取代基对HF…HF氢键二聚体中氢键强度的影响开题报告

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1. 研究目的与意义

氢键的存在相当普遍，从水、醇、酚、酸、碱及胺等小分子到复杂的蛋白质等生物大分子都可形成氢键。氢键的存在直接影响分子的结构，构象、性质与功能，因此研究氢键对认识物质具有特殊的意义。

2. 国内外研究现状分析

在过去的几十年中，人们对分子间相互作用的研究得到了快速的发展。氢键相互作用作为人们所研究的最早的分子间弱相互作用，是分子间相互作用研究的一个重要组成的部分。

到目前为止，许多人致力于计算分子间氢键键能。dannenberg等曾使用b3lyp方法研究含有2-15个甲酰胺多聚体的链状分子中的氢键强度，结果表明其键能是甲酰胺二聚体中氢键键能的2倍左右，说明氢键具有很强的协同效应。scheiner等人研究多肽链之间n－ho和c－ho的氢键强度和协同效应。dixon等使用mp2/aug-cc-pvdz、mp2/aug-cc-pvtz、mp2/aug-cc-pvqz方法对甲酰胺二聚体和n-甲基乙酰胺二聚体体系中n-ho=c和c-ho=c氢键进行了研究。研究发现甲酰胺二聚体中n-ho=c的平均氢键能量为-7.1kcal/mol，而n-甲基乙酰胺二聚体中n-ho=c的平均氢键能量为-8.6kcal/mol。topol等人使用hf和b3lyp方法研究了多肽大体系中α-螺旋结构和310-螺旋结构的转换。张敏等使用mp2方法研究了氢键三聚体中nho=c氢键强度,探讨了氢键受体分子中不同取代基对nho=c氢键强度的影响。研究表明，不同取代基对氢键三聚体中nho＝c氢键强度的影响是不同的：取代基为供电子基团，氢键键长r(ho)缩短，氢键强度增强；取代基为吸电子基团，氢键键长r(ho)伸长，氢键强度减弱。自然键轨道(nbo)分析表明，nho＝c氢键强度越强,氢键中氢原子的正电荷越多，氧原子的负电荷越多，质子供体和受体分子间的电荷转移越多。供电子基团使nho＝c氢键中氧原子的孤对电子n(o)对nh的反键轨道σ*(nh)的二阶相互作用稳定化能增加，吸电子基团使这种二阶相互作用稳定化能减小。取代基对与其相近的nho=c氢键影响更大。

wang等使用b3lyp和mp2方法对蛋白质分子中反平行的、平行的β折叠结构的结合能进行了理论研究。研究结果表明：b3lyp方法计算得到的结合能要比mp2方法计算得到的结合能小。反平行的β折叠结构中，两个n-ho=c氢键形成了一个大的氢键环、一个小的氢键环，当增加一个大的氢键环时，氢键的结合能增强很多。而增加一个小的氢键环时，氢键的结合能没有发生太大的变化，这主要是因为小的氢键环中存在着二级排斥作用；对于平行的β折叠结构，氢键的结合能随着链的伸长而呈现线性递增的趋势。li等使用mp2/aug-cc-pvdz、mp2/aug-cc-pvtz方法研究了甲基对c-ho氢键强度的调节作用。研究发现甲基取代质子受体分子中的原子使c-ho氢键强度增强，而甲基取代质子供体分子中的原子使c-ho氢键强度减弱。

3. 研究的基本内容与计划

采用量子化学的MP2和DFT方法，采用6-31G(d)基组，选取不同取代基取代的(HF)2二聚体作为研究目标，理论研究其几何结构、电子结构，分板氢键成键本质，探讨不同取代基对氢键强度的影响规律，达到有效调控氢键强度的目的。所有计算采用Gaussian03软件包来完成。

4. 研究创新点

在化学和生物学中氢键是一种非常重要的弱相互作用，它在许多的生命过程中扮演着非常重要的角色。氢键在蛋白质折叠和DNA碱基对中起着非常重要的作用，因此对氢键本质以及氢键强度的研究具有重要的意义。然而，要完全十分精确地研究生物体系中的作用是一件十分困难的事，因而我们在研究的过程中往往选取一些有代表性的分子体系来进行研究，再进一步将研究的结果扩大到更大的生物体系中去。在我们的工作中我们主要选取了HFHF二聚体作为研究主体，通过研究它们的氢键二聚体，希望得到一些有用的信息，从而也为进一步研究生物大分子体系打下一定的基础。