何结构.在相同的理论水平下,使用SMD溶剂模型,计算这些分子在水溶剂中的溶剂化自由能,并以其作为标准值.将各分子的稳定结构作为初始结构,在298 K、NVT系综下,应用ABEEMσπ可极化分子力场,对氨基酸侧链分子的水溶液进行分子动力学模拟,模拟的时间为1ns.平衡后的结构作为训练集,以调节和确定ABEEMσπ的相关参数,最终得到与从头计算相一致的溶剂化自由能.使用相同的参数,计算带电氨基酸二肽的溶剂化自由能,ABEEMσπ的计算结果与从头计算结果具有良好的一致性,表明该参数具有可转移性,这为研究多肽和蛋白质分子的溶剂化自由能奠定了基础.     

应用ABEEMσπ方法估算含有羟基的分子的pK_a值

使用B3LYP/6-311++G(d,p)方法,优化获得含有羟基的训练集分子的稳定几何结构,以HF/STO-3G方法所计算的Mulliken电荷为基准,采用线性回归和最小二乘法调试出ABEEMσπ方法计算电荷所需要的参数(价态电负性χ*和价态硬度η*).探讨拟合训练集分子中与羟基相连的C原子和与羟基的H原子的电荷差值与实验pK_a值的线性方程.通过该线性方程和ABEEMσπ所计算的电荷,估算出一些含有羟基测试集分子的pK_a值.这些分子包括了12个含有羟基的有机小分子;1个Tyr二肽、6个Ser二肽;质子化和中性的Trp-cage蛋白质.使用ABEEMσπ方法所估算的pK_a值与实验值很接近.因此,ABEEMσπ方法能快速估算其他含有羟基分子的pK_a值.     

应用ABEEMσπ模型快速计算分子静电势

分子静电势是量子化学的理论指标,可以用来判断分子的某些性质,尤其是分子的反应活性.由于静电势由分子本身的性质决定,不同分子在其周围空间各点产生的静电势不同,因此可以采用静电势来描述分子本身的性质.建立了一种新的快速计算分子静电势的方法,并以HF、H2O、NH3和CH4小分子为例计算了他们的静电势.其中的电荷采用原子-键电负性均衡方法σπ模型（ABEEMσπ）计算的结果,结构由MP2/6-311＋＋G（d,p）方法优化所得.基于杨等人建立的内禀特征轮廓理论,绘制了相应的分子静电势分布图.结果与从头算符合得很好,为大分子静电势的计算打下基础.     

ABEEMσπ／MM 模型下8种类型氢键的氢键拟合函数

在ABEEMσπ/MM浮动电荷模型下,为了防止电荷过度极化,提高力场的准确性,引入了氢键拟合函数klp,H(Rlp,H)在氢键相互作用区域代替总校正系数k来描述氢键相互作用.选取了8个模型小分子二聚体,通过拟合在氢键两个区域之间不同距离时从头计算结果的结合能,来拟合ABEEMσπ/MM方法下的氢键拟合函数.应用该氢键拟合函数在ABEEMσπ/MM方法下计算小分子二聚体的结合能,与从头算方法得到的结合能有很好的一致性.同时对具有同样类型氢键的其他二聚体的结合能进行了计算,与从头算结果相近,说明这些函数具有良好的可转移性.     

含锌蛋白结构的电荷分布及蛋白质片段的结构优化

在PDB数据库中选取一系列的含锌蛋白模型分子并采用B3LYP/6-31+G*方法对氢原子进行部分优化,以Mulliken电荷为基准,利用线性回归和最小二乘法进行电荷分布计算,拟合出一套适用于含锌蛋白分子电荷计算的ABEEMσπ模型电荷参数.通过测试分子的检验,说明参数具有很好的可转移性.将拟合好的电荷参数融入ABEEMσπ浮动电荷极化力场,对3个蛋白质片段进行了力场优化并与PDB结构进行对比,得到相应键长和键角的偏差并统计了均方根偏差.键长均方根偏差最大值为0.005 6nm,键角均方根偏差最大值为3.75°.从优化结果来看,ABEEMσπ浮动电荷极化力场的参数是合理的,可以应用到更大的含锌蛋白体系中.     

CH(X2Ⅱ)与NH3反应机理的量子化学研究

对CH(X2Ⅱ)自由基与NH3的反应进行了量子化学研究.分别在B3LYP/6-311++G(d,p),B3LYP/6-311++G(3df,3pd),MP2/6-311++G(d,p)和MP2/6-311++G(3df,3pd)水平优化了反应势能面上各驻点的几何结构,并在QCISD(T)/6-311++G(3df,3pd)水平上计算了各驻点的能量.通过IRC计算确认了过渡态,确定了反应的机理.     

