雛菊鏈及輪烷分子的穿梭運動分子動力學模擬研究.pdf

1、機械互鎖分子作為一類新型的超分子，能夠在外界驅動下進行穿梭運動?；ユi分子的結構變化可以通過外部刺激來控制，這使得它們在分子開關、分子機器、藥物運載等方面具有很大的應用價值。然而，對于質子化/去質子化驅動的互鎖分子在研究過程中存在一些難點，如分子的穿梭運動難以直觀觀察、穿梭速率難以計算、穿梭能壘難以獲得。
　　本文主要利用分子動力學模擬研究了質子化/去質子化驅動的兩類分子穿梭運動行為。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和叔胺位點的雛菊鏈分子。在質子化和去質子化驅動下，兩種輪烷分子各有四個不同的構型：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力學模擬對兩類分子的穿梭結構、穿梭速率以及穿梭能壘進行研究，通過分子動力學計算穿梭過程中環(huán)與分子位點之間的距離值、能量曲線、平均力勢能曲

3、線。結果表明，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)分子沒有發(fā)生穿梭運動。環(huán)分子與位點之間的距離值以及分子的勢能值一直在固定值小幅上下波動。溫度升高，結構勢能增加，分子中共軛基團所處平面相互平行產生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)與位點之間的電子轉移作用時，環(huán)未發(fā)生穿梭運動。6B中環(huán)分子在靠近-NH2+-位點中的N原子分子較為穩(wěn)定。利用PMF曲線可得，質子化條件下，-NH2+

4、-位點為熱力學穩(wěn)定點，5B穿梭運動的能壘40kcal/mol；去質子條件下，聯(lián)吡啶位點為熱力學穩(wěn)定點，6B穿梭運動的能壘為10.79kcal/mol。溫度升高到338K，使其能壘降低，5B分子發(fā)生了穿梭運動。雛菊鏈分子1B在三個溫度下都發(fā)生穿梭運動，穿梭運動速率V隨溫度的變化為：V378K＞V298K＞V338K。分子伸縮百分比W：W298K＞W338K=W378K。最后利用PMF曲線分析，雛菊鏈分子2B兩位點之間能量差較小，未發(fā)生穿梭