有机金属催化的理论研究

由于催化过渡金属反应在工业和合成过程中的应用,采用从头计算分子轨道法(MO)和密度泛函理论(DFT)方法研究了一系列过渡金属催化化学反应。我们主要研究过渡金属手性催化的反应机理,涉及到代换、迁移插入、氢转移、氧化加成/还原性消除、转位和亲核加成等各类基本反应。

不对称氢化

手性醇类和胺类化合物在医药、香水和农业化学工业中占有重要地位。酮/亚胺的不对称加氢是过渡金属配合物催化合成手性醇/胺的主要途径之一。为了研究过渡金属中心和配体对映体的催化活性和对映体选择性,我们进行了一系列的理论研究。计算结果还揭示了醇和酸在酮的转移加氢和H2加氢中的固有性质。同时,利用手性膦配体的化学信息建立了可靠的定量结构-性能关系(QSPR)模型。综上所述,希望结合以上因素设计出具有较高活性和对映体选择性的新型骨架过渡金属催化剂,用于酮/亚胺加氢工业。(本项目由国家自然科学基金资助,批准号:21072018,01/01/2011-12/31/2013)。

表面催化反应的理论研究

采用理论与计算化学方法研究多相催化反应,构建符合真实反应过程的多尺度的多相催化反应模型,计算真实环境下的多相催化反应的反应路径,确定催化活性中心,模拟探索多相催化反应的活性描述数据,揭示催化反应机理和催化材料构效关系,发展多相催化理论。面向小分子活化与能源催化,为实验上有针对性的定向合成催化反应所需的表界面结构和活性中心提供重要的理论参考。

计算生物物理化学

三维结构和动力学与生物分子的功能密切相关。生物分子模型为研究分子在原子水平上的动力学与功能、突变效应或pH之间的关系提供了一种实用的方法。利用模拟方法和强大的超级计算机设备,计算大分子的热力学和动力学特性是可行的。它们对设计生物分子靶点新药具有重要意义。

分子动力学模拟

分子建模包括分子动力学或蒙特卡罗模拟,以模拟动力学特征和计算热力学和动力学性质。从蛋白质的氨基酸序列预测蛋白质的三维结构是当前结构生物学研究的热点。许多淀粉样蛋白相关疾病被认为与蛋白质折叠和错折叠有关,如阿尔茨海默病(AD)、亨廷顿病(HD)和帕金森病(PD)。在过去的15年中,随着实验和理论技术的发展,已经取得了巨大的进步。分子动力学模拟是正确预测多肽类天然结构最现实的理论方法之一。它可以阐明小蛋白在原子水平上的折叠特征。这些x射线晶体学无法揭示的动态特征,将为研究行为质的差异的起源提供重要的见解,并可能为淀粉样蛋白通路的第一步提供见解。

药物设计

除了晶体学外,分子模拟在结构生物学和药物发现中也占有重要地位。利用生物信息学、对接、QSAR等工具,明确“钥匙”与“锁”的绑定方式。基于实验(x射线或核磁共振结构)或理论方法(同源模型)的锁的三维形状,它为我们提供了一个机会来设计一个先导化合物来精确地适合锁。

过渡金属生物分子系统的QM/MM研究

采用分子力学(QM/MM)方法对生物分子催化机理进行了研究。

J软件开发

开发方便便捷的分子图形软件,构建分子结构建模和显示,搭建分子化学对称性教学平台,进行分子结构信息的数据处理和构效关系的研究,构筑基于催化反应的配体数据库,开展基于机理的高活性高选择性催化剂的分子设计。

 

 

 

研究资助

我们小组的研究部分由以下机构资助:

国家自然科学基金(NSFC批准号:21672018 (2017-2020,项目主持人:雷鸣)、21373023 (2014-2017,项目主持人:雷鸣)、21072018 (2011-2013,项目主持人:雷鸣)、 20703003 (2008-2010,项目主持人:雷鸣))

国家自然科学基金(NSFC)与英国皇家学会(RS)联合研究基金(NSFC-RS批准号:2161101308 (2017-2019,项目主持人:雷鸣))

中央高校基本科研业务费项目,教育部(FRFCU批准号:PYCC1708,2017,项目主持人:雷鸣)

国家自然科学基金-广东联合基金(二期)超级计算应用研究专项(2015-2017,项目主持人:雷鸣)

北京市自然科学基金(BJNSF,批准号:2162029,2016-2018,项目主持人:雷鸣)

北京化工大学学科建设与发展基金(批准号:XK1527,2015-2016,项目主持人:雷鸣)

北京市科技新星计划(批准号:2005B17,2005-2008,项目主持人:雷鸣)

归国留学生科研基金,教育部(国家留学基金委,2006-2008,项目主持人:雷鸣)。

NHwa制药公司合作项目(NHwa, 2006-2008,项目主持人:雷鸣)

中央高校基本科研业务费项目,教育部(FRFCU,批准号:ZZ1020,2008-2010,项目主持人:雷鸣)

北京大学天然与仿生药物国家重点实验室开放研究基金(SKLNBD ORF  批准号: K20100103, 2009-2011,项目主持人:雷鸣)