2,6-二巯基嘌呤互变异构体热力学性质与动力学过程的理论研究

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嘌呤及其硫代衍生物存在于许多生物体系中,大量的实验结果表明,这些衍生物能与致癌物质发生反应,是一种良好的抗癌试剂,在临床医学上有着非常重要的意义。这些衍生物活性分子在生物体中存在着互变异构现象,不同的异构体有不同的生物活性,这些异构体的相对稳定性和异构体之间的相互转变对其性质具有重要的影响。因此,本研究论文将对生物活性分子2,6-二巯基嘌呤互变异构体的热力学性质和动力学过程进行了系统的理论研究。研究内容分如下三个部分: (1) 利用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-311 G(d,p)方法,水相计算采用自洽反应场(SCRF)中的Onsager模型,对气相和水相中可能存在的13种2,6-二巯基嘌呤互变异构体分别进行了结构优化,并计算了各异构体的热力学参数、偶极矩及原子净电荷。计算结果表明,不论是气相还是水相,二硫酮DTP(1,3,7)是最稳定的构型。溶剂化效应使各异构体的稳定性均增强,偶极矩大的溶质分子其稳定性显著增大,而且溶剂化吉布斯自由能与异构体在两相中偶极矩之差存在相关性。在水相中二硫酮DTP(1,3,7)与致癌物BPDE进行亲核取代反应时,二硫酮DTP(1,3,7)中的S10原子优先进攻亲电试剂BPDE。 (2) 采用密度泛函B3LYP/6-311+G(d,p)方法对标题化合物质子转移引起的硫醇式与硫酮式互变异构反应进行了计算研究,获得了互变异构过程的反应焓、活化能、活化吉布斯自由能和质子转移反应的速率常数等性质。计算结果表明,2,6-二巯基嘌呤无论是孤立分子还是一水合物,其二硫酮式DTP(1,3,7)是最稳定异构体。由二硫酮式通过分子内质子转移向二硫醇式异构化共有6条反应通道,其主通道(1)速控步骤的活化能为139.1 kJ·mol-1,速率常数为2.16×10-12S-1;当水分子参与反应以双质子转移机理异构化时,活化能显著降低,有利于硫酮式向硫醇式转变,其主通道(7)速控步骤的活化能为61.3 kJ·mol-1,速率常数为1.33×101S-1。计算结果还表明,氢键作用在增大2,6-二巯基嘌呤氢键一水合物稳定性、降低质子转移异构化反应活化能等方面起着重要的作用。 (3) 利用密度泛函理论B3LYP/6-311+G(d,p)方法,对两种能量较接近的二硫酮式DTP(1,3,7)和DTP(1,3,9)互变异构过程进行了理论计算,获得了零点能、总能量和吉布斯自由能等热力学数据,再通过内禀反应坐标(IRC)对所有过渡态构形加以确认。计算结果显示,可能的反应通道有3个,分别标记为P(1)、P(2)和P(3)。在分子内质子转移时,共有10种异构体和11个过渡态,主反应通道为P(2),
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