论文摘要
氢键在生命过程中起着非常重要的作用,是化学和生物中最常见的名词之一。氢键分为分子间氢键和分子内氢键。在理论上,分子间氢键可以利用超分子方法计算其能量。但超分子方法不能用来计算分子内氢键键能。现在,已有几种方法用来计算一些特殊体系中的分子内氢键键能,例如cis-trans方法、ortho-para方法和isodesmic reaction方法。但这些方法都不能应用于计算多肽和蛋白质体系中的N-H…O=C分子内氢键键能。本论文的主要研究任务是设计一种能够计算多肽和蛋白质体系中N-H…O=C分子内氢键键能的新方法（本论文中称为取代法）。在说明取代法的合理性后应用此方法计算α-和β-多肽结构中不同类型的N-H…O=C分子内氢键键能。论文主要内容分为如下几个方面:（1）设计一种计算多肽体系中N-H…O=C分子内氢键键能的新方法。我们用CH2基团取代多肽构象中形成N-H…O=C分子内氢键的NH基团,因此称此新方法为取代法。对一些特殊体系,使用取代法,cis-trans方法和超分子方法计算了氢键键能,取代法计算得到的氢键键能与cis-trans方法、超分子方法的计算结果相符。（2）计算α-多肽和β-多肽中N-H…O=C分子内氢键键能。详细分析了6个α-多肽构象和14个β-多肽构象中N-H…O=C分子内氢键结构特点。应用取代法估算了这20个α-和β-多肽构象中不同类型的N-H…O=C分子内氢键键能。计算结果与这些构象中N-H…O=C分子内氢键结构特点一致。本文的计算结果对深入研究α-和β-多肽构象的空间结构和稳定性有重要参考价值。（3）估算C-H…O=C分子内氢键键能。为了进一步完善我们所设计的取代法,需要估算C-H…O=C分子内氢键键能。我们从每一个含有C-H…O=C分子内氢键的结构中提取一个乙酰氨和丙醛二聚体,利用超分子方法计算C-H…O=C分子间氢键键能。同时我们也计算了C-H…O=C氢键键能在N-H…O=C分子内氢键键能中所占的比例。
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论文摘要Abstract第一章 前言1.1 研究背景1.1.1 氢键发展的历史1.1.2 氢键的本质和类型1.1.3 氢键的特点和对物质性质的影响1.1.3.1 对溶沸点的影响1.1.3.2 溶解性的影响1.1.3.3 对酸性的影响1.1.3.4 对分子结构的影响1.1.3.5 对密度的影响1.1.3.6 对粘度的影响1.1.3.7 对硬度的影响1.1.4 氢键在生物领域的重要意义1.2 研究现状1.2.1 氢键的研究方法1.2.1.1 统计研究方法1.2.1.2 实验研究法1.2.1.3 理论研究方法1.2.2 研究现状1.3 研究内容的确定第二章 理论基础和计算方法2.1 量子化学的发展简史2.2 分子轨道理论2.2.1 非相对论近似2.2.2 Born-Oppenheimer 近似2.2.3 轨道近似2.2.4 Hartree-Fock（HF）理论2.2.5 闭壳层分子的HFR 方程2.2.6 开壳层分子的HFR 方程2.3 电子相关2.4 组态相互作用（CONFIGURATION INTERACTION, CI）2.5 M?LLER-PLESSET 微扰理论2.6 密度泛函理论（DENSITY FUNCTIONAL THEORY，DFT）2.7 选择基函数的规则2.7.1 选择基函数的规则2.7.2 Gaussian 程序的内存基组及含义2.8 谐振频率的计算2.9 基组重叠误差（BSSE）2.10 自然键轨道（NATURAL BOND ORBITAL, NBO）理论2.11 分子中的原子（ATOMS IN MOLECULES, AIM）理论2.12 过渡态理论2.12.1 传统过渡态理论2.12.2 变分过渡态理论2.12.3 改进的变分过渡态理论2.13 偶合簇理论（CC）第三章 计算多肽N-H...O=C 分子内氢键的取代法3.1 计算多肽中N-H...O＝C 分子内氢键键能的取代法3.2 取代法合理性说明13.3 取代法合理性说明23.4 本章小结第四章 计算Α-多肽中的分子内氢键键能4.1 计算N-H...O=C 七元环分子内氢键键能4.1.1 结构简介4.1.2 结果讨论4.2 计算Α-多肽中N-H...O=C 十元环分子内氢键键能4.2.1 结构简介4.2.2 结果讨论4.3 本章小结第五章 计算β-多肽中N-H...O=C 分子内氢键键能5.1 结构简介5.2 计算β-二肽中N-H...O=C 八元环分子内氢键键能5.3 计算β-三肽中N-H...O=C 十二元环分子内氢键键能5.4 本章小结第六章 估算C-H…O＝C 分子内氢键键能6.1 C-H…O＝C 分子内氢键简介6.2 计算不同体系中C-H…O＝C 分子内氢键键能6.3 本章小结参考文献结论博士期间发表的论文致谢
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