利用半經驗PM3方法與全始算密度泛函數理論之B3LYP/6-311++G**方法，探討七圓環之醣水解酵素抑制劑Trihydroxyazepanes三種異構物之最穩定構形，我們發現由於有分子內氫鍵形成會穩定整個分子結構。在本篇論文研究中，也利用不同計算方法包含HF及密度泛含數理論之B3LYP和OPBE方法，搭配一系列基底函數包含6-311++G**、6-311+G(2d,p)、cc-pVDZ與cc-pVTZ來計算化學位移，所搭配計算化學位移的方法為GIAO。由計算結果發現，以OPBE方法計算所得之化學位移會介於HF和B3LYP之間，而其中搭配cc-pVDZ此基底函數計算所得之化學位移的平均絕對誤差( MAE)會較小，且較接近於實驗值。

PM3 of semiempirical methods and B3LYP/6-311++G** of ab initio methods were used to investigate the most stable conformer of three isomers of trihydroxyazepanes, which are seven-membered-rings glycosidases. According to the calculation results, the stable conformer depend on intramolecular hydrogen bonding. In this study, the physical property( NMR chemical shift ) of the most stable conformers were generated by HF method, B3LYP and OPBE of ab initio( GIAO) methods with a series of basis sets include 6-311++G**, 6-311+G(2d,p), cc-pVDZ and cc-pVTZ . Comparing to the experimental data of 13C NMR for all most stable conformers, we predict the chemical shift which was obtained by OPBE method is between HF and B3LYP methods, and the mean absolute error( MAE ) of cc-pVDZ is close to the experimental data.

頁次
中文摘要	I
英文摘要	II
目錄	III
表格索引	VI
圖片索引	VII
第一章 緒論	1
1-1 酵素的簡介	1
1-2 醣水解酵素	4
1-3 醣水解酵素抑制劑	5
1-4 醣水解酵素抑制劑的結構	7
1-5 氫鍵	10
1-6 核磁共振	11
1-7 研究動機	13
第二章 理論計算與方法	16
2-1 前言	16
2-2 量子化學	20
2-2-1 薛丁格方程式	21
  2-2-2 波恩-歐本海莫近似法	23
  2-2-3 分子軌域理論	25
2-3 量子計算方法	28
  2-3-1 Hartree-Fock理論	28
  2-3-2 密度泛函數理論	32
  2-3-3 AM1、PM3半經驗計算方法	36
2-4 基底函數組	38
2-4-1 最小基底函數STO-3G	41
  2-4-2 分離價層的基底函數	43
  2-4-3 極化函數	45
2-4-4 擴散函數	46
2-4-5 考慮相干的基底函數	47
2-5 分子性質	48
  2-5-1 外加磁場的微擾處理	49
2-5-2 分子磁性的原點關連性	51
第三章 研究設備	55
3-1 硬體設備	55
3-2 軟體設備	55
第四章 結果與討論	57
4-1 (3R,4R,5R)-Trihydroxyazepanes的構形	60
  4-1-1 (3R,4R,5R)-TrihydroxyazepaneTCN7(eq)構形NMR之探討 68
4-2 (3R,4R,6S)-Trihydroxyazepane的構形	73
  4-2-1 (3R,4R,6S)-TrihydroxyazepaneTCN1(eq)構形NMR之探討 82
4-3 (3S,4R,6S)-Trihydroxyazepane的構形	86
  4-3-1 (3S,4R,6S)-TrihydroxyazepaneTCN2(eq)構形NMR之探討 95
第五章 結論	99
第六章 未來展望	101
參考文獻	102

表格索引
表1-1 酵素的類型及反應形式 3
表1-2 不同方法計算遮蔽常數之絕對平均誤差 15
表2-1 包含相干效應的基底函數組所使用的軌域函數 48
表4-1 ( 3R,4R,5R)-Trihydroxyazepane 各構形的能量 65
表4-2 TCN7(eq)構形分子內氫鍵可能發生位置及鍵長 66
表4-3 ( 3R,4R,5R)-Trihydroxyazepane 之TCN7(eq)構形以不同計算方法搭配GIAO 方法所得之化學位移 70
表4-4 ( 3R,4R,6S)-Trihydroxyazepane 各構形之能量 79
表4-5 TCN1(eq)構形分子內氫鍵可能發生位置及鍵長 81
表4-6 ( 3R,4R,6S)-Trihydroxyazepane 之TCN1(eq)構形以不同計算方法搭配GIAO 方法所得之化學位移 83
表4-7 ( 3S,4R,6S)-Trihydroxyazepane 各構形之能量 92
表4-8 TCN2(eq)構形分子內氫鍵可能發生位置及鍵長 94
表4-9 ( 3S,4R,6S)-Trihydroxyazepane 之TCN2(eq)構形以不同計算方法搭配GIAO 方法所得之化學位移 96

圖片索引
圖1-1 一些有效可逆抑制劑( a 為中間體，b、c、d 為有效的可逆抑制劑) 6
圖1-2 一些有效不可逆抑制劑( a、b、c 為不可逆抑制劑，c 為含氟的不可逆抑制劑) 7
圖1-3 部分pyrrolidine 衍生物結構 8
圖1-4 部分piperidines 衍生物結構 8
圖1-5 部分indolizidine 衍生物結構 9
圖1-6 部分pyrrolizidine 衍生物結構 9
圖1-7 氫鍵形成之相關示意圖 10
圖2-1 比較STO-1G、STO-2G、STO-3G 與1s 軌域的Slater函數近似程度 43
圖2-2 對於極性分子系統的軌域型態，用加入額外軌域型態函數來加以修正（p 軌域加上d 函數；s 軌域加上p 函數） 46
圖4-1 Trihydroxyazepanes 三種不同異構物之分子結構示意圖 58
圖4-2 ( 3R,4R,5R)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化後之TB構形 61
圖4-3 ( 3R,4R,5R)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化後之TB構形 62
圖4-4 ( 3R,4R,5R)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化後之TC構形 63
圖4-5 ( 3R,4R,5R)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化後之TC構形 64
圖4-6 ( 3R,4R,5R)-Trihydroxyazepane 之TCN7(eq)構形 66
圖4-7 TCN7(eq)之不同計算方法與絕對平均誤差(MAE)相關圖 72
圖4-8 ( 3R,4R,6S)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化後之TB構形 74
圖4-9 ( 3R,4R,6S)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化後之TB構形 75
圖4-10 ( 3R,4R,6S)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化後之TC構形 76
圖4-11 ( 3R,4R,6S)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化後之TC構形 77
圖4-12 ( 3R,4R,6S)-Trihydroxyazepane 之TCN1(eq)構形 81
圖4-13 TCN1(eq)之不同計算方法與絕對平均誤差( MAE)相關圖 84
圖4-14 ( 3S,4R,6S)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化之TB 構形 87
圖4-15 ( 3S,4R,6S)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化之TB 構形 88
圖4-16 ( 3S,4R,6S)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化之TC 構形 89
圖4-17 ( 3S,4R,6S)-Trihydroxyazepane 幾何最佳化之TC 構形 90
圖4-18 ( 3S,4R,6S)-Trihydroxyazepane 之TCN2(eq)構形 94
圖4-19 TCN2(eq)之不同計算方法與絕對平均誤差( MAE)相關圖 97

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