钴（Ⅲ）配合物与DNA的相互作用及一些含平面四配位碳原子化合物的理论研究

论文摘要

本论文主要分为两个部分。在第一部分,我们使用分子力学模拟方法研究了一些Co（Ⅲ）配合物与正常及错配序列DNA的相互作用。在第二个部分,我们使用高精度量子化学计算方法研究了一些含有平面四配位碳原子的微团簇分子存在的可能性以及它们的一些重要性质。 在第一部分中,我们针对目前Co（Ⅲ）配合物与DNA相互作用研究过程中的难点和不足（主要由于Co的一些配合物会自动消旋或者在DNA存在下发生快速的外消旋,而且这样的配合物与DNA相互作用后,各个异构体数量的不可预测性使人们单独依靠实验结果难以甚至无法准确的分析其相互作用结果）,我们采用理论与实验结果相互对照与拟合的方式研究了[Co（phen）2dpq]3+与正常序列DNA d（GTCGAC）2的相互作用,该工作解决了实验中遇到的困难,为研究类似的体系提供了一个可行的方法。需要指出的是,我们模拟工作的结果与实验结果是完美吻合的,由于模拟工作是完全独立于实验工作的结果进行的,其可靠性就得到了验证,因此用该模拟方法来研究类似体系与寡聚DNA的相互作用也是可行的。随后我们使用相同的方法又研究了[Co（phen）2dpq]3+与剪式错配DNA的相互作用、[Co（phen）2hpip]3+(快速消旋的性质与[Co（phen）2dpq]3+相同,但hpip配体自身又存在两种互变异构体,因此对它的研究更为复杂)与正常序列及含有剪式错配序列DNA的相互作用。 第一部分工作的主要结果暨创新点如下: 1、通过模拟工作结果与本课题组实验工作结果的相互结合研究发现了Co（Ⅲ）配合物[Co（phen）2dpq]3+与右手双螺旋寡聚DNA d（GTCGAC）2相互作用时会发生配合物左手异构体被富集的不寻常现象;基于模拟的能量结果,我们进一步预测,该类配合物（能发生快速外消旋）与寡聚DNA相互作用时,与DNA结合更紧密、更稳定的那个异构体会被富集。 2、对大环芳香过渡金属配合物与DNA的相互作用,人们比较关心二者相互作用过程的选择性（尤其是手性选择性）与特异性的问题及其机理。我们基于理论模拟的结果,阐明了[Co（phen）2dpq]3+和[Co（phen）2hpip]3+与正常序列及剪式错配序列DNA d（CCGAATGAGG）2相互作用时的相关

