金属锌配合物模拟酶催化磷酸酯水解机制的理论研究

作为生命体系中物质之一的核酸水解或降解领域极富有挑战性的前沿课题,金属配合物催化核酸水解面临许多反应机理的难题亟待解决.本项目以理论化学为基础,利用密度泛函理论、从头算方法以及QM/QM(MM方法，对金属锌配合物催化磷酸酯水解反应机制进行系统而深入的理论研究，重点解决诸如催化剂的活性位点、催化过程中金属离子的配位数情况以及构型变化、过渡态和中间体的结构变化等。同时考虑配体效应，金属阳离子的影响，催化专一性、金属配合物与底物间过渡态结合能、溶剂分子与金属中心的相互作用等关键问题。项目的理论研究成果不仅有助于人们从分子水平上了解生命现象的本质，为揭示生命体系中酶催化DNA或者RNA的水解反应提供有益的理论支持。而且可以阐明实验科学家所急需理解的金属配合物催化核酸反应的催化机制面临的诸多难题，为设计和合成高效的金属配合物催化剂（新型药物）提供有力的理论指导以及长远看对医药行业也有潜在的应用价值

作为生命体系中物质之一的核酸水解或降解领域极富有挑战性的前沿课题，金属配合物催化核酸水解面临许多反应机理的难题亟待解决。本项目以理论化学为基础，利用密度泛函理论、从头算方法以及QM/QM(MM)方法，对金属锌配合物催化磷酸酯水解反应机制进行系统而深入的理论研究，并取得了系统的创新性研究成果。阐释了反应机理和影响因素，为更好设计出新型有效的催化剂提供了理论指导。主要有以下研究内容: .(1)单核金属锌配合物催化磷酸二酯BNPP水解，我们提供了新的底物和催化剂相互作用模式，同时进一步发现了两种可能的水解机理即协同和逐步机理。.(2) 单核金属锌配合物催化RNA双核苷酸类似物HpPNP醇解的理论研究。同时研究了溶剂和配体对催化效率的影响。我们研究发现反应过程更喜欢特殊碱催化（SBC）机理，同时更倾向于协同过程。弱极性和低介电常数的溶剂更有利于催化；配体适当增大也会提高催化效率。.(3)双核锌配合物催化磷酸酯水解，这部分内容主要包括了不对称双核金属锌、镁配合物和双核对称金属锌配合物以及双核Mannich金属锌配合物催化磷酸单酯水解的研究。还有双核锌配合物催化磷酸二酯水解的机理研究，同时又进行了一些扩展性研究，研究了金属铜配合物催化磷酸二酯水解的机理研究。研究发现，好的亲核试剂, 好的离去基团和有更多的配位点都有利于协同机理。而在对称双核锌配合物催化中，我们发现催化机理是取决于催化剂的浓度。同时通过研究双核锌配合物催化磷酸二酯水解的机理，我们阐明了金属模拟酶催化剂与底物的结合模式，理论上澄清了多年来关于该反应活性位点的争论。研究发现该反应为协同反应机理，同时揭示双核锌中心与水分子在稳定过渡态中起了重要的作用。.另外我们还在金属铑氮宾催化 C-H 键插入/氮杂环丙烷化反应机理，金属Co-PNP配合物催化转移氢化机理选择性，抗癌性钌、锇芳烃基配合物的水解和与生物分子作用机理以及硅烯还原NO机理和铝氮纳米管外壁O2分解等方面做了一些扩展研究。.