维生素A的氧化还原电势的化学计算开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

①随着量子理论的建立和计算机技术的发展，人们希望能够借助计算机对微观体系的量子力学方程进行数值求解，然而量子力学的基本方程的求解是及其复杂的。克服这种复杂的一个理论飞跃是密度泛函理论（dft）的确立。另外在密度泛函理论体系发展的同时，相应的数值计算方法的发展也非常迅速。与此同时，线性标度的密度泛函理论算法日趋成熟，使得通过密度泛函理论研究诸如生物大分子之类的体系成为可能。本次实验，以维生素a的氧化还原反应为研究对象，探讨将此方法用于有机物的可行性。本研究使用密度泛函理论计算维生素a在有机溶剂中的氧化还原电势，通过gaussian软件尝试不同的泛函与基组以获得符合实验结果的计算方法。由于目前将该方法用于无机物研究的报导寥寥无几，用于有机物则是未见报导。如果得到的结果与文献数据符合，将拓宽该方法的应用领域。

②维生素a的最主要存在形式是视网膜，视黄醇和视黄酸。视网膜在酶的过程中可以可逆的转化为视黄醇，而转化为视黄酸则是不可逆的氧化。同时维生素a又具有一定的抗氧化性。因此有必要研究维生素Ａ在蛋白质环境中的氧化还原电势。 由于蛋白质环境的极性很高，本研究选择与之极性相近的水作为溶剂模拟该环境。维生素a不溶于水，无法使用电化学方法进行研究，使用化学计算则可以克服这一缺点。

③密度泛函理论是一个十分活跃的研究方向。越来越精确的交换相关能量泛函正在不断的发展。同时，密度泛函理论体系的也在不断丰富，而各种数值实现方法的发展与实现，使得密度泛函理论可以快速准确地数值求解。这些理论体系和数值方法的发展使得密度泛函理论的应用越来越广泛。从物理，化学，生命科学到新兴的纳米材料科学，密度泛函正在变成一种标准的研究手段。而反过来日趋广泛的应用需求本身又促进了密度泛函理论本身的发展。

2. 研究的基本内容和问题

目标：实验结果能够与文献查得的结果相吻合。再选用效果较好的方法计算维生素a在水中的氧化还原电势.

内容：找到能够得出与文献数据相接近的计算方法。

关键问题：若测得的结果与文献结果较为接近，则再做一例使用该方法以水为溶剂的实验，或使用更大的基组来求得更为精确的结果。

3. 研究的方法与方案

研究方法及技术路线：使用gaussian软件构建维生素a的模型。选用一种方法，设定在thf溶液中，对该模型进行优化，并计算频率，来求得中性状态下的吉普斯自由能，再将该模型转为阳离子进行优化和计算频率。最后分别计算中性和阳离子条件下的溶剂化能。通过上述的数据计算我们想要的结果--维生素a的氧化还原电势。如果该方法能够得到与文献数据相近的结果，则再做一次以水为溶剂的实验。操作步骤，与前面相同。

然后再选用另一种函数方法，后面的步骤同上。

可行性分析：如果计算得到的氧化还原电势与文献查得的数据较为接近的话，那么此项实验就存在这可行性，等待后面使用更多的方法以及更大的基组来获取更为精确的答案。

4. 研究创新点

目前将Gaussian用于研究无机物的报道只有一两例，对有机物尚未见报道。在这次的实验中，可以看到这种方法的可行性。在今后更过的实验验证后，则可以将这种方法用于对有机物尤其是共轭化合物的研究，甚至可以研究在生物环境中某些化合物的性质。

5. 研究计划与进展

2月 完成b3lyp方法和bpv86方法在thf中的实验

3月 完成b3pw91方法和pbepbe方法在thf中的实验

4月 完成wb97xd方法在thf中的实验，以及b3lyp方法和bpv86方法在水中的实验