Chương 4 Kết quả
4.2 Kết quả mơ phỏng quá trình tautomerism của phân tử adenine
Quá trình hỗ biến hĩa học (tautomerism) của các base trong phân tử ADN xảy ra khi cĩ sự dịch chuyển của nguyên tử hydro từ vị trí cân bằng này sang vị trí cân bằng khác. Đối với adenine, sự hỗ biến hĩa học xảy ra khi cĩ sự thay đổi giữa hai trạng thái amino (bền) và imino (kém bền). Trong phần nghiên cứu này, tác giả sẽ mơ phỏng quá trình hỗ biến hĩa học khi adenine chuyển từ trạng thái imino
sang amino. Để thực hiện được mục tiêu này, tác giả sẽ tiến hành khảo sát mặt thế năng của phân tử adenine và mơ phỏng đường phản ứng hĩa học trong quá trình này.
Để khảo sát mặt thế năng của adenine, tác giả lần lượt thay đổi vị trí của nguyên tử hydro H-15 trong khơng gian bằng cách thay đổi giá trị khoảng cách C6-H15 (R) và gĩc N1-C6-H15 (gĩc cấu trúc θH) để khảo sát được một vùng khơng gian trong đĩ nguyên tử H-15 cĩ thể tồn tại. Kết quả thu được thể hiện ở hình 4.5.
Hình 4.3:Gĩc cấu trúc và khoảng cách được sử dụng để xét quá trình tautomerism của phân tử adenine.
Hình 4.4:Mặt phẳng thế năng của phân tử adenine.
Trên mặt thế năng của phân tử adenine ta nhận thấy cĩ một vị trí cực tiểu địa phương (R≈1.87Ǻ, H≈300) vị trí này hồn tồn trùng khớp ứng với trạng thái imino, một vị trí yên ngựa (R≈1.61Ǻ, H ≈53.40) tương ứng với trạng thái chuyển tiếp và một vị trí cực tiểu tồn cục (R≈2.07Ǻ, H ≈940) ứng với trạng thái amino. Như vậy hai trạng thái amino và imino là hai trạng thái bền và do cĩ năng lượng bé hơn nên trạng thái amino sẽ là trạng thái bền hơn. Quan sát đường mơ phỏng phản ứng hĩa học trên
mặt thế năng tác giả nhận thấy đường này sẽđi qua các trạng thái cĩ năng lượng là cực trị trên mặt thế năng. Điều này hồn tồn phù hợp với nguyên lý cực tiểu năng lượng. Dựa vào đồ thị mơ phỏng đường phản ứng hĩa học, ta nhận thấy năng lượng tương quan trong quá trình đồng phân hĩa giữa hai trạng thái imino và amino là 0,53eV; giữa trạng thái chuyển tiếp và amino là 2,1 eV.
Năm 1935 Eyring đưa ra định đề đường phản ứng hĩa học là đường chuyển động duy nhất đi qua đỉnh mặt yên ngựa (saddle - point) trên mặt thế năng (PES) xác định diễn biến của một phản ứng hĩa học. Đường này được xác định là đường nối các điểm mà tại đĩ năng lượng của hệ đạt cực tiểu MERP ứng với mỗi cấu trúc. Năm 1981 K. Fukui đưa ra khái niệm IRC (Intrinsic Reaction Coordinate) là một đường cong thể hiện chuyển động của một hệ nguyên tử trên mặt thế năng (PES), thực chất nĩ là đường đi xuống từ trạng thái chuyển tiếp theo hai hướng tới phân tử tham gia phản ứng và phân tử tạo thành. Trong Gaussian, ta dùng Job type IRC bằng phương pháp phiếm hàm mật độ DFT với hệ hàm cơ sở 6-31G+(d,p) để đã mơ phỏng được đường phản ứng hĩa học trong quá trình
tautomerism của adenine.
Hình 4.5:Mơ phỏng đường phản ứng hĩa học của adenine.