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金属离子(Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Zn~(2+))与DNA碱基(A、T、G、C)异构体形成配合物的稳定性

作　者: 杨爱彬
导　师: 艾洪奇
学　校: 济南大学
专　业: 物理化学
关键词: 金属离子 DNA 碱基 PCM模型稳定性溶剂效应
分类号: O641.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文在B3LYP/6-311++G**水平上用PCM溶剂模型系统讨论了金属离子(M^+/²⁺=Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺)和DNA 碱基（A、T、G、C）所有异构体相互作用形成配合物共计1250种构型在气液两相中的稳定性顺序。研究表明:溶液中金属离子与DNA碱基异构体形成配合物稳定性顺序与气相中明显不同,溶剂效应对于金属离子和DNA碱基形成的配合物在液相中的稳定性顺序产生了较大影响,结合能和形变能也对配合物的稳定性起到了一定的作用,进一步分析配合物能量构成,得出影响配合物在气液两相发生变化的主要因素。金属离子与A形成的配合物:气液两相中配合物的稳定性表现出明显不同的规律。以配合物AnNa⁺为例,气相中稳定性前六位的配合物为A₂Na⁺>A₆Na⁺>A₄Na⁺>A₁Na⁺>A₉Na⁺>A₁₁Na⁺ ,液相中排在前六位的配合物为A₁Na⁺>A₂Na⁺>A₃Na⁺>A₄Na⁺>A₅Na⁺>A₆Na⁺,二价金属离子体系在气液两相中也表现出明显不同的规律。气相中影响配合物稳定性顺序的主要因素是结合能,形变能对配合物的稳定性起到了阻碍作用,但影响较小。液相中,溶剂效应在很大程度上缩小了配合物的相对自由能差值,结合能对于金属离子和腺嘌呤异构体形成的配合物的稳定性顺序起到了决定性作用,形变能对于配合物的稳定性起到了一定的贡献;液相中一价金属离子Na⁺、K+对于腺嘌呤异构体的稳定性影响基本一致,而二价金属离子Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺对于腺嘌呤异构体的稳定性影响存在较大差异,表现出各自不同的规律。由于溶剂效应的作用,液相中配合物的结合强度普遍小于气相中,因此溶剂效应降低了液相中金属离子和腺嘌呤异构体形成配合物的结合能。在气液两相中,形变能对于一价和二价金属体系稳定性的影响都较小,没有引起稳定性顺序发生实质性改变,但二价金属的形变能普遍大于一价金属体系,并且液相中的形变能普遍小于气相中的形变能,因此,溶剂效应不仅降低了配合物在液相中的结合强度,也降低了腺嘌呤异构体在液相中的形变。金属离子与T形成的配合物:气液两相配合物的稳定性顺序也发生了变化,气液相两相中金属离子（Na⁺、K+）的参与引起胸腺嘧啶异构体的稳定性顺序发生较大变化,以配合物TnNa⁺为例,气相中稳定性顺序为T₁Na⁺>T₂Na⁺>T₆Na⁺>T₄Na⁺> T₁₁Na⁺>T₃Na⁺,液相中稳定性顺序为T₁Na⁺>T₂Na⁺>T₃Na⁺>T₄Na⁺>T₅Na⁺>T₆Na⁺,二价金属离子对胸腺嘧啶异构体的稳定性影响趋于一致,并且T-Ca²⁺体系和T-Mg²⁺体系与一价金属体系的稳定性也基本一致,特别是稳定性顺序中的两端配合物基本一致,但液相中T-Zn²⁺体系稳定性顺序变化较大,这与Zn²⁺的结构有着很大关系,只有少量的胸腺嘧啶高能异构体与二价金属形成配合物后稳定性有所增加;液相中配合物的稳定性顺序与气相中相比发生了较大变化,溶剂效应是导致气液两相中配合物稳定性发生变化的主要因素。金属离子与C形成的配合物:气液两相中配合物的稳定性顺序不同,以CnNa⁺为例,气相中稳定性前五位顺序为C₁Na⁺>C₄Na⁺>C₅Na⁺>C₂Na⁺>C₃Na⁺>C₁₃Na⁺,液相中稳定性前五位顺序为C₁Na⁺>C₂Na⁺>C₃Na⁺>C₄Na⁺>C₅Na⁺>C₆Na⁺。气相中金属离子对胞嘧啶异构体的稳定性影响不同;液相中一价金属（Na⁺、K+）对于胞嘧啶异构体的稳定性影响也趋于一致,尤其是对于胞嘧啶稳定性顺序中的前5种,Na⁺、K+的影响是完全一致的。一价金属离子对液相中较稳定的胞嘧啶异构体稳定性影响较小,只是引起了局部异构体稳定顺序的颠倒,对于液相中部分高能的胞嘧啶异构体影响较大,使一些高能的胞嘧啶异构体趋于稳定如C8等。二价金属离子(Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺)对于胞嘧啶异构体稳定性的影响比一价金属明显。而且三种金属对胞嘧啶异构体的影响表现出各自不同的规律,Ca²⁺对胞嘧啶异构体稳定性影响在二价金属离子中较小,对于胞嘧啶异构体稳定性顺序中前5个异构体的稳定性整体影响不大,但使后面部分高能异构体趋于稳定。Mg²⁺对胞嘧啶异构体的稳定性影响与Ca²⁺相比有很大不同,主要表现在对于胞嘧啶高能异构体的稳定性影响上,如对于C6、C7两种异构体,Ca²⁺对于这两种异构体的稳定性贡献较大,而Mg²⁺对其稳定性贡献较小。Zn²⁺是二价金属离子中对胞嘧啶异构体稳定性影响最大的一种,Mg²⁺的加入使胞嘧啶异构体的稳定性发生较大变化,不仅是对高能的胞嘧啶异构体,如C8,还有较稳定的异构体如C1,而且五种金属离子与胞嘧啶形成的配合物在液相中最稳定构型对应的胞嘧啶异构体只有CnZn²⁺配合物对应的是C2Zn²⁺,其他的金属离子与胞嘧啶异构体在液相中形成的配合物最稳定构型对应的胞嘧啶异构体都是C1。金属离子与G形成的配合物:气液两相中配合物的稳定性顺序发生较大变化。以GnNa⁺为例,气相中稳定性前五位的顺序为G₁Na⁺>G₃Na⁺>G₂Na⁺>G₇Na⁺>G₅Na⁺ >G6Na⁺,液相中稳定性前五位的顺序为G₁Na⁺>G₃Na⁺>G₂Na⁺>G₇Na⁺>G₅Na⁺>G₆Na⁺。气相中金属离子对鸟嘌呤异构体的稳定性影响表现出不同规律,二价金属的影响大与一价金属的影响;液相中一价金属离子（Na⁺、K⁺）对于鸟嘌呤异构体的稳定性影响规律:对于稳定的鸟嘌呤异构体的影响是一致的,对于高能的鸟嘌呤异构体,两种金属离子都能使部分高能异构体趋于稳定,但作用的异构体构型不完全一致。二价金属离子(Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺)对鸟嘌呤异构体的稳定性影响表现出各自不同的规律,但Ca²⁺、Mg²⁺两种金属离子体系最稳定构型与一价金属体系的最稳定构型对应的鸟嘌呤异构体是一致的。气相中一价金属离子（Na⁺、K⁺）和二价金属离子(Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺)对鸟嘌呤异构体的稳定性影响表现出各自不同的规律,一价金属离子对鸟嘌呤异构体稳定性影响是一致的,二价金属离子对鸟嘌呤异构体的稳定性影响是一致的。但这五种金属离子与鸟嘌呤异构体形成的配合物中最稳定构型对应的鸟嘌呤异构体都是G₁。

