甲酰胺與胞嘧啶相互作用的理論研究

中圖分類號：R113 文獻標識碼：A 文章編號：1005-0515（2013）7-024-01

研究背景

分子間相互作用的研究在新藥的合成與設計、晶體工程和材料的性質的研究中也舉足輕重，其中小分子與DNA堿基的相互作用是具有代表性及研究意義的一類分子間相互作用。DFT方法是近年來比較流行的一種處理相互作用多粒子體系的量子化學似計算方法。通過對電子動能和勢能的平均化處理，借助變分法或數值方法，可以得到Schrōdinger方程的近似解，大大簡化了電子結構的計算，且不受自旋污染的影響，在經過對密度泛函理論的各種修正和擴充后，可以得到相當準確的體系各種性質。一般地， DFT的計算量約與基函數個數的3次方成正比，大體與ab initio HF SCF方法的計算量相當。可以說，它既克服了傳統的ab inito HF SCF方法難以考慮電子相關作用的缺點，又避開了CISD、CCSD（T）等方法處理較大體系耗費時間的不足。因此，DFT為研究較大的體系提供了一條可能的途徑。

甲酰胺-胞嘧啶（FC）復合物的相互作用能（ΔE）

在甲酰胺與胞嘧啶通過分子間氫鍵相互作用形成復合物時，相互作用能（ΔE）的大小直接影響所形成的復合物的穩定性。我們在單體及復合物構型優化的基礎上，對所得的四種復合物的相互作用能進行了計算。

從表中我們可以看出：在同一基組的情況下，ΔECP和ΔECP之間存在一定差異。造成這種結果的原因是：體系結構經過優化計算后，直接計算體系的能量是存在一定的誤差的，這些數據與對應的校正后的能量值是有一定的差異的。BSSE的變化范圍為1.53-2.15 kJ.mol-1，BSSE占作用能的比例為3.4-3.8%，說明了計算分子間相互作用能時進行校正是很有必要的。

對于同一基組情況下的復合物FC1，FC2，FC3，FC4比較可以發現，校正后的結合能大小排序是 FC1 > FC2 > FC3 > FC4。FC1和FC2屬于八元環的第一類復合物，FC3，FC4屬于七元環的第二類復合物。比較第一類復合物和第二類復合物可以發現其中第一類復合物的氫鍵同時為N-H…O >和N-H…N 構型或者含有這兩種中的一種構型，而第二種復合物的氫鍵同時N-H…O 和 C-H…O 構型或者C-H…O和 C-H…N，而根據原子電負性可以知道氫鍵強弱有如下順序：N-H…O > N-H…N > C-H…O > C-H…N，這與結合能穩定性關系相一致，分別從兩類復合物中取一代表舉一例子，比較其中FC1構型和FC4構型可以發現FC1構型的氫鍵只有N-H…O，FC4構型的氫鍵為C-H…O 和C-H…N對比這兩類氫鍵可以發現N原子的電負性要高于C原子，所以氫鍵的穩定性FC1要好于FC4，而通過構型可以發現FC1類的鍵角較FC4的要更接近于1800，而可以發現FC1構型復合物的結合能最高，穩定性最強，在甲酰胺和腺嘌呤形成復合物時FC1為最易于形成的構型。

結論：通過對甲酰胺與胞嘧啶的結合能分析得到其復合物穩定性關系為FC1 > FC2 > FC3 > FC4，這一關系可以粗略表征甲酰胺與腺嘌呤結合是形成化合物的最大與最小可能性關系，對我們后期的研究有一定的參考作用。