胞嘧啶与小分子弱相互作用机制的理论研究

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本文主要是运用从头算(Ab initio)方法的MP2方法和密度泛函(DFT)方法的B3LYP方法,选用6-311++G(d, p)和Lanz2dz基组对胞嘧啶分子、呋喃分子和BX3(X=F, Cl, Br, I)之间相互作用进行系统的理论研究。从微观的角度对分子间弱相互作用的机理进行系统的分析讨论。通过计算,胞嘧啶与BX3(X=F, Cl, Br, I)可以形成稳定的相互作用体系,得到势能面上对应的最小值的稳定构型。结果显示,胞嘧啶和BX3之间的作用形式都为σ-р式。均为胞嘧啶上的N、O或者氨基N原子提供孤对电子到B的空р轨道,同时,电荷从胞嘧啶分子转移到BX3分子。在此体系中,胞嘧啶和BF3的作用体系是最稳定的,其顺序为胞嘧啶-BF3>胞嘧啶-BCl3>胞嘧啶-BBr3>胞嘧啶-BI3。胞嘧啶同呋喃分子之间的相互作用,本质上也是由于电子的转移而产生的。通过AIM理论分析,氢键在我们所研究的体系的稳定性中起到非常重要的作用。通过NBO价键理论分析,双氢键体系B为最稳定的,电荷主要是由作为给体轨道的呋喃分子上氧原子的孤对电子,转移到作为受体轨道的胞嘧啶分子的C16-H21上。同样道理,我们还研究了呋喃/噻吩与BX3(X=H,F,Cl)相互作用体系,由于电荷的转移而形成稳定的复合物体系。通过结合能的比较和NBO理论分析呋喃-BX3(X=H、F)的稳定性大于噻吩-BX3(X=H、F)的稳定性。总体上看,给体-受体之间的电荷转移相互作用对于维持相互作用体系的稳定性起到了重要作用;NBO理论分析结果也说明在相互作用体系中,电子给体轨道与电子受体轨道之间的相互作用(即电荷转移相互作用)对于维持相互作用体系的稳定都起着非常重要的作用;但是电荷转移相互作用不能完全决定相互作用体系的稳定性。
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