甘氨酸…co复合物结构和性质的理论研究

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1、甘氨酸…CO复合物结构和性质的理论研究：用密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311+G*基组水平上对能量较小的三种甘氨酸构象分别与CO形成的复合物进行了理论计算，得到了11个能量稳定的复合物。其结合方式是CO的C或O原子与甘氨酸的N—H键或O—H键形成氢键，最稳定构型的结合能为-5.68kJ·mol-1。CO的C原子与甘氨酸的结合具有更强的优势，C原子结合的复合物中CO的键长缩短，而O原子结合的复合物中CO的键长伸长。　　关键词：密度泛函理论（DFT）；B3LYP；分子间复合物；甘氨酸；一氧化碳　　　　一、引言　　一氧化碳（CO）是重要的生物分

2、子，由于发现其具有与NO类似的生物功能也被称为气体信使分子[1，2]。CO本身具有孤对电子，可以与过渡金属、生物分子形成分子间复合物，从而对过渡金属的配合物、呼吸蛋白以及某些生物过程产生重要的影响[3，4]。　　分子间结合的作用力是非常弱的，用实验的方法难以测定。因此，用量子化学来研究分子间的弱相互作用无疑是有益的。张士国等人用密度泛函理论在B3LYP/6-311＋G*水平上对胞嘧啶…CO复合物体系进行了理论计算与研究[5]。至今尚未发现关于甘氨酸和CO作用的研究报道。所以本文以甘氨酸为研究对象，研究CO与甘氨酸之间的相互作用。　　二、计算方法　　优

3、化得到了各个构型的主要结构参数，本文所有计算使用Gaussion03程序进行。为得到甘氨酸和CO复合物的合理构型，首先对甘氨酸和CO的单体，在B3LYP/6-311+G*水平上进行了全优化，计算得到了13种甘氨酸的稳定构象，本文选择了其中相对最稳定的三种构象，示于图1（G1，G2和G3)。然后设置了此三种构象分别和CO可能形成的复合物的所有初始构型，在B3LYP/6-311+G*水平上，没加任何限制，对初始构型进行了全优化。在进行振动分析后，确认是能量极小点的基础上，又对优化好的稳定构型在较大基组水平进行了B3LYP方法和MP2方法下的单点能量计算。

4、考虑到零点能（ZPE）校正和基组重叠误差（BSSE）校正，计算了各复合物的结合能。　　三、结果与讨论　　所选择的三种甘氨酸稳定构象中，G1是最稳定的，这与孙玉希等人的研究结果是完全一致的[6]。通过仔细分析甘氨酸三种构象和CO构象的活性位置，设计了所有可能存在的复合物的初始构型，在B3LYP/6-311＋G*水平上没加任何限制地进行了全优化，并做了振动分析，结果找到了11个能量极小的构型。得到的构型中，CO跟G1形成的复合物有3个，跟G2形成的复合物有4个，跟G3形成的复合物有4个。与G1形成的3个复合物分别是：G1-a，G1-b，G1-c；与G2形

5、成的4个复合物分别是：G2-a，G2-b，G2-c，G2-d；与G3形成的4个复合物分别是G3-a，G3-b，G3-c，G3-d。通过多次计算，没有找到G3的氨基氢与一氧化碳的碳端形成的稳定构型。　　各复合体的结合能由图3和图4示出。　　（一）复合物的几何构型　　甘氨酸与CO的结合主要是靠甘氨酸羧基上的O-H键或氨基上的N-H键与CO的C原子或O原子形成分子间氢键实现的；但也有特殊，是依赖于氨基上N原子的孤对电子与CO的反键轨道之间的相互作用。总的来看，复合物中的甘氨酸和CO的结构参数与其单体相比基本没发生变化。受CO的影响，与O原子有关的键长变化比

6、较明显，变化幅度不大于0.5pm。对于CO部分，C11-O12键长的变化分两种情况，当C原子与甘氨酸形成氢键时，CO的键长与其单体相比是缩短的，缩短幅度在0.3pm以内；当O原子与甘氨酸形成氢键时，CO的键长与其单体相比有所增长，但增长的幅度较小，在0.2pm以内，这是因为CO分子存在一个配位键，其中O提供一对孤对电子，C提供1个空轨道，总体是由O向C转移电子，当C提供孤对电子与甘氨酸成键时，加强了O向C的电子转移，因而使C与O的结合增强，键长缩短；但当O提供电子对时，恰恰相反，使C-O键弱化，所以键长增长。　　（二）复合物的结合能与稳定性分析　　在

7、B3LYP/6-311＋G*水平优化的基础上，先算了复合物的结合能，优化得到的结合能用ΔE表示(ΔE=E-Eco-Egly，E表示复合物的能量，Eco表示CO的能量，Egly表示甘氨酸的能量)；经零点能校正的结合能用ΔEZ表示(ΔEZ=ΔE+EZ()-EZ(co)-EZ(gly)，EZ()表示复合物的零点能，EZ(co)表示CO的零点能，EZ(gly)表示甘氨酸的零点能)；又做了BSSE校正，校正的结合能用ΔEB表示，　　图1优化得到的甘氨酸的构型　　Figure1Theoptimizedgeometriesofglycineisomers　　图2B

8、3LYP/6-311+G*下甘氨酸…CO复合物的结合能　　Figure２Bindingenergiesofi