雛菊鏈及輪烷分子的穿梭運(yùn)動(dòng)分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、機(jī)械互鎖分子作為一類新型的超分子，能夠在外界驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行穿梭運(yùn)動(dòng)?；ユi分子的結(jié)構(gòu)變化可以通過(guò)外部刺激來(lái)控制，這使得它們?cè)诜肿娱_關(guān)、分子機(jī)器、藥物運(yùn)載等方面具有很大的應(yīng)用價(jià)值。然而，對(duì)于質(zhì)子化/去質(zhì)子化驅(qū)動(dòng)的互鎖分子在研究過(guò)程中存在一些難點(diǎn)，如分子的穿梭運(yùn)動(dòng)難以直觀觀察、穿梭速率難以計(jì)算、穿梭能壘難以獲得。
　　本文主要利用分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了質(zhì)子化/去質(zhì)子化驅(qū)動(dòng)的兩類分子穿梭運(yùn)動(dòng)行為。一種是二苯并24-冠-8醚環(huán)分子DB24C8和線

2、狀分子所組成的輪烷分子；另一種是具有烷基醚位點(diǎn)和叔胺位點(diǎn)的雛菊鏈分子。在質(zhì)子化和去質(zhì)子化驅(qū)動(dòng)下，兩種輪烷分子各有四個(gè)不同的構(gòu)型：穩(wěn)定輪烷分子5A、6A，不穩(wěn)定輪烷分子5B、6B；穩(wěn)定雛菊鏈分子1A、2A；不穩(wěn)定雛菊鏈分子1B、2B。
　　在298K、338K、378K溫度條件下，分別利用真空分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)兩類分子的穿梭結(jié)構(gòu)、穿梭速率以及穿梭能壘進(jìn)行研究，通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算穿梭過(guò)程中環(huán)與分子位點(diǎn)之間的距離值、能量曲線、平均力勢(shì)能曲

3、線。結(jié)果表明，在模擬條件下，穩(wěn)定的輪烷分子5A、6A和雛菊鏈分子1A、2A，環(huán)分子沒(méi)有發(fā)生穿梭運(yùn)動(dòng)。環(huán)分子與位點(diǎn)之間的距離值以及分子的勢(shì)能值一直在固定值小幅上下波動(dòng)。溫度升高，結(jié)構(gòu)勢(shì)能增加，分子中共軛基團(tuán)所處平面相互平行產(chǎn)生π-π電子堆積作用。由不穩(wěn)定的輪烷分子5B得出，軸分子彎曲作用大于環(huán)與位點(diǎn)之間的電子轉(zhuǎn)移作用時(shí)，環(huán)未發(fā)生穿梭運(yùn)動(dòng)。6B中環(huán)分子在靠近-NH2+-位點(diǎn)中的N原子分子較為穩(wěn)定。利用PMF曲線可得，質(zhì)子化條件下，-NH2+

4、-位點(diǎn)為熱力學(xué)穩(wěn)定點(diǎn)，5B穿梭運(yùn)動(dòng)的能壘40kcal/mol；去質(zhì)子條件下，聯(lián)吡啶位點(diǎn)為熱力學(xué)穩(wěn)定點(diǎn)，6B穿梭運(yùn)動(dòng)的能壘為10.79kcal/mol。溫度升高到338K，使其能壘降低，5B分子發(fā)生了穿梭運(yùn)動(dòng)。雛菊鏈分子1B在三個(gè)溫度下都發(fā)生穿梭運(yùn)動(dòng)，穿梭運(yùn)動(dòng)速率V隨溫度的變化為：V378K＞V298K＞V338K。分子伸縮百分比W：W298K＞W(wǎng)338K=W378K。最后利用PMF曲線分析，雛菊鏈分子2B兩位點(diǎn)之間能量差較小，未發(fā)生穿梭