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含氟有机手性小分子手性识别作用的理论研究

作　者: 高红梅
导　师: 张桂秋
学　校: 山东师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 手性识别 2-氟环氧乙烷过氧化氢 2-羟甲基环氧乙烷氟乙醇
分类号: O641.121
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

手性分子间的手性识别作用在生命科学和不对称有机合成等领域有着重要的应用。分子水平上的手性识别机理研究将为实验上的药物合成和药物性质分析等方面提供理论指导。氟原子的引入能够赋予手性分子独特而有利的生理化学性质,从而改变其药理学性质。然而,目前对于较大生物体系的深入研究还有一定的挑战。因此,基于含氟有机手性小分子的手性识别作用的理论研究具有重要的意义。本论文利用微扰MP方法,从理论上研究了含氟有机手性小分子的手性识别作用,并用自然键轨道理论(NBO)研究了轨道相互作用能进而讨论复合物的稳定性。本论文主要工作及结论如下:(1)用二级微扰理论MP2方法对手性分子2-氟环氧乙烷与过氧化氢间的手性识别作用进行了理论研究,并将结果与Xu et al.研究体系2-甲基环氧乙烷与过氧化氢以及我们课题组先前研究体系2-羟甲基环氧乙烷与过氧化氢间的手性识别作用结果进行了比较。和预想一致,对过氧化氢的手性识别能力,2-氟环氧乙烷大于2-甲基环氧乙烷但小于2-羟甲基环氧乙烷。出乎意料的是,2-氟环氧乙烷与过氧化氢形成的四个复合物结构中氟原子没有参与形成氢键。我们用Leutwyler使用的理论和方法研究了2-氟环氧乙烷与过氧化氢间的手性识别机理,并与体系2-甲基环氧乙烷、2-羟甲基环氧乙烷与过氧化氢间的手性识别机理进行了初步讨论,结果发现这三个体系间的手性识别机理是不同的。2-氟环氧乙烷与过氧化间的手性识别驱动力是氢键和静电相互作用;2-羟甲基环氧乙烷与过氧化氢间的手性识别驱动力是主要氢键;2-甲基环氧乙烷与过氧化氢间的手性识别驱动力是次级氢键和空间位阻作用。最后,为了对将来的光谱分析做出理论指导,我们还进行了有关振动频率、红外强度、转动常数和偶极矩的计算。(2)我们还扩展了先前的2-羟甲基环氧乙烷与过氧化氢研究系列,研究了2-羟甲基环氧乙烷分子与氟乙醇间的手性识别作用。2-羟甲基环氧乙烷分子与氟乙醇作用形成的18个氢键复合物中,只有9个氢键复合物中氟原子参与形成了C-F···H-C键,严格来说C-F···H-C不可认为形成的是氢键,因F···H间的距离大于2.5 ?,约等于F和H的范德华半径之和,其强度与范德华力近似。本论文中仍把形成的C-F···H-C键看作是强度较弱的次级氢键。为了进一步全面系统分析氟原子的作用,我们还对2-羟甲基环氧乙烷分子与乙醇间的手性识别作用进行了计算,结果表明在乙醇分子中引入氟原子,使分子间作用点增加,形成的复合物结构增多,作用强度也有所增强。结合这三个体系的理论计算结果,我们可以初步得到结论,由于氟原子具有大的电负性和小的极化性,氟原子并不是好的氢键接受体,但氟原子的引入可能给手性分子带来生物效应上的微妙变化,如增强受体与配体间的相互作用,进而可能显著改变手性分子本身的药理学特性。

含氟有机手性小分子手性识别作用的理论研究

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