《納米尺度限域條件下的手性分子》是依託吉林大學，由王志剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米尺度限域條件下的手性分子
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王志剛
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題從原子分子物理的一般研究方法出發，進行限域條件下的手性分子對映體間轉變及相關反應過程等問題的研究。上個世紀中葉人們就發現，在自然條件下穩定存在的手性分子在人體內可能發生對映體間的手性轉變，最近的實驗研究已經明確的觀測到了這樣的現象，並且與手性相關的催化過程也可以被包裹的納米腔所調控，甚至是加強。通過本理論計算研究，我們希望通過使用富勒烯和單壁納米管等材料構成簡化的限域條件，將量子理論的勢能面研究方法與經典動力學模擬的含時演化過程研究方法相結合，來完成限域條件對手性分子的對映體間轉變過程的影響，以及對和分子手性特徵相關的化學反應過程的影響的研究。本課題的開展將有助於揭示限域條件本身對手性分子物理或化學性質進行影響的機制，並有助於生命科學相關領域的進展。
結題摘要
手性是分子重要的內稟屬性，也被認為與生命起源直接相關。手性分子在環境影響下的構象轉變與一些基本的生命過程緊密聯繫，且對藥物開發及投遞至關重要。我們研究了不同類型手性分子的結構及與外界的作用特性，細緻研究了不同種類的手性分子的對映體轉變過程。通過用經驗分子勢場擬合手性分子對映體轉變的勢能面，實現了大規模的分子動力學模擬，發現了限域條件對手性分子對映體轉變過程存在活性的影響，並對這種空間尺寸效應建立了重要的規律認識。仔細研究了點手性分子對映體轉變中的解離和化合過程的能壘高度與環境分子參與程度的關係，發現了環境中的水以及鹼水複合物分子可參與手性分子對映體轉變過程，起到重要的質子轉移橋樑作用。通過考慮無極限域條件與非對稱限域條件對手性分子對映體轉變過程的影響，發現了無極限域環境可以明顯改變手性分子對映體轉變的能壘，對內部手性分子起到很好的保護作用，而更為有趣的，非對稱限域條件可以實現對手性分子對映體轉變的偏好選擇。進而，本課題研究發展了基於分子動力學模擬的分子間弱相互作用的反應過程勢能面極值點的獲得方法，這一方法的特點是避免了繁瑣的構象猜測過程，我們將其套用到手性分子對映體轉變過程的研究中，發現了限域環境與孤立條件在手性分子對映體轉變過程中的明顯差異，其不只是體現在能壘高度上，甚至體現在反應路徑極值點的數目上。我們探尋了手性小分子的可能識別方法，有趣的是，通過石墨烯材料的使用，不但實現了小分子的捕獲，且從紫外-可見光譜和拉曼光譜上都可以區分出具有相同骨架結構的不同種碳氫小分子。而且，我們還發現了這種碳氫小分子與多層石墨烯的分子間弱吸附中的強電荷轉移效應，以及電荷分布的趨膚效應。此外，我們對一系列由限域環境引起的複雜分子系統中的相互作用，均形成了重要的規律認識，主要包括：發現了限域環境自身的缺陷可能帶來的奇異電子結構，限域對小分子的拆分特性，小分子與限域材料之間的相互作用電子結構特徵，以及其它一些相關進展。這些研究極大的擴充了我們的研究範圍，不但取得了一些較為重要的成果，且產生了新的研究課題方向。總之，通過本課題的進行，我們在原子層次上，對納米尺度限域環境影響下的手性分子特性形成了重要的規律認識， 並促進了其在交叉學科方向的進展。
