羟基自由基与苯酚和1-硝基环己烯反应的量子化学研究

论文摘要

生命活动的代谢过程不断产生羟基自由基（·OH）和氮氧自由基（·NO）,适量的自由基对身体健康有一定的好处,而过量的自由基则有致病机理。在人体内羟基自由基（·OH）导致DNA和RNA的交联或氧化、诱导蛋白质和氨基酸的氧化破坏或交联以及诱导脂质过氧化物的生成,从而对细胞膜产生损伤、形成脂褐质,极大地危害人体健康。氮氧自由基（·NO）浓度持续增高,可使细胞内DNA损伤并导致基因突变和癌症。酚类是一类较好的自由基消除剂。为了理解羟基自由基（·OH）与酚类的作用机理和氮氧自由基（·NO）的产生机理,本论文采用了MP2方法对苯酚与羟基自由基的反应通道进行了研究,并且采用B3LYP方法对羟基自由基与1-硝基环己烯反应生成氮氧自由基（·NO）进行了理论研究。研究内容包括如下两个部分:（1）利用MP2/6-311G（2d,p）∥MP2/6-311G（d,p）方法对羟基自由基（·OH）与苯酚的加成、抽氢反应进行了研究。根据反应的能垒讨论了两者发生反应的主要通道。（2）采用密度泛函B3LYP/6-311+G（d,p）∥B3LYP/6-31+G（d,p）方法计算了由羟基自由基（·OH）等与1-硝基环己烯反应产生氮氧自由基（·NO）的反应通道,并通过反应的势能面剖面图讨论了该反应的主要的通道。通过对上述两个部分的系统研究,主要结论如下:（1）酚羟基的邻位的加成是主要的加成反应通道,其次为对位,最后为间位。具体的反应通道主次顺序为:C（3）位置＞C（5）位置＞C（4）位置＞c（1）位置＞C（6）位置＞C（2）位置。酚羟基的邻位C上氢的抽取反应为抽氢反应的主要通道,其次为对位,最后为间位。具体的抽氢反应通道的主次顺序为:H（8）位置＞H（10）位置＞H（7）位置＞H（13）位置＞H（11）位置＞H（9）位置。（2）羟基自由基在氮氧自由基的形成过程中起到了重要的作用,1-硝基环己烯中的双键对氮氧自由基的形成有影响,且通道2是氮氧自由基生成的主要反应通道。特别地,在通道2中,氧原子转移后并没有经过加氢等过程,而是直接就可以生成氮氧自由基。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 自由基背景知识
• 1.2.1 人体内的自由基
• 1.3 自由基的消除
• 1.3.1 自由基的捕捉
• 第2章 量子化学基本原理和计算方法
• 2.1 量子化学从头算
• 2.2 密度泛函理论
• 2.3 电子相关问题
• 2.4 电子相关能
• 2.5 组态相互作用
• 2.6 基组的选择
• 2.7 内禀反应坐标
• 2.8 过渡态理论
• 2.8.1 传统过渡态理论
• 2.8.2 变分过渡态理论
• 2.9 Lewis酸碱理论及其软硬度标度
• 2.10 前线轨道理论
• 第3章 羟基自由基与苯酚反应机理的量子化学研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 结构和稳定性
• 3.3.2 反应通道
• 3.4 结论
• 第4章 羟基自由基与1-硝基环己烯反应机理的量子化学研究
• 4.1 前言
• 4.2 计算方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 结构与稳定性
• 4.3.2 反应的通道
• 4.4 结论
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间研究成果