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磷作为生物体内的必要元素之一,其相关研究涉及化学、生物等各个领域。有机磷化合物参与了许多重要的生物体内生化反应,对相关反应分子机制的研究具有十分重要的生物学意义。本论文利用理论计算的方法,分别针对高压对磷活化氨基酸成肽反应的影响、蛋白激酶磷酸根转移以及钌(Ⅱ)催化的磷酰基导向邻位选择C-H活化反应,以上三种磷参与的反应分子机制进行了系统研究,为更好地理解相关反应的本质提供理论支持。具体来讲,包括以下三方面内容:一、现代生命起源学说普遍认为生命来源于原始海洋,其中小分子合成大分子是重要的阶段之一,氨基酸在水溶液中的缩合反应是一个较为困难的过程,而海底热液系统所具有的高温、高压特性对于促进生化反应有很大的作用。我们通过实验和理论相结合的方法讨论了氨基酸在不同压力、温度下的成肽过程,同时以苯丙氨酸和甘氨酸为例,通过理论计算研究二肽的具体形成机制,对苯丙氨酸成肽产率较甘氨酸低,而其受高温高压影响更大等问题给出合理的理论解释。二、现有的生物信息学研究成果表明,P-N键和P-O键均存在于蛋白激酶的磷酸根转移过程当中,据此我们提出了三步完成的“排球机理”这一种新机制假设,即整个过程经过P-N中间体、P-O中间体、磷酰基转移三个步骤。该机理与目前世界上普遍认为的“乒乓机理”不同,过程中包含了碱性氨基酸参与反应的P-N重要中间体的形成。本论文以丝氨酸蛋白激酶PKA为研究对象,采用现代量子计算方法对其磷酸根转移的“排球机理”进行验证,相关数据进一步支持了 P-N中间体形成的客观性。三、运用DFT计算方法,对最近报道的两个钌(Ⅱ)催化的磷酰基导向邻位选择C-H活化反应进行了理论探究。计算结果说明,基于(R2P(O)和RP(O)OH)的磷酰基不同特性,可以以不同的反应历程,合成两种不同的产物。对R2P(O)来说,整个催化循环包括三个步骤:C-H活化,炔烃插入和质子化。钌中心的氧化态在这里没有发生改变。而在RP(O)OH体系中,整个催化循环包括四个步骤:C-H活化、炔烃插入、还原消除和催化循环。RP(O)OH中的羟基引发了Ru(Ⅱ)/Ru(O)催化循环。另外,发现大部分的步骤更倾向于带正电的中间体和过渡态,这与实验中添加剂AgSbF6和KPF6能够有效提高产率的结论一致。