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摘要本文设计了一个基于热力学循环的计算模型，用于研究水溶液环境中DMCD对四种多环芳烃分子的包合。本文先利用分子动力学模拟搜索水溶液中DMCD/多环芳烃复合物的超分子构象，再通过聚类分析方法合理提取复合物的优势构象，最后利用量子化学计算和连续介质溶剂模型计算水溶液中DMCD/多环芳烃复合物的包合自由能。对分子动力学轨迹的分析表明，在四种复合物中，ANT和PHE进入DMCD腔内较深位置，FLT在DMCD腔中的位置较浅，PYR在DMCD腔内的位置最浅。量子力学计算结果表明，水溶液中四种DMCD/多环芳烃复合物的相对稳定性为：DMCD/ANT > DMCD/PHE > DMCD/FLT > DMCD/PYR，这一结果与实验数据一致。32163
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关键词 环糊精 多环芳烃 分子动力学 量子力学
毕业论文设计说明书外文摘要
Title Polycyclic Aromatic Hydrocarbons binding to Cyclodextrin Investigated by Molecular Simulation
Abstract
A computational protocol based on the thermodynamic cycle has been proposed to study the inclusion of DMCD with four polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) in aqueous solution. Molecular dynamic simulation is first conducted to sample the supramolecular structures of the DMCD/PAH complex, followed by the cluster analysis to identify the most favorable conformations of inclusion complex. Finally, quantum mechanics and continuum solvation model are employed to calculate the binding free energy of DMCD/PAH complex in aqueous solution. Analysis of the MD trajectory indicates that among 4 DMCD/PAH complexes, ANT and PHE are buried into the deeper position of DMCD cavity, while FLT is encapsulated into the DMCD cavity less deeply and the least deep inclusion of PYR into DMCD cavity is found. The calculated binding free energy of 4 DMCD/PAH complexes in aqueous solution sorts the stability of 4 complexes in aqueous solution as follows: DMCD/ANT > DMCD/PHE > DMCD/FLT > DMCD/PYR, which is consistent with the experimental fact.
Keywords cyclodextrin PAHs molecular dynamics quantum mechanics
目 次
1 引言（或绪论） 1
2 计算模型与方法 3
2.1 计算模型 … 3
2.2 分子结构 … 4
2.3 分子动力学模拟 5
2.4 量子力学计算 … 5
3 结果与讨论 … 7
3.1 分子动力学模拟 7
3.2 水溶液中DMCD/多环芳烃复合物的包合自由能 10
结论 13
致谢 14
参考文献15
1 引言（或绪论）
1.1 研究背景
多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)是一类结构中含有多个苯环的稠环化合物，常见的多环芳烃有萘、蒽、菲、并四苯、并五苯等。石油、煤、生物质等的不完全燃烧是多环芳烃的重要来源。由于其在环境中广泛存在、在自然条件下难以降解、且具有一定的致癌致突变作用，多环芳烃已引起了人们的广泛关注，其中，含有五个苯环的苯并(a)芘因其强烈的致癌作用和致突变作用而备受关注[1]。多环芳烃已成为土壤[2]、水[3]、大气[4]中的重要污染物，对生态环境和人们的身体健康造成了严重威胁[5]。
环糊精(cyclodextrins, CDs)是一类环状的葡萄糖低聚物，常见的α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精分别由6、7、8个葡萄糖单元通过α-1,4糖苷键环合而成。环糊精具有特殊的杯状结构，葡萄糖单元上的伯羟基位于环糊精的小口端，而仲羟基则位于环糊精的大口端。环糊精具有疏水性的空腔和亲水性的外壁，可以包合疏水性或弱极性分子形成复合物，从而提高了疏水性客体分子的水溶性[6]。环糊精对客体分子的包合可以改变客体分子的物理化学性质，这使得环糊精可用于稳定一些对光和氧气敏感的物质、改变客体分子的化学反应活性、减少挥发性液体的挥发、将某些液态物质转化为固态粉末形态、遮盖某些物质的难闻气和道、催化某些化学反应[7]等等, 具体来说，在化妆品领域，环糊精可用于减少香水、空气清新剂、洗涤剂等的挥发，也可用于将液态物质转化为固态从而保护生产环境；在食品工业领域，环糊精可用来长时间地保存食品风和降低牛奶、奶油、鸡蛋等食品中的胆固醇含量等；作为低聚糖，环糊精具有良好的生物相容性和低毒性，不会引起人体的免疫反应，与药物形成复合物后可提高药物的溶解度和生物利用率，在医药领域可用于提高药物溶解度、构建药物缓释系统和分离手性药物等[8],[9],[10]；在农业领域，环糊精可用于提高农药的水溶性和使用效率，同时也可用于土壤中有机污染物的清除。
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