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一部分
• 第一章 综述
• 1.1 DNA分子结构的多样性
• 1.2 DNA结构探针
• 1.2.1 天然小分子作为结构探针
• 1.2.2 大环芳香配合物作为DNA结构探针
• 1.2.3 寡聚酰胺序列作为DNA结构探针
• 1.2.4 核酸链作为DNA结构探针
• 1.2.5 基于吲哚的化合物作为DNA结构探针
• 1.3 大环芳香金属配合物键合DNA的研究方法
• 1.3.1 光谱学方法
• 1.3.2 磁共振方法
• 1.3.3 硬射线方法
• 1.3.4 电化学方法
• 1.3.5 理论化学方法
• 1.4 金属配合物键合DNA研究中存在的问题及展望
• 1.5 错配核酸及其识别修复研究进展
• 1.5.1 错配理论的提出
• 1.5.2 错配碱基对简介
• 1.5.2.1 嘌呤：嘧啶配对
• 1.5.2.2 嘌呤：嘌呤配对
• 1.5.2.3 嘧啶：嘧啶配对
• 1.5.2.4 带修饰基团的碱基错配
• 1.5.3 错配碱基的热力学性质
• 1.5.4 错配碱基与客体的作用
• 1.5.5 错配核酸的识别与修复
• 1.5.5.1 识别要素
• 1.5.5.2 识别修复模型
• 1.6 已有的研究基础
• 1.7 本论文开展的工作
• 参考文献
• 第二章 分子力学理论
• 2.1 分子力学基本原理
• 2.1.1 分子力学基本假设
• 2.1.2 力场
• 2.1.3 设计力场时的一些问题
• 2.3 分子结构优化方法
• 2.3.1 能量最小化方法概述
• 2.3.2 非求导的最小化方法
• 2.3.2.1 单形方法
• 2.3.2.2 连续单变量方法
• 2.3.3 求导最小化方法
• 2.3.3.1 一阶最小化算法
• 2.3.3.2 二阶求导方法：Newton-Raphson方法
• 2.3.4 最小化方法的选择
• 2.4 分子动力学方法
• 2.4.1 分子动力学概述
• 2.4.2 分子动力学的积分算法
• 2.4.3 分子动力学计算的时间间隔
• 2.4.4 分子动力学的模拟类型
• 2.4.5 分子动力学轨迹
• 2.4.6 分子动力学计算的一般方法
• 2.5 ESFF力场介绍
• 2.5.1 函数形式
• 2.5.1.1 键伸缩能
• 2.5.1.2 键角开合能
• 2.5.1.3 扭转能
• 2.5.1.4 平面外作用能
• 2.5.1.5 静电作用能
• 2.5.1.6 范德华相互作用
• 2.5.2 原子类型
• 2.6 理论与实验的结合方式及本论文的思路
• 参考文献
• 2dpq]³⁺与正常及错配序列DNA相互作用的分子力学模拟'>第三章 [Co（phen）₂dpq]³⁺与正常及错配序列DNA相互作用的分子力学模拟
• 摘要
• 3.1 前言
• 3.2 模拟方法
• 2dpq]³⁺与B-DNA相互作用模拟及与实验结果的比较'>3.3 [Co（phen）₂dpq]³⁺与B-DNA相互作用模拟及与实验结果的比较
• 3.3.1 实验结果简介
• 3.3.1.1 一维核磁
• 3.3.1.2.二维核磁
• 3.3.2 计算结果
• 3.3.3 计算结果辅助的相关峰指认
• 3.3.4 进一步分析与讨论
• 3.3.4.1 配合物与ODN结合之后的结构
• 3.3.4.2 手性选择性
• 3.3.4.3 沟的选择性
• 3.3.4.4 氢键
• 3.3.4.5 静电相互作用
• 3.3.5 小节
• 2dpq]³⁺与错配序列DNA相互作用的分子模拟'>3.4 [Co（phen）₂dpq]³⁺与错配序列DNA相互作用的分子模拟
• 3.4.1 计算结果
• 3.4.2 分析与讨论
• 3.4.2.1 配合物与错配DNA结合体的结构
• 3.4.2.2 识别机理
• 3.4.2.3 静电作用的影响
• 3.4.2.3 修复机理
• 3.5 第三章 小节
• 参考文献
• 2hpip³⁺与正常及错配序列DNA相互作用的分子力学研究'>第四章 [Co（phen）₂hpip³⁺与正常及错配序列DNA相互作用的分子力学研究
• 摘要
• 前言
• 计算方法
• 2hpip]³⁺与正常序列DNA相互作用的分子力学研究'>4.1 [Co（phen）₂hpip]³⁺与正常序列DNA相互作用的分子力学研究
• 4.1.1 计算结果及其分析
• 4.1.2 讨论
• 4.1.2.1.相互作用后的精细结构
• 4.1.2.2 相互作用选择性和特异性
• 4.1.2.3 详细的能量分析
• 4.1.3 第一节小节
• 2hpip]³⁺与含剪式错配序列DNA相互作用的分子模拟'>4.2 [Co（phen）₂hpip]³⁺与含剪式错配序列DNA相互作用的分子模拟
• 4.2.1 计算结果及分析
• 4.2.2 配合物-DNA结合体的精细结构
• 4.2.3 配合物对剪式DNA的识别
• 4.2.3.1 选择性与特异性
• 4.2.3.2 静电相互作用的影响
• 4.2.4 配合物对剪式DNA的修复
• 4.2.4.1 基于能量的思考
• 4.2.4.2 结构分析
• 4.2.5 第二节小节
• 4.3 与在真空中模拟的识别作用比较
• 4.4 总结
• 参考文献
• 第二部分
• 第一章 综述
• 1.1 碳原子的常见成键形式
• 1.1.1 sp杂化成键
• 2杂化成键'>1.1.2 sp²杂化成键
• 3杂化成键'>1.1.3 sp³杂化成键
• 1.2 非标准立体化学环境中的碳原子
• 1.3 平面四配位和金字塔状四配位碳原子研究现状
• 1.4 不足与展望
• 1.4 本论文开展的工作
• 参考文献
• 第二章 研究方法及其理论基础
• 2.1 第一性原理与Hartree-Fock近似
• 2.2 从头计算方法（Abinitio method）
• 2.3 密度泛函方法（DFT）
• 2.4 Gaussian 03程序包简介
• 2.5 与本轮文相关的具体理论方法
• 2.5.1 结构优化和频率分析
• 2.5.2 分子轨道分析
• 2.5.3 自然键轨道分析
• 2.5.4 独立于核的化学位移
• 参考文献
• 第三章 含六个平面四配位碳原子的分子轮
• 引言
• 3.1 计算方法
• 3.2 计算结果
• 3.3 讨论
• 3.3.1 结构特征
• 3.3.2 芳香性分析
• 3.3.3 轨道分析
• 3.3.4 NBO分析
• 3.4 小节
• 参考文献
• 第四章 含多个平面四配位碳原子的氢化金属化合物
• 4.1 前言
• 4.2 计算方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 结构特征
• 4.3.2 芳香性研究
• 4.3.3 NBO分析
• 4.4 本章小节
• 参考文献
• 主要结论与展望
• 主要结论
• 展望
• 附录1：硕博连读期间发表和待发表的论文
• 附录2：代表性学术论文两篇
• 致谢
• 承诺书
• 附发表文章