（台州学院医药化工学院， 浙江 台州 316000）

用自然原子轨道电荷估测取代吡啶的pKa值

汪志鹏，吴俊勇，陈 丹，许威蕙，郭亚妮，钟爱国

（台州学院医药化工学院， 浙江 台州 316000）

使用密度泛函理论(DFT) 和 B3LYP/3-21G 基组，优化了 24 种取代吡啶类分子结构，发现吡啶环上氮原子的自然原子轨道电荷 (NBO) 值与其实验 pKa值之间存在良好的线性关系(R=-0.623 23)，比其原子核静电势电荷 (ESP) 值拟合的好。计算了12 种未知 pKa值的多取代吡啶化合物的 NBO 参数，代入拟合出的线性参数方程, 发现与流行软件 ACD Lab 6.0 预测得到的多取代吡啶的 pKa值非常接近，最大偏差ΔpKa小于 ± 0.07, 新方法可以估测到pKa值小数点后3位数。

密度泛函理论方法；取代吡啶；自然原子轨道电荷；pKa

吡啶在工业上常用作变性剂、助染剂，以及合成一系列有用的衍生产品（包括药品、消毒剂、染料等）的原料[1]。植物细胞中的生物碱都具有吡啶环结构[2,3]。吡啶类化合物的酸式电离常数值pKa是一个非常重要的物理化学参数[4,5]。通常它们的值可以通过实验来测定。但实验测定方法会有一定的局限性，由于吡啶类化合物还是易挥发的并且有剧毒。因此通过分子的结构-活性关系（QSAR）方法来对多取代吡啶类化合物pKa值进行预测研究（见图1），建立具有pKa预测能力的较佳数学模型，这对于了解吡啶类化合物的药理及毒理性质具有重要意义[6,7]。

图1 取代吡啶的结构式及编号Fig.1 The structural formula of substituted Pyridine

1 计算方法

1.1 量化参数计算法

使用Gaussion 09W软件,构建24个已知实验pKa值的取代吡啶的分子结构模型，然后在DFT/B3LYP/3-21G 理论水平下，优化它们的结构，计算得到相对应的量化参数，分别记录吡啶及其取代吡啶环上N原子上的静电势电荷（ESP）和自然原子轨道电荷（NBO）值。……