بررسي توتومريزاسيون (C-O) يكي از مشتقات فلوسيتوزين با استفاده از روش DFT

Investigation of C-O tautomerism in a derivative of Flucytosine: A DFT study

در اين تحقيق بررسي توتومريزاسيون و حالت‌هاي گذار 6-هيدروكسي 5-فلوئوروسيتوزين كه حاصل از انتقالات 1و3 پروتون بين اتم هاي اكسيژن و كربن است با استفاده از محاسبات كوانتومي در سطح محاسباتيDFT-B3LYP/6-311++G(d,p)، در فاز گازي و حلال و در محيطي با حضور يك تا سه مولكول آب انجام شده است. بدين منظور ساختار بهينه توتومرهاي مختلف مولكول مورد نظر بدست آمده‌اند. همچنين با استفاده از محاسبات فركانس در سطح محاسباتي مشابه، خواص ترموديناميكي تعادل‌هاي مختلف توتومري از قبيل E∆، H∆، G∆ وKeq بدست آمده‌اند. سپس با استفاده از روش‌هاي QST2 و QST3 حالت هاي گذار تعادل‌هاي توتومري مختلف مولكول -هيدروكسي 5-فلوئوروسيتوزين و مقادير سينتيكي و ترموديناميكي آنها محاسبه شده-اند. اثرات تونل‌زني نيز بر روي سرعت واكنش‌هاي مربوطه بررسي شده‌اند. نتايج نشان ميدهند ثابت سرعت واكنش‌هاي توتومري مورد بررسي در هر دو فاز گاز و حلال نسبت به اثرات تونل‌زني حساسيت بالايي دارند و سرعت واكنش هاي توتومري در حدود پنج برابر يا بيشتر افزايش مي‌يابند. همچنين محاسبات حالت گذارنشان مي دهند در غياب مولكول‌هاي آب سد انرژي مقدار بالايي دارد و سرعت واكنش هاي توتومري عمدتاً بدون حضور كاتاليزور خيلي آهسته بوده به عبارتي انجام‌پذير نيستند.

In this research investigation of tautomerism and transition states of 6-Hydroxy 5-Flourocytosine from 1,3 proton transfer between oxygen and carbon atoms in the gas phase and in solution and in a micro hydrated environment with 1-3 water molecules was performed by quantum calculations at the DFT/B3LYP/6-31++G(d,p) level of theory. For this purpose, the optimized geometries of various tautomers of the desired molecule were obtained. Also by using frequency calculations at the same level thermodynamic properties of different tautomeric equilibriums such as ΔE, ΔH, ΔG and Keq were obtained. Then transition states of various tautomeric interconversion of 6-Hydroxy 5-Flourocytosine and it’s kinetic and thermodynamic amounts were calculated by QST2 and QST3 methods. an‎d also the tunneling effects on rates of reaction were investigated. The results show in both gas phase and solution, rate constants of tautomeric reactions have high sensitivity on tunneling effects and rate of tautomeric interconversion increase by about five or more. Also transition state calculations show in absence of water assisted molecules the tautomeric interconversion reacctions have high barrier energy and so are very slow, in other word they can not be done