基于核苷酸碱基新型离子液的设计及相关特性的理论研究

研制和开发新型离子液对解决环境污染具有重要的科学意义和实用价值。本项目旨在用理论计算的方法从分子层次上研究一系列基于核苷酸碱基的新型离子液的电子结构、电子转移及光谱性质，计算不同阴离子及碱基上不同的取代基（官能团）对离子液体的电子结构、光学信号的影响，考察离子液与碱基等作用的光谱性质，探索其在碱基识别方面的应用前景；模拟不同功能化离子液体与DNA、蛋白质间相互作用模式、热力学参数及动力学性质，揭示离子液与生物分子间的相互作用本质，并以此为设计合成新的基于核苷酸碱基的离子液体及其在生物大分子的分离、基因测序及生物传感器方面的应用提供理论上的指导。本项目不仅为实验上合成新型离子液体提供了一个崭新的方向，而且也可促进化学、材料和生物等交叉学科的融合，有着重要的意义。

近年来，化学家们利用阴阳离子间组合的“任意性”设计出大量性质各异的离子液。尽管如此，设计具有特殊功能的离子液仍然是众多化学家孜孜以求的目标。在设计功能化的离子液时，阳、阴离子的结构和配伍对其性质起着决定作用。大量实验表明，选择合适的基团功能化阴阳离子仍是设计新型离子液的关键所在。本着希望得到有显著光学信号且在生命科学领域有更广阔应用前景的新型离子液，我在前期研究工作的基础上，从理论上又设计了烷基嘌呤与7种不同的阴离子形成离子液的几何结构(F-, NO3‐, BF4‐, PF6‐, Cl‐-, Br‐, CF3SO3‐)。核苷酸碱基作为一种遗传物质，具有通过碱基配对的方式贮存和转存遗传信息的功能，因此促使我们设计一系列含嘌呤阳离子的新型离子液。.经过优化得到约34种不同的结合方式，其后利用不同的基组、方法对其中结合能较高的结构（每种离子液中能量较低的3对离子对）进行了NMR，吸收光谱和发射光谱计算。结果表明核磁共振氢谱与阴阳离子间的结合模式及阴离子、溶剂化等因素密切相关，但是核磁共振碳谱与阴离子的位置或阴阳离子的作用强度无关，受溶剂化的影响较弱。因此，氢谱可以看作离子液的指标性特征。同样离子对的吸收峰位置及强度也与离子间的作用强度及阴离子的位置、种类有关。. 其次对烷基鸟嘌呤与不同的正则核苷酸碱基配对形成的离子对进行了光学性质的研究，并与上述离子液的光学性质进行了比较，研究发现碱基对的紫外吸收峰的位置、强度等与离子液的吸收峰位置有较大区别，因此可以预计这些离子液在未来可以用于碱基错配识别研究中。. 再次研究了亚乙基修饰的腺嘌呤和鸟嘌呤与不同正则碱基配对情况，并对碱基对的结构和光学级核磁共振性质进行了计算。希望能为碱基错配的识别技术提供些思路。. 用量化计算解释了一些配合物的紫外可见光谱、红外光谱；用material Studio 中的Monte carlo方法结合Gaussian计算确定了分子的晶体结构。