全文目录

摘要  5-8
Abstract  8-10
第一章绪言  10-14
  1.1 概述  10-11
  1.2 方法  11-14
第二章金属离子(Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Zn~(2+))与A 异构体形成配合物的稳定性  14-26
  2.1 液相中金属离子与腺嘌呤(A)异构体形成配合物的稳定性  14-21
  2.2 气相中金属离子与腺嘌呤(A)异构体形成配合物的稳定性  21-26
第三章金属离子(Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Zn~(2+))与T 异构体形成配合物的稳定性  26-36
  3.1 液相中金属离子与(T)异构体形成配合物的稳定性  26-31
  3.2 气相中金属离子与(T)异构体形成配合物的稳定性  31-36
第四章金属离子(Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Zn~(2+))与C 异构体形成配合物的稳定性  36-46
  4.1 液相中金属离子与胞嘧啶(C)异构体形成配合物的稳定性  36-40
  4.2 气相中金属离子与胞嘧啶(C)异构体形成配合物的稳定性  40-46
第五章金属离子(Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Zn~(2+))与G 异构体形成配合物的稳定性  46-56
  5.1 液相中金属离子与鸟嘌呤(G)异构体形成配合物的稳定性  46-52
  5.2 气相中金属离子与(G)异构体形成配合物的稳定性  52-56
参考文献  56-62
致谢  62-63
附录A（攻读学位其间发表论文目录）  63

金属离子(Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Zn~(2+))与DNA碱基(A、T、G、C)异构体形成配合物的稳定性

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