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本論文電子全文於2013-07-17起於校外公開使用
本論文紙本於2013-07-17起公開使用
  
系統識別號 U0002-0907201314044500
DOI 10.6846/TKU.2013.00254
論文名稱(中文) (3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)-thiepane-3,4,5-triol的結構與13C化學位移之理論計算研究
論文名稱(英文) Theoretical Studies of Structures and13C NMR Chemical Shifts for (3R,4R,5R,7S)-7- (hydroxymethyl)-thiepane-3,4,5-triol
第三語言論文名稱
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中文) 化學學系碩士班
系所名稱(英文) Department of Chemistry
外國學位學校名稱
外國學位學院名稱
外國學位研究所名稱
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生(中文) 吳育陞
研究生(英文) Yun-Sheng Wu
學號 600160450
學位類別 碩士
語言別 繁體中文
第二語言別
口試日期 2013-06-11
論文頁數 81頁
口試委員 指導教授 - 王伯昌(bcw@mail.tku.edu.tw)
委員 - 李世元(adamlee@mail.tku.edu.tw)
委員 - 李錫隆(chesll@ccu.edu.tw)
關鍵字(中) 理論計算
密度泛函理論
化學位移
關鍵字(英) NMR calculation
MSTD
Thiepane
第三語言關鍵字
學科別分類
中文摘要 
在本論文研究中，我們選擇了DFT/B3LYP/6-311++G(d,p)計算方法來進行(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-triol的結構最佳化計算，並接著使用此計算方法來進行計算波茲曼分佈貢獻，計算結果顯示TCS2、TCS5及TCS6這三個構形為(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)-thiepane-3,4,5-triol七種異構物中最主要的分佈。在(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-triol 13C NMR化學位移理論計算方面挑選了GIAO/DFT/B3LYP、GIAO/DFT/OPBE、GIAO/DFT/mPW1PW91 andGIAO/HF等四種計算方法並搭配6-311++G(d,p)、6-311+G(2d.p)、cc-pVDZ及cc-pVTZ四種基底函數來做計算。
TC2 ,TC5,TC6三個構形的13C NMR化學位移計算結果與實驗值相當接近，與實驗值相比較的結果可以得到相當低的MAE及RMS值。DFT/OPBE/6-311+G(2d.p)是(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-triol 13C NMR化學位移理論計算最適用的方法，在混合構形的計算結果MAE值為1.9 ppm，RMS值為2.4 ppm。
英文摘要 
In this study, the optimized structures, relative Gibbs free energy, and Boltzman weighting factor of (3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-triolconformers were obtained by using DFT/B3LYP/
6-311++G(d,p) method. Among these conformers, we selected the TC2, TC5, TC6 to be the major contribution conformers because they exhibited a quite low total energy compared with other conformers. For the NMR calculation, the GIAO/DFT/B3LYP, GIAO/DFT/OPBE, GIAO/DFT/mPW1PW91 and GIAO/HF single point calculation with 6-311++G(d,p),6-311+G(2d.p),cc-pVDZ and cc-pVTZ basis set of (3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-triol were conducted to generate their 13C NMR chemical shifts.TC2,TC5,TC6 calculation result was very closed correlation with experimental, it was generated lower MAE and RMS value.
A good calculation method and basis set choice to evaluate the theoretical chemical shifts for these conformers is DFT/OPBE/6-311+G(2d.p), the MAE value is 1.9 ppm 
RMS value is 2.4 ppm.
第三語言摘要
論文目次 
中文摘要I
英文摘要II	                                                   
目錄III	                                                  
圖索引V	                                                 
表索引VII	                                                  
第一章緒論	
	1-1	前言	                                   1
	1-2	酵素	                                   2
	1-3	糖水解酵素與抑制劑	                           5
	1-4	核磁共振	                                  11
	1-5	文獻回顧	                                  13
	1-6	研究動機	                                  16
第二章量子化學計算理論與方法	
	2-1	前言	                                  18
	2-2	量子力學	                                  19
	2-3	Hartree-Fock 理論	                  19
	2-4	密度泛函數理論	                          22
	2-5	基底函數	                                  25
	2-5-1	最小基底函數STO-3G                          28
	2-5-2	分離價層的基底函數(Split-Valence Basis Sets) 29
	2-5-3	極化函數(Polarization Function)	          31
	2-5-4	擴散函數(Diffuse Function)	          32
	2-5-5	考慮相干的基底函數(Correlation Consistent 
                Basis Set)	                          33                                          
	2-6	加入磁場與電場的計算	                  34
	2-6-1	外加磁場的微擾處理(Molecular Field                                     
	        Perturbation)                             35
	2-6-2	分子磁性的原點關連性(Gauge Dependence)	  37
第三章結果與討論	                                          41
	3-1	研究方法	                                  41
	3-2	3-2結果與討論	                          44
	3-2.1	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane- 
                3,4,5-triol之分子幾何結構及構形分析           44             	               
	3-2.2	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-
                3,4,5-triol主要構形之 13C NMR化學位移	  52                
	3-2-3	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-
                3,4,5-triol混合構形之13C NMR化學位移並加入
                 MSTD方法比較誤差值	                 69
第四章結論                                                 75
參考文獻                                                   77




