三聚氰胺质子迁移机理的理论研究开题报告

全文总字数：3144字

1. 研究目的与意义

近年来，由三聚氰胺引发的肾功能衰竭的中毒事件，越来越受到人们的关注。为了增加蛋白质的表观含量，三聚氰胺被广泛用于工业生产和食品生产。近年来，分子耦合模型和水链在质子迁移过程中的保护和辅助作用一直是研究热点。因此，三聚氰胺的质子迁移原理成为了我们的研究重点。

质子是化学、生命科学、生物学、遗传学等领域的重要参与者。作为化合物异构平衡和氧化还原反应中最基本的现象之一，分子内或分子间的质子转移 (proton transfer，简称pt)在众多化学过程中发挥了重要的作用。质子给体a和受体b间有质子转移的反应，如ha b_-→hb a_-，故也称酸碱反应。其反应机理有两类。(1)质子直接转移，大致有三步：酸碱碰撞络合物的形成，质子通过水合结构与碱结合，水合结构的破裂。(2)有氢氧根离子参与的反应，这类反应的特点是快速，属扩散控制，一般用弛豫技术及核磁共振技术研究其反应动力学行为及规律。

质子的存在很大程度上会产生氢键。前人的研究发现：氢键在决定生物分子的构型，性质和功能方面起了关键作用。作为许多分子结构的主要贡献者，尤其是生物分子，氢键的研究有很大的重要性。在三聚氰胺和水分子之间形成了两种类型的氢键:n-ho和o-hn键。因此水分子和三聚氰胺分子很容易形成一系列的氢键化合物。质子迁移通过水链的辅助作用大大降低了能垒。近年来，水与生物分子间的耦合模型和水链在质子迁移过程中的保护和辅助的作用一直是研究热点。很可惜，到现在为止还没有关于三聚氰胺的这方面研究报告。因此，三聚氰胺的质子迁移机理成为我们本次研究的重点。我们相信这些问题的解决在化学科学与生物科学领域都有重要的作用。

2. 国内外研究现状分析

在化学和生物分子内或分子间的质子反应被认为是最基础和最重要的过程，例如酸碱中和反应和酶的反应。基于不同的体系会发生各种不同的质子转移反应，在基态或者激发态，绝热或者是非绝热状态的。在这些反应中激发态质子转移（esipt）在理论和实验层面都非常具有吸引力。1950年weller第一次在水杨酸中发现了esipt，他注意到了它具有不同于其他衍生物的非常大的斯托克斯转移。例如，邻甲氧基苯甲酸。许多具有esipt的分子如苯甲酮的衍生物、黄酮、醌类化合物、吡啶类、喹啉类、喹喔啉类、唑类、二唑类、三唑类和亚水杨基苯胺类都已经经过调查研究。因此，早期对esipt的研究和概述主要集中新发现的esipt分子在稀溶液中的基础的光物理性质和质子转移动力学。在1986年的综述中，kasha通过它们的质子转移机理将esipt过程分成4种不同的类型，并且针对不同类型的性能特点以及潜在的功能发表了评论。在1989年，barbara 等对两种不同esipt分子的皮秒动力学和光谱学研究进行了预测。接下来在1993年，arnaut和formosinho报道了一种非常广泛的esipt理论模型，这种理论发生在光谱学的单冲击下。1996年，zewail和他的同事详细报道了esipt反应动力学。

最近，chou和他的同事根据分子内的氢键结构将esipt分子进行分类，并且认真评估了质子耦合电子转移分子激发态分子的光物理性质，pcet是通过时间分析光谱得到的。

horsewil等人曾采用核磁和量子化学方法直接测量出隧道效应，从而得到了安息香酸二聚体的氢键中质子转移的动力学。随后，他们采用单晶核磁光谱和弛豫现象研究了安息香酸中的质子转移量子动力学。质子催化的隧道效应支配着该动力学，由nmr中氢原子的确切信息分析得到质子转移速率和势能面。peteanu和mathie则通过拉曼光谱强度分析了2-羟基乙酰苯中的激发态质子转移。vries等人便是用rempi谱研究了鸟嘌呤的质子转移过程。作者首次得到了鸟嘌呤在气态下的电子振动光谱。sekiya等人则是采用皮秒时间分辨的共振增强多光子电离(rempi)激发谱研究了气态下7-叮叫噪二聚体(7ai2)的激发态双质子转移。该结果很好地证明了7ai2中激发态双质子转移的连续性机理。

3. 研究的基本内容与计划

由于质子迁移反应是化学和生物学中最简单但又是最重要的反应之一，广泛存在于各种化学过程当中，而现有的对于三聚氰胺质子迁移的研究成果还不够完善。一般来说，生物体系非常复杂，不可能使用高水平的计算方法进行模拟。因为，在本论文中，我们将把研究的重点放在研究三聚氰胺分子反应的活性上，采用理论计算的方法，采用诸如从头算（HF）、半经验、量子力学中的密度泛函法（DFT)以及MP方法对该类分子在溶剂分子的协助下的质子转移机理，反应活化能以及质子转移反应速率常数进行测度。

4. 研究创新点

本论文中，我们把研究的重点放在研究三聚氰胺分子的反应的活性上，采用理论计算的方法对该类分子在溶剂分子的协助下的质子转移机理，反应活化能以及质子转移反应速率常数进行测度。

着重从微观角度详细分析质子转移在三聚氰胺体系中的作用机理以及影响因素，提高了结果的适用度和可信度。

借助于此得出普适结论，为今后针对三聚氰胺质子迁移理论的研究提供理论依据。