氢键驱动的BIC/HA体系分子表面手性自组装的模拟研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ncla02
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本文采用理论模拟的方法,运用第一性原理密度泛函理论(Density functional theory,DFT)、分子力学方法(Molecular mechanics, MM)和分子动力学方法(Molecular dynamics, MD)对5-(苄氧基)-间苯二甲酸衍生物(5-(benzyloxy)-isophthalic acid derivative, BIC)与庚醇(Heptanol,HA)分子的三种同分异构体在高定向热解石墨(Highlyoriented pyrolytic graphite, HOPG)表面的自组装行为进行了研究,并通过模拟温度的调节,探寻温度对BIC/HA体系分子自组装的影响。本文首先运用密度泛函理论(DFT)对能够反映BIC/HA自组装体系化合键特征的苯甲酸/甲醇分子简化模型进行了计算,进而对DFT计算结果进行了键长和键角等相关参数的测量,对比MMFF94力场中相关键伸长项和角弯曲项的特征项力场参数,验证原始力场的合理性,并对相关参数进行拟合优化。进而运用优化后的力场(MMFF941),通过分子力学(MM)和分子动力学方法(MD)计算一组BIC/HA体系,与优化前的原始力场的分子动力学计算结果进行对比,以验证MMFF94力场的优化是否合理。进而,分别建立BIC分子与正庚醇(HA)、R型手性庚醇R-HA和S型手性庚醇S-HA构成的六种具有顺/逆时针(Closewise/Counterclockwise, CW/CCW)特征的自组装体系,分别记为HA/CW, HA/CCW, R-HA/CW, R-HA/CCW,和 S-HA/CW, S-HA/CCW,使用拟合优化力场参数后的MMFF941力场,在室温(实验温度)条件下,对以上六种体系进行分子力学优化和分子动力学模拟计算。通过几何结构、能量、氢键数目、氢键键长、氢键键角等特征性参数的定量分析,并与实验结果比照,进行氢键与手性自组装结构的形成趋势和稳定性的相关性研究。文章最后,选取在室温下能够形成稳定二维手性网格结构的HA/CW, HA/CCW, R-HA/CW和S-HA/CCW四种体系,分别设置温度为323 K、348 K和373 K。继续分别对三个温度下以上四种构型在HOPG表面自组装过程进行分子动力学模拟,通过对比和分析不同温度计算结果中体系的能量、几何构型以及氢键相关特征性参数的变化,分析温度对BIC/HA体系在HOPG表面自组装影响,并验证氢键相关特征性参数同自组装结构稳定性存在相关性的结论是否适用于其他温度的结论。
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