李冬琼论文.doc

曲靖师范学院化学化工学院 2013 届本科毕业论文 1 1引言研究表明, DNA 甲基化能引起 DNA 构象、结构及性质的改变,改变 DNA 与蛋白质的相互作用,从而控制基因的表达。碱基甲基化是最早发现的一种 DNA 修饰, DN A 碱基与甲基化试剂的反应会引起 DNA 结构与性质的改变,这些改变有可能导致细胞突变、衰老甚至癌变。对 DNA 碱基与甲基化试剂反应的细节进行研究,从分子层面认识胸腺嘧啶甲基化引起的 DNA 结构、性质及其功能改变的微观机制,可揭示 DNA 甲基化致病的机理,为临床上相关疾病的治疗提供理论基础,胸腺嘧啶是甲基化试剂修饰的主要 DNA 碱基,因此,对碘甲烷与胸腺嘧啶的反应机理进行研究拥有一定意义。 2理论背景 含时和不含时薛定谔方程一个系统的状态可以用系统中粒子的坐标和时间组成波函数(态) Ψ来表示。未受干扰的量子力学系统可以用含时的薛定谔方程[1]来表示: 对于 n个粒子的系统,相应的用三维坐标表示的含时薛定谔方程为: ),, ,..... ,,(),,, ,.... ,,( ),, ,... ,,(2 111 /111 111 21 2nnn iEt nnn nnni niizyxzyxetxyxzyx EH zyxzyxVm H??????????????????H ?是哈密顿算符,是动能算符和势能算符之和。Ψ是描述体系定态的状态波函数, 它包含了体系所有的微观性质。从理论上讲,对薛定谔方程求解就可以获得任何多电子体系中电子结构和相互作用的全部描述,但是因为在多电子原子中电子间存在着复杂的瞬时相互作用,其势能函数形式比较复杂,精确求解薛定谔方程从数学的角度来看是无法实现的,所以必需采用近似的方法来求解。引入了不同的近似假设产生了不同的量子化学计算研究方法,它主要分为三类:从头算方法、半经验分子轨道法和密度泛函研究方法[2]。 从头算理论从头算(ab initio) 是狭义的第一性原理计算, 它是指不使用经验参数,只用电子质量, ),,, ,..... ,,( 111tzyxzyx Hti nnn???????????() () 李冬琼:胸腺嘧啶与碘甲烷的反应机理的理论研究 2 光速,质子中子质量等少数实验数据去做量子计算[3-4] 。 HF 自洽场理论应用三种近似的方法来解决多电子体系的薛定谔方程。― Born-Oppenheimer 近似电子的运动和核的运动分离,电子在核的相对位置固定不变的力场中运动。― Hartree-Fock 近似在多电子体系里,单个电子与其它多电子构成的场中相作用,而不是孤立的[5]。― LCAO 分子轨道可以用原子轨道线性组合而得到。 基组通常,类氢波函数因包括电子相关的修正,导致数学上计算的复杂性和过于耗时而不常被应用。实际上, Ψ(r) 波函数包括了它们被简化了的径向部分。最初的基组是斯莱特型轨道( STO ): Ψ(r)=r n-1 exp[-(Z-s) r/n] () s是屏蔽常数, Z-s 可以被当作系数ζ,由此得到高斯类型的轨道( GTO ): Ψ(r)= exp(- α r 2) () α是线性偶合的常数。它是用高斯函数近似的斯莱特轨道。斯莱特型的函数,由于其数学性质并不好,在计算多中心双电子积分时,计算量很大,因而随着量子化学理论的发展,斯莱特型基组很快就被淘汰了。高斯型函数在计算中有较好的性质,可以将三中心或四中心的双电子积分轻易转化为二中心的双电子积分,因而可以在相当程度上简化计算,但是高斯型函数与斯莱特型函数在处理双电子积分时的行为差异较大,直接使用高斯型函数构成基组会使得量子化学计算的精度下降。(1)最小基组最小基组[6] 又叫 STO-3G 基组。 STO-3G 基组用三个高斯型函数的线性组合来描述一个原子轨道,对原子轨道列出 HF 方程进行自洽场计算,以获得高斯型函数的指数和组合系数。 STO-3G 基组规模小,计算精度相对差,但是计算量最小,适合较大分子体系的计算。(2) 分裂价键基组曲靖师范学院化学化工学院 2013 届本科毕业论文 3 根据量子化学理论,基组规模越大,量化计算的精度就越高,当基组规模趋于无限大时,量化计算的结果也就逼近真实值,为了提高量子化学计算精度,需要加大基组的规模,即增加基组中基函数的数量,增大基组规模的一个方法是劈裂原子轨道,即使用多于一个基函数来表示一个原子轨道。劈裂价键基组就是应用上述方法构造的较大型基组,所谓劈裂价键就是将价层电子的原子轨道用两个或以上基函数来表示。常见的劈裂价键基组有 3-21 G、 4-21 G、 4-31 G、 6-31 G、 6-311 G等, 在这些表示中前一个数字用来表示构成内层电子原子轨道的高斯型函数数目, “-”以后