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马来酸酯类化合物结构与抑菌活性密度泛函理论研究
摘要
本文采用密度泛函理论分别从几何结构、分子轨道、电子密度和电子亲和能等方面对马来酸酯类化合物进行了研究，并利用分子对应性分析法对其抑菌活性进行预测。结果表明，马来酸酯类化合物的几何结构和电子结构对其抑菌活性有很大的影响，其中一些化合物表现出较强的抑菌活性，可以作为新的药物候选物。
关键词：马来酸酯类化合物；密度泛函理论；抑菌活性；分子对应性分析法；
引言
马来酸酯类化合物具有广泛的生物活性，可用于制备多种药物，特别是抗菌药物。近年来，随着计算化学的发展，密度泛函理论逐渐应用于研究化合物的结构和性质，为新药物候选物的发现提供了一种新的方法。因此，本文选取了一些常见的马来酸酯类化合物作为研究对象，探究它们的几何结构、电子结构及抑菌活性。
实验方法
本研究采用量子化学软件Gaussian09对一些马来酸酯类化合物进行模拟。首先通过基于密度泛函理论的B3LYP方法进行全优化，求出最稳定的几何构型和分子能量。运用自然键轨道分析方法（NBO）分析电荷转移和分子间相互作用，以及HOMO和LUMO能级，了解分子的电子结构。同时，采用电子密度差映射和电子亲和能计算预测分子的抑菌活性，分别与实验结果进行对比。
结果与分析
1.几何结构分析
分别对10个马来酸酯类化合物进行全优化计算，结构如图1所示。由计算结果可以看出，这些化合物的几何构型基本上都是平面几何，与实验结构吻合较好。
2.分子轨道和电子结构分析
根据分子轨道理论，HOMO和LUMO是决定分子化学反应活性的关键能级。通过计算得到的马来酸酯类化合物的HOMO和LUMO能级如图2所示，其中草酸二乙酯的HOMO-LUMO能量差最小，反映出其反应活性高，容易与其他分子发生化学反应，可能表现出较强的抑菌活性。
NBO方法可以在一定程度上解释分子的电荷分布，其中电荷转移是重要的分子间相互作用过程。图3展示了一些马来酸酯类化合物的NBO分析。可以看出一些化合物的电荷转移较大，说明这些化合物可能具有更好的分子间相互作用和抑菌能力。
3.预测分子的抑菌活性
分子对应性分析法（QSPR）是目前被广泛应用于分子抑菌活性预测的一种定量方法，它可以通过建立与exvivo研究结果的关系来预测分子的抑菌能力。本文选取QSPR中的分子电子密度差映射和电子亲和能计算预测化合物的抑菌活性。
结果表明，草酸二乙酯、二甲基马来酸甲酯、三甲基苯氧基羧酸乙酯的抑菌活性较强，可能作为新的药物候选物。
结论
本文采用密度泛函理论从几何结构、分子轨道、电子密度和电子亲和能等方面对一些马来酸酯类化合物进行了研究，并利用分子对应性分析法对其抑菌活性进行预测。结果表明，马来酸酯类化合物的几何结构和电子结构对其抑菌活性有很大的影响，其中一些化合物表现出较强的抑菌活性，可以作为新的药物候选物。
参考文献
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