圖索引
	頁次
圖1-1	一些有效可逆抑制劑                                    7
圖1-2	一些有效的不可逆抑制劑                                 8
圖1-3	部分pyrrolidine衍生物結構                            8
圖1-4	部分piperidines衍生物結構                            9
圖1-5	部分indolizidine衍生物結構                           9
圖1-6	部分pyrrolizidine衍生物結構                         10
圖1-7	部分thiosugars衍生物結構                            10
圖2-1	比較STO-1G、STO-2G、STO-3G與1s軌域的Slater函數近
        似程度         	                                 29
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)                      32
圖3-1	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-triol 
        分子結構                                           42
圖3-2	環庚烷四種能量較低的構形Twist-Chair(T)、Chair(C)、Twist-
        Boat(TB)及Boat(B)	                          44
圖3-3	Thiepane四種構形:Twist-Chair(TC)、Chair(C)、Twist
        -Boat(TB)及Boat(B)                                45
圖3-4	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-triol
        結構示意圖                                         47
圖3-5	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-triol
        幾何結構最佳化後之7種構形                             48
圖3-6	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-triol 
        波茲曼分佈大於1%的分子結構以及分子內作用力示意圖          51
圖3-7	TCS2以不同方法搭配可得最小MAE的基底函數理論計算化學位移與實
        驗值相關性之線性迴歸圖                                65
圖3-8	TCS5以不同方法搭配搭配可得最小MAE的基底函數理論計算化學位移
        與實驗值相關性之線性迴歸圖                            66
圖3-9	TCS6以不同方法搭配搭配可得最小MAE的基底函數理論計算化學位移
        與實驗值相關性之線性迴歸圖                            66
圖3-10	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-
         triol以DFT/OPBE/6-311+G(2d,p)方法計算之13C NMR化
         學位移並與MSTD方法比較	                          73






表索引
	頁次
表1-1	酵素的類型級反應形式                                  5
表2-1	基底函數組的極化、擴散函數的應用範圍與適用原子            34
表3-1	Thiepane四種構形使用B3LYP/6-311++G(d,p)方法計算所得之
        總能量(Etotal,kcal/mole)、相對能量(ΔE, kcal/mole)以
        及頻率(cm-1)                                       46   
表3-2	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-
         triol 7個構形使用B3LYP方法搭配6-311++G(d,p)基底函數
        計算所得之相對自由能(ΔG, kcal/mole)、相對能量
         (ΔE,kcal/mole)以及波茲曼分佈(Pi%, Boltzmann
        distribution)                                     49
表3-3	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-
        triol之TCS2構形在不同計算方法的13C NMR化學位移及與實驗
        13C NMR化學位移比較之MAE與RMS值                      55
表3-4	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-
         triol之TCS5形在不同計算方法的13C NMR化學位移及與實驗
        13C NMR化學位移比較之MAE與RMS值                      59
表3-5	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-
        triol之TCS6形在不同計算方法的13C NMR化學位移及與實驗
        13C NMR化學位移比較之MAE與RMS值	                  62
表3-6	(3R,4R,5R,7S)-7-(hydroxymethyl)thiepane-3,4,5-
        triol之全部構形以及混合構形並搭配DFT/6-311+G(2d,p)計算
        方法計算的13C NMR化學位移與實驗化學位移之MAE值與RMS值並
        與MSTD方法比較	                                  71
參考文獻 
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        Montgomery J. J. A.; Vreven, T., Kudin, K. N.;
        Burtant J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.;
        Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; 
        Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji,
        H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.;
        Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.;
        Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J.
        E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Adamo, C.;
        Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.;
        Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.;
        Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth,
        G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski,
        V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.;
        Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.;
        Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.;
        Cui,Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S. Cioslowski, J.;
        Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz,
        P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith,
        T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.;
        Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen,
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