核酸碱基嘧啶与钙、镁离子形成复合物的研究

论文摘要

本学位论文综述了在复合物团簇研究中常用的实验方法和利用量子力学进行分析研究常用的计算方法,详细介绍了多电子体系波函数的构造方法、从头算理论和密度泛函理论。报告了相关研究的最新进展,采用激光烧蚀的质量飞行时间方法研究了核酸碱基（B）/CaO的压沫,研究发现有复合物BCa+存在。本文选择了钙、镁的一、二价离子与核酸嘧啶分子形成的复合物为研究对象,从理论上预测了这类复合物的结构、稳定性、频率特征等性质。这些预测的结果有助于人们了解钙、镁离子如何与核酸作用及如何影响生化进程等信息;由于宏观上存在钙的一价离子复合物,研究一价钙、镁离子的复合物,可能对了解钙、镁如何从一价离子演变到二价离子有所帮助。 本文使用密度泛函理论的Becke三参数交换能泛函（B3）和Perdew-Wang关联能泛函（LYP）在6-31I+G（2df,2p）基组水平上对钙、镁一价离子与RNA嘧啶形成复合物的各种可能的构形进行了全自由度几何优化和频率分析,详细讨论了对应稳定构形的复合物离子亲和能和稳定性等性质。根据计算结果,从总能量上看,同一碱基嘧啶的各互变异构体与同一离子形成复合物的总能量存在差异,最大差异为0.03Hartree,多数差异约为0.01Hartree;从亲和能的计算结果来看,与相同的嘧啶分子形成复合物时,Mg+的亲和能普遍比Ca+的大,能量差别在0.01-0.014Hartree范围内,说明Mg+比Ca+更易于与嘧啶分子形成复合物;从计算获得的稳定构形来看,离子倾向于与嘧啶分子中的O、N原子成键,Mg+成键的键长普遍比Ca+的短。总体上,Mg+比Ca+更容易与嘧啶分子形成复合物。此外,本文还对钙、镁的一、二价离子与RNA嘧啶分子的各同分异构体形成稳定复合物进行了振动频率计算,并对比分析了钙、镁一、二价离子与相同嘧啶分子形成稳定复合物的振动情况。从计算结果上看,由于离子的作用,振动特征会发生相应的变化,主要表现在与离子直接作用的那个原子在参与环的振动时,频率和振幅都发生变化,产生这种变化的原因是由于离子与单体嘧啶分子的不同位置作用,改变了单体分子的作用力常数和质量因素,引起了振动模式的改变,改变了振动特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 团簇
• 1.2 原子团簇的研究方法
• 1.2.1 实验方法
• 1.2.2 计算方法
• 1.3 金属离子与核酸碱基团簇的从头算研究进展
• 1.4 选题
• 第二章 理论方法简介
• 2.1 多电子体系的Schrodinger方程
• 2.1.1 原子单位
• 2.1.2 Born-Oppenheimer近似
• 2.2 多电子体系的波函数
• 2.2.1 空间轨道和自旋轨道
• 2.2.2 Hartree波函数及零级波函数
• 2.2.3 Slater行列式
• 2.2.4 激发态行列式
• 2.2.5 准确的波函数及构造作用方法
• 2.2.6 自旋简并波函数的构造
• 2.3 Hartree-Fock理论
• 2.3.1 Hartree方程
• 2.3.2 Hartree-Fock方程
• 2.3.3 Koopman定理
• 2.4 密度泛函方法
• 2.4.1 密度泛函简介
• 2.4.2 Thomas—Fermi模型
• 2.4.3 Hohenberg-Kohn定理
• 2.4.4 Kohn-Sham方法
• 2.4.5 交换关联能泛函
• 第三章 实验
• 3.1 实验简述
• 3.2 质谱的质量确定方法
• +形成团簇的质谱分析'>3.3 尿嘧啶和Ca⁺形成团簇的质谱分析
• 第四章 核酸碱基嘧啶与碱土金属离子复合物的结构讨论
• 4.1 前言
• 4.2 计算方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 形成稳定复合物的能量讨论
• 4.3.2 形成稳定复合物的结构讨论
• 4.4 小结
• 第五章 核酸碱基嘧啶与碱土金属离子复合物的振动频率
• 5.1 前言
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 胞嘧啶
• 5.2.2 尿嘧啶
• 5.2.3 胸腺嘧啶
• 5.3 小结
• 现状与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文及参与的课题
• 独创性声明
• 致谢