氨基酸水合及H2O，H2S，HF二聚體的氫鍵研究.pdf

1、氫鍵對材料的生物、化學及物理性質(zhì)有著非常重要的影響，因此對氫鍵的研究也一直是科學家們長期關注的熱點之一。氨基酸與水之間的相互作用形式為氫鍵，而氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單元，研究氨基酸水合的氫鍵特性可以為生物大分子與水的相互作用研究提供有力的幫助。二聚體水，二聚體硫化氫，二聚體氟化氫也是通過氫鍵形成了相應的二聚體，然而其氫鍵的振動譜識別目前尚不十分清楚。本文主要通過第一性原理計算的方法及分子動力學模擬，對氨基酸水合以及二聚體水、二聚體硫化

2、氫、二聚體氟化氫的氫鍵特性進行研究。
　　本研究分為五個部分：第一章首先介紹氫鍵的發(fā)現(xiàn)及研究背景，其次介紹了氫鍵在水、DNA與蛋白質(zhì)中的重要作用，最后提出了本論文的研究內(nèi)容。第二章對計算中所用到的理論計算方法進行了闡述。首先介紹了第一性原理計算和密度泛函理論方法。其次介紹了分子動力學模擬及由分子動力學軌跡獲得振動譜的方法。最后簡單介紹了第一性原理的分子動力學方法。第三章對甘氨酸、絲氨酸和脯氨酸與水之間的相互作用進行了第一性原理研究

3、，得到了氨基酸水合物的結構與氫鍵強弱的普適規(guī)律。主要通過對單個甘氨酸分子、單個絲氨酸分子、單個脯氨酸分子分別與單個水分子的相互作用形成的二聚體復合物進行了基態(tài)結構、結合能的計算及bader電荷分析，總結出了氨基酸水合物的不同氫鍵結構與氫鍵強弱的普適規(guī)律。如在三種氨基酸水合物中最穩(wěn)定結構是類似的，都為雙氫鍵環(huán)狀結構，水分子中的氧與羧基上的氫形成氫鍵，同時水分子中的氫與羰基上的氧形成氫鍵。該規(guī)律也可適用于其它氨基酸水合體系。第四章對(H2O

4、)2、(H2S)2、(HF)2三種二聚體進行了氫鍵振動譜的研究。首先對三種體系分別進行了第一性原理的分子動力學計算，并由分子動力學軌跡獲得振動譜，其計算的振動譜與已報道的實驗結果吻合。其次，通過比較單體分子與二聚體分子振動峰位，發(fā)現(xiàn)由于二聚體受到氫鍵的影響，導致拉伸振動的峰位發(fā)生明顯左移。最后，通過對(H2O)2，(H2S)2，(HF)2三種氫鍵強度的比較分析，發(fā)現(xiàn)二聚體中氫鍵的強度越大，則導致對稱拉伸振動與非對稱拉伸振動峰位的左移程度