发展和应用ABEEMσπ/MM研究碱土金属离子与水及NMA的相互作用

【摘要】：金属离子在众多的化学和生命过程中发挥着不可替代的作用,准确、合理地描述二价金属离子与水、蛋白质等的相互作用,对于研究含二价金属离子的电解质水溶液、生物分子水溶液体系的结构和性质具有重要的科学意义。本文采用B3LYP、B3PW91、M06-2X、MP2四种量子力学(QM)方法,研究碱土金属离子与水及氮-甲基乙酰胺(NMA)团簇体系[Mg(H_2O)n]~(2+)(n=6-8)和[Mg(NMA)m]~(2+)(m=6-8)的结构、结合能以及电荷分布。基于上述QM结果,发展和应用原子-键电负性均衡浮动电荷模型(ABEEMσπ/MM),构建了描述Mg~(2+)与水及NMA团簇体系的可极化势能函数,优选并确定ABEEMσπ/MM势能函数的相关参数,即力场参数以及电荷参数。再将其应用到计算[Mg(H_2O)n(NMA)m]~(2+)(n+m=6)体系的结构、电荷分布等性质,ABEEMσπ/MM方法下所得的结构、电荷分布等结果与QM结果具有一致性:Mg~(2+)与配体H_2O/NMA之间距离的平均绝对偏差(AAD)小于0.04?、相对均方根偏差(RRMSD)小于2.0%;两种方法得到的电荷分布的线性相关系数在0.97以上。同理,在ABEEMσπ/MM模型下,构建了Ca~(2+)-H_2O体系的可极化势能函数,应用该势能函数计算[Ca(H_2O)n]~(2+)(n=6-8)的结构、电荷分布,与QM结果具有较好的一致性:Ca~(2+)与配体H_2O分子之间距离的AAD约为0.01?、RRMSD约为0.8%;Ca~(2+)与H_2O分子之间夹角的AAD约为1.00°、RRMSD约为0.8%;电荷分布与QM方法得到的电荷分布的线性相关系数在0.98以上。本文构建的Mg~(2+)/Ca~(2+)的ABEEMσπ/MM浮动电荷力场,能够合理地描述Mg~(2+)/Ca~(2+)与水分子/NMA之间的相互作用。