《金屬鋅配合物模擬酶催化磷酸酯水解機制的理論研究》是依託中山大學，由趙存元擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬鋅配合物模擬酶催化磷酸酯水解機制的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙存元
- 依託單位：中山大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
作為生命體系中物質之一的核酸水解或降解領域極富有挑戰性的前沿課題,金屬配合物催化核酸水解面臨許多反應機理的難題亟待解決.本項目以理論化學為基礎,利用密度泛函理論、從頭算方法以及QM/QM(MM)方法，對金屬鋅配合物催化磷酸酯水解反應機制進行系統而深入的理論研究，重點解決諸如催化劑的活性位點、催化過程中金屬離子的配位數情況以及構型變化、過渡態和中間體的結構變化等。同時考慮配體效應，金屬陽離子的影響，催化專一性、金屬配合物與底物間過渡態結合能、溶劑分子與金屬中心的相互作用等關鍵問題。項目的理論研究成果不僅有助於人們從分子水平上了解生命現象的本質，為揭示生命體系中酶催化DNA或者RNA的水解反應提供有益的理論支持。而且可以闡明實驗科學家所急需理解的金屬配合物催化核酸反應的催化機制面臨的諸多難題，為設計和合成高效的金屬配合物催化劑（新型藥物）提供有力的理論指導以及長遠看對醫藥行業也有潛在的套用價值
結題摘要
作為生命體系中物質之一的核酸水解或降解領域極富有挑戰性的前沿課題，金屬配合物催化核酸水解面臨許多反應機理的難題亟待解決。本項目以理論化學為基礎，利用密度泛函理論、從頭算方法以及QM/QM(MM)方法，對金屬鋅配合物催化磷酸酯水解反應機制進行系統而深入的理論研究，並取得了系統的創新性研究成果。闡釋了反應機理和影響因素，為更好設計出新型有效的催化劑提供了理論指導。主要有以下研究內容: (1)單核金屬鋅配合物催化磷酸二酯BNPP水解，我們提供了新的底物和催化劑相互作用模式，同時進一步發現了兩種可能的水解機理即協同和逐步機理。 (2) 單核金屬鋅配合物催化RNA雙核苷酸類似物HpPNP醇解的理論研究。同時研究了溶劑和配體對催化效率的影響。我們研究發現反應過程更喜歡特殊鹼催化（SBC）機理，同時更傾向於協同過程。弱極性和低介電常數的溶劑更有利於催化；配體適當增大也會提高催化效率。 (3)雙核鋅配合物催化磷酸酯水解，這部分內容主要包括了不對稱雙核金屬鋅、鎂配合物和雙核對稱金屬鋅配合物以及雙核Mannich金屬鋅配合物催化磷酸單酯水解的研究。還有雙核鋅配合物催化磷酸二酯水解的機理研究，同時又進行了一些擴展性研究，研究了金屬銅配合物催化磷酸二酯水解的機理研究。研究發現，好的親核試劑, 好的離去基團和有更多的配位點都有利於協同機理。而在對稱雙核鋅配合物催化中，我們發現催化機理是取決於催化劑的濃度。同時通過研究雙核鋅配合物催化磷酸二酯水解的機理，我們闡明了金屬模擬酶催化劑與底物的結合模式，理論上澄清了多年來關於該反應活性位點的爭論。研究發現該反應為協同反應機理，同時揭示雙核鋅中心與水分子在穩定過渡態中起了重要的作用。 另外我們還在金屬銠氮賓催化 C-H 鍵插入/氮雜環丙烷化反應機理，金屬Co-PNP配合物催化轉移氫化機理選擇性，抗癌性釕、鋨芳烴基配合物的水解和與生物分子作用機理以及矽烯還原NO機理和鋁氮納米管外壁O2分解等方面做了一些擴展研究。
