链状结构的疏水性对溶剂控制的轮烷穿梭行为的影响

Effect of Hydrophobicity of Threads on the Solvent-controlled Shuttling in Rotaxanes

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摘要研究了3种由α-环糊精(α-CD)、不同线性结构及中间连接基团组成的轮烷的穿梭行为，其中，线性结构为烷基链( ALK)或聚乙二醇链( PEG)，中间连接基团为联吡啶或联苯。采用分子动力学模拟方法对室温下这些轮烷在水或二甲基亚砜( DMSO)溶液中α-CD的穿梭过程进行了研究；利用自适应偏置力( ABF)和多副本ABF( MW-ABF)方法计算了穿梭过程的自由能变化。结果表明，由PEG链组成的轮烷在2种溶剂中穿梭所需克服的能垒均比由ALK链组成的轮烷低，并且前者在DMSO中穿梭所需克服的能垒比在水中的能垒要低。由联苯基团组成的轮烷比由联吡啶基团组成的轮烷的能垒要低很多。通过对自由能曲线进行分解表明，破坏联吡啶基团的溶剂化层是穿梭过程能垒形成的主要原因，因此采用疏水的联苯基团可大大降低该能垒高度；另一方面，由于PEG链比ALK链具有更强的亲水性，也导致穿梭过程能垒降低。此外，通过对2种计算方法进行比较发现， MW-ABF能够明显改善对构象空间的采样效率，加快收敛速度。

作者 汪双双 ^[1] 刘鹏 ^[2] 蔡文生 ^[3] 邵学广 ^[1] 学术成果认领

作者单位 南开大学化学学院分析科学研究中心，天津市生物传感与分子识别重点实验室，天津化学化工协同创新中心; 药物化学生物学国家重点实验室，天津300071 ^[1] 药物化学生物学国家重点实验室,天津,300071 ^[2] 南开大学化学学院分析科学研究中心，天津市生物传感与分子识别重点实验室，天津化学化工协同创新中心 ^[3]

关键词轮烷穿梭疏水性自由能计算多副本自适应偏置力(MW-ABF)方法 Rotaxane Shuttling Hydrophobicity Free-energy calculation Multiple walker adaptive biasing force(MW-ABF)

分类号 O641

栏目名称 研究快报(Letters)

DOI 10.7503/cjcu20150620

发布时间 2015-12-08

基金项目

国家自然科学基金