藥物分子插層鋅鋁類水滑石水合性質及層板構筑的理論研究.pdf

1、本文通過MaterialStudio計算模擬軟件,一方面利用分子動力學模擬方法針對藥物分子組氨酸及卡托普利插層鋅鋁類水滑石的超分子結構及水合膨脹性質等進行了計算分析,另一方面,利用密度泛函理論方法針對鎳銅鋁及鎳鎂鋁三元類水滑石的層板精細結構及穩(wěn)定性等進行了詳細的分析探討。
　　 組氨酸插層鋅鋁水滑石的分子動力學模擬結果表明,隨著層間水含量的升高,體系的層間距dc呈線性增加,且在水合狀態(tài)Nw為2-3時,dc值與實驗表征結果相一致,

2、說明模擬結果可信;由計算所得的氫鍵統(tǒng)計規(guī)律分析得到體系的水合歷程為:水分子優(yōu)先與層板作用并逐漸在層板附近堆積而將陰離子和層板隔離,最終在陰離子和層板間形成水分子層;計算所得的水合能隨著水分子的增加而逐漸升高并最終趨于平衡,且平衡值仍低于體相水的勢能,說明體系在高水含量的環(huán)境中仍能持續(xù)吸水,但難度越來越大。組氨酸之所以釋放緩慢且飽和釋放值僅為60％,可能與體系較低的平衡水合能及氫鍵形成規(guī)律有關。
　　 卡托普利插層鋅鋁水滑石的分子

3、動力學模擬結果表明:隨著層間水含量的升高,層間距dc呈線性增加,擬合方程為dc=0.084.Nw+1.498(O≤Nw≤16,r2=0.996)。當水含量Nw為5-6時,dc值與實驗表征結果相吻合,說明體系的實際水含量較低。由計算所得的氫鍵統(tǒng)計規(guī)律分析體系的水合歷程為:水分子首先銜接陰離子和層板,然后逐漸將陰離子和層板分隔,最后在層板與陰離子之間排布成層,與組氨酸插層體系的模擬結果一致;水合能逐漸升高并逐漸趨于平衡,但平衡值仍低于體相水

4、的勢能,說明體系在高水含量的環(huán)境中仍能持續(xù)吸水。卡托普利的緩釋歷程可通過其水合性質來解釋,其之所以釋放緩慢且飽和釋放值為72%,與體系平衡水合能和氫鍵形成規(guī)律有關:平衡水合能與體相水的勢能值越接近,層間藥物分子的緩釋效果將越明顯。
　　 鎳銅鋁類水滑石超分子結構及性質的密度泛函理論研究結果表明:隨著層板中的銅離子逐漸被鎳離子取代,主客體結合能的絕對值逐漸增加,且晶胞畸變角逐漸降低,表明鎳的引入能夠提高體系的結構穩(wěn)定性及晶胞對稱性

5、。體系中的電子由羥基逐漸向金屬陽離子及陰離子傳遞,結果使主客體的帶電量均增加,體系的靜電作用力增加。與此同時,電子傳遞行為使銅離子及鎳離子的價電子組態(tài)均發(fā)生了變化并逐漸偏離其理想狀態(tài)。所以,隨著鎳離子的引入,銅氧八面體及鎳氧八面體的畸變程度均得到了有效減弱:八面體結構中四條M-O短鍵變長,而兩條M-O長鍵變短,即體系的M-O鍵鍵長逐漸趨于平均化。這有利于各八面體共用棱邊而形成穩(wěn)定結構,從本質上解釋了為什么鎳的引入能夠增加體系的穩(wěn)定性,同

6、時也可以推斷M-O鍵的鍵長大小以及金屬離子的電子組態(tài)對水滑石層板的形成具有重要影響,且O-M-O八面體配位角的變形是為了配合M-O鍵鍵長的變化。
　　 鎳鎂鋁類水滑石超分子結構及性質的密度泛函理論研究結果表明:隨著鎳離子逐漸取代鎂離子,金屬離子之間的平均距離逐漸減小,層間距逐漸增大,與實驗結果一致。與此同時,電子逐漸從主體層板向客體陰離子傳遞,導致主客體之間的靜電作用力及超分子作用力逐漸增強,結合能的絕對值逐漸增大,體系的穩(wěn)定性