新型光致生物活性物质的分子内氢传递与溶剂效应

论文摘要

本论文采用量子化学方法对一种新型苝醌类光敏剂(PQP)—菌生素A(HMA)的分子内质子传递(IPT)过程进行了研究,讨论了PQP 的IPT 机理。同时对PQP及几种取代物的溶剂效应进行了系统研究,探讨了不同修饰基团对PQP 溶剂效应的影响及其规律。光敏剂的性质优劣是决定光疗效果好坏的一个重要因素。近年来的研究发现一类羟基多元芳烃化合物苝醌类光敏剂(PQP)具有良好的光致生物活性,有望成为继血卟啉类光敏剂之后的一类新型光敏药物以治疗肿瘤、爱滋病等顽症。菌生素A 是在寄生菌属真菌中发现的一种新型的苝醌类化合物,与一般的PQP 相比,HMA 分子的下端少一个双键,分子共轭体系被破坏,上下两端的IPT过程应呈现较大差异,使我们确定PQP 上下两端的IPT 过程成为可能,使得HMA成为研究PQP 的IPT 反应的理想模型。本论文选用Gaussian 98 程序包中的从头算、组态相互作用(CIS)等方法首先对HMA 的IPT 过程进行了系统的研究,讨论了PQP 的IPT 机理。然后采用Onsager自洽反应场(SCRF)模型对竹红菌乙素(HB)和naphthazarin 的IPT 溶剂效应进行了研究,探讨了不同修饰基团在溶剂中对PQP 光敏活性的影响及其规律,为新型优良光敏剂的设计合成提供了理论基础。本论文得到的主要结果如下:1、用高水平的量子化学计算和动力学方法研究了HMA 活性中心基态及激发态的IPT 反应过程,发现:由于HMA 下部的共轭结构被打破,其上、下两端单重态的IPT 势垒产生了较大的区别,下端的IPT 势垒(60.70kJ/mol)要比上端的(42.33kJ/mol)高出许多,约为18.37kJ/mol;用CIS 方法得到的单重激发态和三重激发态势能面分离,并未出现交叉,这与我们以前得到的其它PQP 的性质是不同的,说明HMA 在激发态的时候很难发生系间窜越,即不能有效提高三重态的量子产率,从而推测其光敏活性不高。2、以竹红菌乙素(HB)为模型化合物,采用Onsager 自洽反应场(SCRF)模型计算研究了极性溶剂对它及其系列模型化合物分子性质和分子内质子传递过程的影响。结果发现,HB 在极性溶剂中的IPT 势垒要比气相时低许多,所以更容易发生分子内氢传递;在极性溶剂中,HB 的IPT 反应过程中各个态的偶极矩

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要缩写词列表
• 第一章 引言
• 1.1 论文工作的背景和意义
• 1.1.1 光疗机制
• 1.1.2 光疗药物
• 1.2 研究现状与进展
• 1.2.1 PQP 的分子内质子传递
• 1.2.2 PQP 的结构修饰
• 1.3 论文的研究内容及方案
• 1.3.1 该研究领域中存在的问题
• 1.3.2 研究方案及内容
• 参考文献
• 第二章 理论基础与计算方法
• 2.1 光化学基本原理
• 2.2 分子模拟技术
• 2.2.1 量子化学
• 2.2.2 其他常用的分子模拟方法
• 参考文献
• 第三章 菌生素A 的激发态分子内氢传递
• 3.1 引言
• 3.2 计算方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 HMA 在IPT 过程中的构型参数及势垒
• 3.3.2 HMA 活性中心上下两端的IPT 势能曲线
• 3.3.3 HMA 和PQ 的HOMO、LUMO 比较
• 3.3.4 naphthazarin 的精确势能面
• 3.3.5 用CIS 方法计算得到的能量
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 溶剂效应对苝醌类光敏剂IPT 过程的影响
• 4.1 引言
• 4.2 计算方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 HB 在气相和溶剂中的分子内氢传递
• 4.3.1.1 HB 在IPT 过程中的溶剂效应
• 4.3.1.2 HB 系列模型化合物IPT 过程的溶剂效应
• 4.3.2 naphthazarin 在气相和溶剂中的分子内氢传递
• 4.3.2.1 naphthazarin 的结构
• 4.3.2.2 分子内质子传递势垒与速率常数
• 4.3.2.3 偶极矩、势垒与活性区相关参数的比较
• 4.3.2.4 取代基对溶剂效应的影响
• 4.4 结论
• 参考文献
• 附录 硕士期间发表和准备的论文及参与的研究项目
• 致谢