利用含時長程修正密度泛函理論研究DNA分子中的堿基、堿基對的激發(fā)態(tài).pdf

1、本論文的主要內(nèi)容涉及利用含時密度泛函理論計算DNA分子中的堿基和堿基對的激發(fā)能、激發(fā)態(tài)的能級順序和性質(zhì)。由于核酸中的堿基含有共軛雙鍵，DNA分子中的核酸在240～290 nm的紫外波段有強烈的吸收，這些紫外線對DNA分子有嚴重的損害。所以研究DNA-核酸-堿基的光化學性質(zhì)使其免受損害已成為化學和生命科學中的一個熱點科題。
　　 但由于DNA-核酸-堿基具有較大的分子尺度和弱的分子間相互作用，理論研究它們的光化學性質(zhì)具有較大的挑戰(zhàn)

2、性，原因是研究分子光化學性質(zhì)需要高精度的電子結(jié)構(gòu)理論。高精度的的從頭算量子化學方法由于需要較大的計算資源，只能用于描述中、小分子，而難以用來模擬這類復雜體系。近年來，由于密度泛函理論(DFT)在描述電子基態(tài)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)方面的成功度，和它要求較低的計算資源，它因此成為研究大分子電子結(jié)構(gòu)的重要手段。但是研究發(fā)現(xiàn)由于現(xiàn)有的交換相關(guān)泛函不能正確描述交換相關(guān)勢的漸進性行為，導致DFT不能很好地描述分子間長程電荷轉(zhuǎn)移，擴展共軛π電子體系的動態(tài)激發(fā)率和

3、分子間的弱相互作用等有關(guān)問題?；诜蔷钟虻腍artree-Fock(HF)交換勢表現(xiàn)出的良好漸進性行為，所以人們把庫侖算符分為長程部分和短程部分。在長程部分引入了100％的HF交換。這就是長程修正的密度泛函理論(LRC-DFT)。在這種修正下使得密度泛函理論處理上述問題時得到了解決。許多理論計算已經(jīng)證明了這種理論的正確性。
　　 本論文就是采用了TD-LRC-DFT計算堿基和堿基對在三種不同的情況下(氣相、溶劑化和與水分子形成團

4、簇)的激發(fā)能，能級態(tài)順序和激發(fā)態(tài)特性。我們用LRC-ωPBEh泛函計算得到的堿基的低能激發(fā)態(tài)的能級差和能級順序與實驗值和其它高精度的從頭算量化方法計算出的結(jié)果一致，特別是溶劑化后的結(jié)果與實驗值符合得很好。此外也討論了溶劑化效應(yīng)對堿基激發(fā)態(tài)的影響，這歸根到底來說這是由于水分子與堿基分子發(fā)生作用產(chǎn)生了氫鍵。一般說來n-π*態(tài)會發(fā)生強烈的藍移，但是對π-π*態(tài)來說影響相對很小。我們在堿基對的激發(fā)研究中也能得到同樣的結(jié)果。在堿基對的激發(fā)態(tài)計算中