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视紫质作为研究GPCR(G-protein coupled receptor)的结构原型,是目前GPCR的成员中研究最多最广泛的体系之一。它是参与视觉信号传导的光敏感受体,由两部分组成:视蛋白部分和11顺式视黄醛,11顺式视黄醛通过质子化的席夫碱共价连接着赖氨酸侧链。由于视紫质的激活机制还未完全阐述清楚,故需对其进行深入的研究,为以后与视紫质相关疾病(色素性视网膜炎)的药物的发展和研究打下基础。本文以视黄醛分子为模型,根据量子化学理论,利用Gaussian软件包,构建11顺式视黄醛和去质子化的全反式视黄醛席夫碱构型,并对其结构以及光谱性质进行分析。本文研究所得结果如下:一、在气相和隐性水相环境中,以B3LYP/6-311++G(d,p)方法来阐述11视黄醛立体异构体的异构化过程,并分析其结构和分子性能,如视黄醛异构体的能垒、偶极矩、键级、HOMO-LUMO能级差以及理论预测的振动频率等。隐性水环境对视黄醛异构体的支柱骨架上多烯链的几何结构和振动频率的影响显著。11顺式和全反式视黄醛异构体的多烯链结构在水相环境中出现离域现象,表现为具有较长的双键和较短的单键。此外,B3LYP方法预测的视黄醛异构体构型的振动频率与实验值相吻合。本文所获得的方法和结果为研究显性水溶液,甚至蛋白环境中的异构化过程提供了理论基础。二、用B3LYP/6-31++G(d,p)方法来执行去质子化的反式视黄醛席夫碱构型的构象空间研究。通过对视黄醛席夫碱构型的四个内部支柱扭转角进行势能面扫描,一共找到了 8个不同的视黄醛席夫碱的构象异构体。然后使用6-311++G(d,p)基组并结合MP2和B3LYP方法来分析构象异构体的结构特性和光谱性质。结果表明视黄醛席夫碱的构象异构体的相对稳定次序不依赖于本文所使用的理论方法。也再次证实了 TD-DFT方法将会系统性地低估垂直激发能。预测的ECC模式(C=C伸缩的同相集体运动)对应的视黄醛席夫碱构型的拉曼光谱特征峰在1600 cm-1附近。此外,本文认为使用B3LYP方法来预测含有共轭多烯链体系的拉曼光谱可能会是一个合理的选择。