链状结构的疏水性对溶剂控制的轮烷穿梭行为的影响

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