帕米系列二膦酸与羟基磷灰石的作用机理研究

论文摘要

本文采用量子化学和分子动力学的策略,研究了帕米系列二膦酸药物的构效关系及其与羟基磷灰石的相互作用机理。采用密度泛函理论（DFT）下的B3LYP方法,基组选择6-31G*,应用Gaussian03软件对帕米系列二膦酸的中性及质子化结构分子进行几何构型全优化。计算得出各分子的键参数、非氢原子的Mulliken电荷布居、相关原子上的亲核Fukui指数等一系列量子化学参数,将其与抗骨重吸收药效做构效关系研究。计算得出各分子的最低空轨道能量（LUMO）、最高被占轨道能量（HOMO）、轨道能隙差（△E）、偶极矩μ以及前线轨道组成与各原子的贡献关系等参数,研究了这些参数与药物分子的抗骨重吸收性能的关系。发现质子化作用的分子结构与实验事实更吻合,膦酸基上的氧原子容易成为吸附反应活性位点,其亲核Fukui指数及对HOMO轨道的贡献与抗骨重吸收性能有很好的相关性。采用分子动力学方法,应用Material Studio软件对帕米系列二膦酸在羟基磷灰石晶体主要生长面（010）、（001）和（110）晶面上的吸附结合作用进行动态模拟。得到相应的超分子体系对关联函数、形变能、非键作用能、结合能等参数,研究其结合作用机理。结果表明,各二膦酸分子都能紧密吸附在羟基磷灰石三个晶面上,吸附结合作用以膦酸基上双键氧原子与钙离子的离子键为主,综合考虑各分子在三个晶面上的结合能,强弱排序为N4>N7>N8>N6>N9>N5>N10>N3>N2>N1>N11,结果与抗骨重吸收性能实验数据吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.1.1 二膦酸及帕米系列二膦酸药物
• 1.1.2 羟基磷灰石
• 1.1.3 二膦酸类药物的作用机理
• 1.1.4 二膦酸分子结构对药效的影响
• 1.2 计算方法简介
• 1.2.1 量子化学方法
• 1.2.1.1 从头算方法
• 1.2.1.2 密度泛函理论方法
• 1.2.1.3 半经验方法
• 1.2.2 分子动力学方法
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究思路和内容
• 2 帕米系列二膦酸构效关系的量子化学计算
• 2.1 引言
• 2.2 计算方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 分子模型构建
• 2.3.2 键参数与几何构型分析
• 2.3.2.1 键长
• 2.3.2.2 键角
• 2.3.2.3 二面角
• 2.3.3 原子电荷和抗骨重吸收性能的关系
• 2.3.4 氧原子的亲核Fukui指数和抗骨重吸收性能的关系
• 2.3.5 氮原子的亲核Fukui指数和抗骨重吸收性能的关系
• 2.4 本章小结
• 3 帕米系列二膦酸构效关系的前线轨道能量研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 前线轨道能量和抗骨重吸收性能的关系
• 3.3.2 前线轨道组成与抗骨重吸收性能的关系
• 3.4 本章小结
• 4 帕米系列二膦酸与羟基磷灰石晶面的相互作用
• 4.1 引言
• 4.2 模拟方法
• 4.3 模型构建
• 4.3.1 药物分子
• 4.3.2 羟基磷灰石
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 目标分子的最稳定构型
• 4.4.2 与羟基磷灰石（010）面的作用
• 4.4.2.1 分子动力学模拟的平衡依据
• 4.4.2.2 超分子体系的对关联函数
• 4.4.2.3 化合物在羟基磷灰石（010）晶面上的结合能
• 4.4.2.4 化合物在羟基磷灰石（010）晶面上的形变
• 4.4.3 与羟基磷灰石（001）面的作用
• 4.4.3.1 （001）晶面上超分子体系的对关联函数
• 4.4.3.2 化合物在羟基磷灰石（001）晶面上的结合能
• 4.4.3.3 化合物在羟基磷灰石（001）晶面上的形变
• 4.4.4 与羟基磷灰石（110）面的作用
• 4.4.4.1 （110）晶面上超分子体系的对关联函数
• 4.4.4.2 化合物在羟基磷灰石（110）晶面上的结合能
• 4.4.4.3 化合物在羟基磷灰石（110）晶面上的形变
• 4.4.5 修正结合能及对照分子模拟研究
• 4.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献