三种核酸碱基化合物密度泛函理论研究.pdf

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1、化工设计通讯研究与开发第42卷第11期ChemicalEngineeringDesignCommunicationsResearchandDevelopment2016年11月三种核酸碱基化合物密度泛函理论研究赵威（营口理工学院化学与材料工程系，辽宁营口115004）摘　要：运用量子化学密度泛函理论计算了3种核酸碱基化合物胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶的几何构型、电子结构，运用含时密度泛函计算了3种化合物的电子光谱性质。研究结果表明：胸腺嘧啶化合物结构最稳定，胞嘧啶最大吸收波长红移最明显。关键词：密度泛函；核酸碱基；胞嘧啶；红移中图分类

2、号：0643文献标志码：A文章编号：1003–6490（2016）11–0061–01DensityFunctionalTheoryStudyonThreeKindsofNucleicAcidbaseCompoundsZhaoWeiAbstract：Inthispaper，byusingquantumchemicalDFTtheoryofthreekindsofnucleicacidbasecompoundcytosine，thymineanduracilgeometry，electronicstructureandelectro

3、nicspectrumpropertiesofthreecompoundswerecalculatedbyusingtime-dependentdensityfunctionaltheory，theresultsofthestudyshowthatthemoststablestructureofcomplexesofthymine，cytosinebathochromicshiftinthemaximumabsorptionwavelengthismostobvious.Keywords：DFT；Nucleicacid；cytos

4、ine；red-shift1引言显示胸腺嘧啶能量最低-454.021037a.u，胞嘧啶的能量最高核酸碱基主要是指嘌呤和嘧啶的衍生物，是核酸、核苷、为-394.829246a.u，尿嘧啶的能量-414.728608a.u，介于两者核苷酸的成分。构成核酸的碱基有胞嘧啶、胸腺嘧啶、鸟嘧啶、之间。腺嘌呤和鸟嘌呤，胞嘧啶，学名为2-羰基-4-氨基嘧啶，分子（2）三种核酸碱基化合物的振动频率和强度。三种化合式为C4H5N3O。核酸（DNA和RNA）中的主要碱基组成成分物的结构优化得到的振动频率和振荡强度数据见表2。之一。胸腺嘧啶是DNA的主

5、要嘧啶碱，在RNA中极少见；表2三种核酸碱基化合物振动频率和振荡强度相反，尿嘧啶是RNA的主要嘧啶碱，在DNA中则是稀有的。-1-1Structures振动频率/cm振荡强度/（km·mol）目前对核酸碱基化合物的设计研究的文献很多，研究表明天B1138.1361.6013然碱基化合物基本都不具有荧光活性，但是可以对这类化合X1111.9590.0011物用碱基修饰来寻找具有高荧光活性的化合物，比如引入芳N1148.4560.3688[1]香环等。本文运用量子化学密度泛函理论计算了3种核酸碱-1基化合物胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶的几

6、何构型、电子结构，频率计算结果表明，胞嘧啶的振动频率138.136cm，振-1运用含时密度泛函计算了三种化合物的电子光谱性质。3种核荡强度1.6013km/mol，胸腺嘧啶的振动频率119.959cm，振-1酸碱基化合物的结构图见图1。荡强度0.0011km/mol，尿嘧啶的振动频率148.456cm，振荡M强度0.3688km/mol，三种化合物的振动频率，最小频率都为LFLAF正值，没有出现虚频，进一步证明这三种化合物稳定的存在。1LM（3）三种核酸碱基化合物化合物的跃迁轨道、成分、最LLF0LLMMFMF大吸收波长（λ）、振

7、子强度（f）和主要跃迁类型见表3。ᑉٓ὇@/Ὀᑛᒌٓ὇V/Ὀࡋٓ὇L/Ὀ表3三种核酸碱基化合物的跃迁轨道、成分、最大图1三种核酸碱基化合物的结构图吸收波长（λ）、振子强度（f）和主要跃迁类型2计算方法StructuresTransitionComposition/%λab/nmfTransitionfeature运用Guassian-03W量子化学程序包中的密度泛函（DFT）B1H-L65.31266.230.044π-π*[2]理论，在B3LYP/6-31G*水平上，对（图1）进行全自由度X1H-1-L67.34260.790.

8、001π-π*几何优化，频率计算。然后对三种化合物的基态优化构型为N1H-1-L67.70263.400.001π-π*[3]基础，应用含时密度泛函理论TD-DFT，在B3LYP/6-31G（d，p）水平上，计算了三种化合物在气相中的电子吸收光谱。