(2S)-2,6-二氨基己酸[DAHA]的光谱学、电子态及分子对接研究：计算与实验的多维解析

本研究通过密度泛函理论(DFT)结合6-311++G(d,p)基组，系统解析了L-赖氨酸分子(DAHA)的几何结构、振动光谱(FMO/ELF/NLO)、电子特性及药物潜力。研究人员通过FTIR/UV-Vis实验验证理论计算，揭示其非线性光学性质(βtot=1.752×10-30 esu)和抗骨质疏松活性(结合能-5.5 kcal/mol)，为氨基酸功能化材料开发和抗病毒药物设计提供新思路。

　　

在生命科学和健康医学领域，氨基酸的功能多样性一直是研究热点。L-赖氨酸(L-Lysine)作为人体必需氨基酸，不仅是蛋白质合成的关键底物，更在胶原形成、免疫调节和代谢过程中发挥核心作用。然而，其分子层面的电子结构特性与生物活性间的构效关系尚未完全阐明，这限制了其在药物开发和功能材料中的应用潜力。同时，赖氨酸缺乏导致的贫血、结缔组织缺陷等疾病也亟需更深入的作用机制研究。

针对这些问题，来自贾米亚米利亚伊斯兰大学和阿格拉Dayalbagh教育学院的研究团队在《BMC Chemistry》发表了创新性成果。研究采用密度泛函理论(DFT)与实验光谱相结合的策略，首次系统揭示了(2S)-2,6-二氨基己酸[DAHA]的电子结构规律和生物活性特征。通过B3LYP/6-311++G(d,p)方法计算结合FTIR/UV-Vis验证，不仅构建了完整的分子光谱数据库，更发现其独特的非线性光学性质和药物潜力，为氨基酸功能化应用开辟了新途径。

研究主要运用了以下关键技术：1）量子化学计算（DFT方法优化几何结构和电子参数）；2）振动光谱分析（VEDA程序计算势能分布PED）；3）前沿分子轨道理论（FMO分析化学活性）；4）分子对接（Autodock-Vina评估生物活性）；5）药代动力学预测（SwissADME工具评估药物相似性）。

优化分子几何结构
通过DFT计算获得DAHA最低能量构型，其线性结构中C1-C2键长1.547 ?显著受羧基氧影响，而C1-O3双键(1.203 ?)与C1-O4单键(1.339 ?)的差异验证了羧酸基团特性。CAM-B3LYP方法对键角预测最准确，如C2-C1-O3(122.84°)与实验值(116.74°)偏差仅5.2%，证实计算模型的可靠性。

振动光谱研究
66个振动模式中，NH₂伸缩振动在3460 cm^-1（PED贡献99%）和COOH羰基振动在1761 cm^-1（PED 87%）形成特征峰。特别值得注意的是，C-H键长因氨基推电子效应增至1.10 ?，这为理解分子内电荷转移提供了结构基础。

UV谱与前沿分子轨道
TD-DFT计算显示DAHA在甲醇中λ_max=256 nm，与实验值完美吻合。HOMO(-5.347 eV)与LUMO(-1.756 eV)能隙3.591 eV表明分子稳定性，而化学软度(0.557 eV)预示其低毒性特征。

电子局域函数与反应描述符
ELF分析显示氢原子区域电子局域最强（红色区域），而羧基周围存在离域效应（蓝色区域）。MEP图谱揭示COOH区域负电位(-6.18×10^-2 eV)是亲电攻击位点，与Fukui函数分析的亲核活性顺序C2>C17一致。

热力学性质
温度依赖性研究表明，100-1000K区间熵值从75.358增至196.695 kJ/mol，而吉布斯自由能降低，证实分子在高温下的构象灵活性。二次回归方程精准预测热力学参数（R²>0.999），为工业加工提供理论指导。

非线性光学特性
DAHA的一阶超极化率(β_tot=1.752×10^-30 esu)超越尿素参考值，主要贡献来自β_XXX分量（164.5451 a.u），这与其沿x轴的电荷转移特性密切相关，预示其在光电器件中的应用潜力。

生物活性评估
药物相似性分析显示DAHA符合Lipinski五规则（HBD=3，TPSA=89.34 ?²）。分子对接发现其与水解酶3U9W结合能达-5.5 kcal/mol，通过N-H…O氢键（2.143-2.487 ?）稳定结合，支持其抗骨质疏松和抗疱疹病毒的双重活性。

这项研究通过多尺度计算方法与实验验证，首次完整揭示了DAHA的构效关系：1）CAM-B3LYP方法对几何参数预测最精确；2）ELF图谱明确了电荷分布的空间特征；3）3.591 eV的能隙保障了分子稳定性；4）超极化率指标显示光电应用潜力；5）分子对接证实其作为多靶点药物的可行性。这些发现不仅深化了对氨基酸生物物理特性的认知，更为设计基于赖氨酸的抗病毒药物和功能材料提供了理论框架。特别值得注意的是，研究建立的温度依赖模型和NLO性能数据库，可直接指导工业发酵工艺优化和生物材料开发，具有显著的转化应用价值。