雏菊链及轮烷分子的穿梭运动分子动力学模拟研究

发布时间：2019-09-13 18:35

【摘要】：机械互锁分子作为一类新型的超分子,能够在外界驱动下进行穿梭运动。互锁分子的结构变化可以通过外部刺激来控制,这使得它们在分子开关、分子机器、药物运载等方面具有很大的应用价值。然而,对于质子化/去质子化驱动的互锁分子在研究过程中存在一些难点,如分子的穿梭运动难以直观观察、穿梭速率难以计算、穿梭能垒难以获得。本文主要利用分子动力学模拟研究了质子化/去质子化驱动的两类分子穿梭运动行为。一种是二苯并24-冠-8醚环分子DB24C8和线状分子所组成的轮烷分子;另一种是具有烷基醚位点和叔胺位点的雏菊链分子。在质子化和去质子化驱动下,两种轮烷分子各有四个不同的构型:稳定轮烷分子5A、6A,不稳定轮烷分子5B、6B;稳定雏菊链分子1A、2A;不稳定雏菊链分子1B、2B。在298 K、338 K、378 K温度条件下,分别利用真空分子动力学模拟对两类分子的穿梭结构、穿梭速率以及穿梭能垒进行研究,通过分子动力学计算穿梭过程中环与分子位点之间的距离值、能量曲线、平均力势能曲线。结果表明,在模拟条件下,稳定的轮烷分子5A、6A和雏菊链分子1A、2A,环分子没有发生穿梭运动。环分子与位点之间的距离值以及分子的势能值一直在固定值小幅上下波动。温度升高,结构势能增加,分子中共轭基团所处平面相互平行产生π-π电子堆积作用。由不稳定的轮烷分子5B得出,轴分子弯曲作用大于环与位点之间的电子转移作用时,环未发生穿梭运动。6B中环分子在靠近-NH_2~+-位点中的N原子分子较为稳定。利用PMF曲线可得,质子化条件下,-NH_2~+-位点为热力学稳定点,5B穿梭运动的能垒40 kcal/mol;去质子条件下,联吡啶位点为热力学稳定点,6B穿梭运动的能垒为10.79 kcal/mol。温度升高到338 K,使其能垒降低,5B分子发生了穿梭运动。雏菊链分子1B在三个温度下都发生穿梭运动,穿梭运动速率V随温度的变化为:V_(378 K)V_(298 K)V_(338 K)。分子伸缩百分比W:W_(298 K)W_(338 K)=W_(378 K)。最后利用PMF曲线分析,雏菊链分子2B两位点之间能量差较小,未发生穿梭运动。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.3

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本文编号：2535745