从头算和RRKM理论研究O（1D）+trans-CH2FCH2F反应

运用MP2/6-311G(d,p)方法优化得到了O(1D)+trans-CH2FCH2F反应势能面上稳定点的优化几何构型和振动频率。精算的能量是在QCISD(T)/6-311++G(d,p)水平上得到的。RRKM(Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus)理论用来计算碰撞能在0-350 kcal/mol范围内通过中间体的微正则速率常数。计算得出,当碰撞能低于140 kcal/mol时标题反应的主要产物是HF和CH2F;碰撞能在140-350 kcal/mol时反应的主要产物是HF,CH2F和OH.在整个碰撞能范围内,HF和CH2F是主要产物。     

CH_3F与O(~3P)反应机理的量子化学研究

用量子化学从头算MP2/6-311G(d,p)方法研究了CH3F与O(3P)反应的反应机理.在QCISD(T)/6-311G(d,p)水平上精确计算了各反应物种的能量.结果表明,标题反应共存在4类反应5个反应通道,分别为抽提氢反应、抽提氟反应、消氟化氢反应和消氢反应,抽提氢反应为主反应通道.     

He-N_2碰撞体系相互作用势及微分散射截面的研究

作者运用量子化学从头计算方法,在MP2/6-311++G(3df,2p)水平下,计算了He-N2相互作用的势能表面,构造了He原子与N2分子相互作用的各向异性势函数,用密耦方法计算了He原子与N2分子碰撞的微分散射截面,计算结果与实验数据符合较好.     

锗亚胺及其相关分子的密度泛函计算研究

在B3LYP/6-311++G(d,p)、B3LYP/6-311++G(3df,2p)和B3P86/6-311++G(3df,2p)水平优化计算了锗亚按、磷杂烯、磷杂锗烯和砷杂硅烯以及标题物质子化正离子的平衡几何构型.用优化计算的平衡几何构型,在B3LYP/6-311++G(3df,2p)//B3LYP/6-311++G(3df,2p)计算了各标题物的旋转势垒.在B3LYP/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-311++G(d,p),B3LYP/6-311++G(3df,2p)//B3LYP/6-311++G(3df,2p)和B3P86/6-311++G(3df,2p)//B3P86/6-311++G(3df,2p)计算了各标题物的质子亲和能,质子化反应自由能(ΔG 298)和质子化反应的焓变(ΔH 298).计算结果表明标题物有较强的π键和负值较大的质子亲和能、ΔG 298和ΔH 298,有稳定的质子质子化正离子产物.计算的旋转势垒标表标题物分子有比较强的π键,质子化正离子的π键比对应的中性分子强.     

Be_2二聚体分子形貌的理论研究

应用MP2、HF和B3LYP/6-311++G(3df,3pd),得到了Be2二聚体在单重态和三重态下的能量与核间距、电离能与核间距的关系曲线,并分析了这3种方法对其能量、电离能变化的影响;结合分子形貌理论详细介绍了单重态下,在核间距变化的过程中电子密度的变化趋势,形象地展示了由小的核间距到平衡位置再到较远的距离,即2个Be原子完全分开形成孤立原子的过程中,边界轮廓的大小和形状随着核间距变化的动态过程.这里使用MP2/6-311++G(3df,3pd)计算了第一电离能的变化趋势.使用MELD精密从头计算中的CISD/6-311++G(3df,3pd)方法,并结合我们自编的分子形貌程序,描绘出了Be2的分子内禀特征轮廓即分子形貌并计算了Be2的内禀特征参数,得到了很好的结果.     

应用ABEEM_(σπ)模型研究非金属硼化物的电荷分布

通过大量量子化学计算,拟合确定了非金属硼化物体系模型分子的ABEEMσπ参数.将这些参数应用到ABEEMσπ模型中计算非金属硼化物模型分子的电荷分布,计算结果显示,ABEEMσπ模型计算得到的电荷分布与从头算计算的电荷分布都有很好的一致性.还计算了测试分子的电荷分布从而验证了ABEEMσπ参数的可转移性,电荷分布变化的规律是在BF3,BCl3,BBr3,BI3分子中B原子电荷逐渐减小,F,Cl,Br,I原子电荷逐渐增大.ABEEMσπ模型可以很好地应用于非金属硼化物的结构和性质的分析.     

双原子氟化物分子键长的计算

用MPn(n=2,4)方法,分别在6-31G(d)、6-31G(d,p)、6-31+(d,p)、6-31++G(d,p)、6-311G(d,p)、6-311++G(d,p)、6-311G(3df,3pd)、6-311++G(3df,3pd)基组下对十八个双原子氟化物分子的平衡几何结构进行优化,求出了它们的键长。通过与实验值比较可知,用MP2的方法进行平衡几何优化求得的双原子氟化物分子键长更可靠。     

反应CH3CN+OH→CH2CN+H2O的动力学

采用Gaussian 98从头算程序包,从理论上对反应CH3CN+OH→CH2CN+H2O的动力学进行了研究.反应物、产物和过渡态的几何优化分别在UMP2/6-311+G(d,p)和UB3LYP/6-311+G(d,p)水平下进行.用MP4(SDTQ)/6-311+G(d,p)和CCSD(T)/6-311G(3df,2p)方法对UMP2/6-311+G(d,p)优化的反应物、产物和过渡态进行了单点能校正,并计算出了反应在300～2 100 K温度范围的速率常数和谐振频率.