磺酰胺类化合物水解机理的理论研究

发布时间：2017-09-08 02:05

  本文关键词：磺酰胺类化合物水解机理的理论研究

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【摘要】：含有磺酰胺基的磺酰胺类化合物(Sulfonamides,简称为SAs)被广泛用于医疗和农业领域,例如磺胺嘧啶作为抗生素被用于炎症等疾病的治疗;双氟磺草胺被广泛用作农田除草剂。但由于此类化合物在环境中降解速度缓慢,大量使用会导致土壤中药物残留严重并会使细菌产生抗药性,严重的话甚至会污染环境以及危害人类的健康。因此通过研究磺酰胺类化合物的降解机理,设计高效、易降解的磺酰胺类化合物具有重要的现实意义。随着量子化学理论计算的日臻完善和计算机的高速发展,使得运用分子模拟的方法探究磺酰胺类化合物的水解机理成为可能。本论文以四种常见的磺酰胺类药物:磺胺氯哒嗪(Sulfachloropyridazine)、磺胺噻唑(Sulfathiazole)、磺胺嘧啶(Sulfadiazine)以及双氟磺草胺(Florasulam)作为研究对象,用量子化学计算的方法研究其在不同p H条件下的水解反应机理,计算水解反应能垒。本文使用高斯09量子化学计算软件,选用密度泛函理论的B3LYP泛函,在6-31+G(d,p)基组水平下,对水解反应的反应物、产物以及反应过渡态进行结构优化,综合应用频率分析、寻找反应路径、能量计算、电荷布局分析以及在过渡态的基础上进行反应路径的计算等手段,建立了磺胺类化合物在不同p H条件下的水解反应机理模型。利用上述方法分别在中性、弱酸性、强酸性条件下研究了磺胺氯哒嗪、磺胺噻唑、磺胺嘧啶和双氟磺草胺的水解反应机理和水解反应活性。计算结果表明该类化合物可能存在两种水解反应途径。其中机理一在磺酰基上发生类似亲核取代反应,水解生成对氨基苯磺酸和相应杂环胺。机理二是在杂环上发生了芳香族的亲核取代反应,随着反应的进行,对氨基苯磺酰胺为主要的水解产物。本论文包括四个部分:第一部分计算了三种磺胺类药物在中性条件下的水解反应机理;第二部分研究了三种磺胺类药物在弱酸性条件下的水解反应机理;第三部分模拟了三种磺胺类药物在强酸性条件下的水解反应机理;第四部分介绍了在中性条件下双氟磺草胺的水解反应机理。研究发现:(1)磺酰胺类化合物的水解反应可能存在两种不同的反应机理。其中机理一的反应活性高于机理二的反应活性,即磺酰胺类化合物更倾向于通过机理一发生水解反应,生成对氨基苯磺酸和对氨基苯磺酰胺,此计算结果与Anna Bialk-Bielinska等人的实验结果一致。(2)磺胺氯哒嗪、磺胺噻唑、磺胺嘧啶和双氟磺草胺的水解反应能垒均大于46Kcal?mol-1,这说明该类化合物在常温下难以发生水解反应。本文对磺酰胺类化合物的水解机理进行了理论研究,为进一步设计高效、易降解的磺酰胺类化合物奠定基础。
【关键词】：磺酰胺类化合物 密度泛函理论 水解机理
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ468;O643.12
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 研究背景9-16
• 1.1.1 磺酰胺类化合物概述9-10
• 1.1.2 磺酰胺类药物的发展及应用10-12
• 1.1.3 磺酰胺类化合物面临的困境12-13
• 1.1.4 磺酰胺类化合物降解研究现状13-16
• 1.2 理论方法16-17
• 1.2.1 量子化学理论简介16
• 1.2.2 本文计算方法16-17
• 1.3 本论文研究内容与意义17-20
• 第2章 中性条件下磺胺类药物水解反应机理的理论研究20-34
• 2.1 前言20
• 2.2 计算方法20-21
• 2.3 水解反应机理的理论研究与结果讨论21-33
• 2.3.1 中性条件下磺胺氯哒嗪水解反应机理分析21-25
• 2.3.2 中性条件下磺胺噻唑水解反应机理分析25-29
• 2.3.3 中性条件下磺胺嘧啶水解反应机理分析29-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 弱酸条件下磺胺类药物水解反应机理的理论研究34-47
• 3.1 计算方法34-35
• 3.2 水解反应机理的理论研究与结果讨论35-46
• 3.2.1 弱酸条件下磺胺氯哒嗪水解反应机理分析35-38
• 3.2.2 弱酸条件下磺胺噻唑水解反应机理分析38-41
• 3.2.3 弱酸条件下磺胺嘧啶水解反应机理分析41-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第4章 强酸条件下磺胺类药物水解反应机理的理论研究47-60
• 4.1 计算方法47-48
• 4.2 水解反应机理的理论研究与结果讨论48-58
• 4.2.1 强酸条件磺胺氯哒嗪下水解反应机理分析48-51
• 4.2.2 强酸条件磺胺噻唑水解反应机理分析51-54
• 4.2.3 强酸条件磺胺嘧啶水解反应机理分析54-58
• 4.3 本章小结58-60
• 第5章 中性条件下双氟磺草胺水解反应机理的理论研究60-65
• 5.1 前言60
• 5.2 计算方法60-61
• 5.3 双氟磺草胺水解反应机理分析61-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 总结与展望65-67
• 参考文献67-73
• 致谢73

【参考文献】

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本文编号：811226