【摘 要】
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核磁共振NMR在分子结构的确定与预测中扮演着重要的角色,而分子晶体在材料化学、药物化学、生物化学等科学领域占据重要地位,因此,对分子晶体的NMR研究具有非凡意义。在本文中,应用了自动分块量子力学/分子力学(AF-QM/MM)方法来计算分子晶体中的13C和1H NMR化学位移。首先选择包含碳和氢的分子晶体基准集来计算NMR化学位移,并进行了系统的研究:测定AF-QM/MM计算的收敛性、测定不同泛函以
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核磁共振NMR在分子结构的确定与预测中扮演着重要的角色,而分子晶体在材料化学、药物化学、生物化学等科学领域占据重要地位,因此,对分子晶体的NMR研究具有非凡意义。在本文中,应用了自动分块量子力学/分子力学(AF-QM/MM)方法来计算分子晶体中的13C和1H NMR化学位移。首先选择包含碳和氢的分子晶体基准集来计算NMR化学位移,并进行了系统的研究:测定AF-QM/MM计算的收敛性、测定不同泛函以及不同基组对NMR化学位移计算的影响。计算结果表明,当QM区域的距离阈值大于3.5(?)时,计算出的NMR化学位移接近收敛;对于13C NMR化学位移计算,在本研究所选取的七个泛函(即B3LYP,B3PW91,M06-2X,M06-L,m PW1PW91,OB98,OPBE)中,m PW1PW91泛函的结果是最好的,而OB98泛函更适合分子晶体的1H NMR化学位移预测;此外,在采用B3LYP泛函的情况下,至少应使用triple-ζ基组来准确重现实验的13C和1H化学位移,而加入弥散函数将进一步提高13C化学位移计算的准确性,但不能提高1H化学位移预测的准确性;并且我们进一步提出了将中心分子分成较小片段的分块方案,通过与以整个中心分子为核心区域的分块方案的结果进行比较,将中心分子片段化后进行AF-QM/MM计算不仅可以获得准确的结果,而且可以降低计算成本。通过这项工作的研究,可以得出AF-QM/MM方法能够准确且有效地预测分子晶体的13C和1H NMR化学位移,希望在之后的研究中该方法可用于处理更复杂的周期性体系,例如大分子聚合物和生物大分子。之后,选取B3LYP泛函对治疗AIDS的HIV整合酶抑制剂Cabotegravir(GSK744)分子晶体的NMR进行了相关计算,并对上述基组测定结果进行了验证,这部分研究对Cabotegravir分子晶体结构的确定和预测具有一定作用。
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