Correlated ab initio study of nucleic acid bases and their tautomers in the gas phase, in a microhydrated environment and in aqueous solution Part 1. Cytosine

文献情報

出版日 2002-07-25
DOI 10.1039/B202156K
インパクトファクター 3.676
著者

Semen A. Trygubenko, Tetyana V. Bogdan, Manuel Rueda, Modesto Orozco, F. Javier Luque, Jiří Šponer, Petr Slavíček, Pavel Hobza


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要旨

Canonical, enol and imino tautomers of cytosine were studied theoretically in the gas phase, in a microhydrated environment (1 and 2 waters) and in bulk water. The structures of isolated, mono- and dihydrated tautomers were determined at the RI-MP2 level with the TZVPP basis set. The relative energies of isolated tautomers were calculated up to the CCSD(T) level using the cc-pVTZ basis set and at the MP2 level using the aug-cc-pVQZ basis set. For the MP2 and CCSD(T) predictions, complete basis set estimates were obtained using various extrapolation techniques. One of the enol forms is the global minimum at all theoretical levels in the gas phase while the canonical form represents the first local minimum. Already two water molecules reverse the relative stability of these two tautomers making the canonical form the global minimum. The effect of bulk solvent on the relative stability of cytosine tautomers was examined from self-consistent reaction field, Monte Carlo and molecular dynamics free energy calculations. Bulk solvent calculations unambiguously favored the canonical tautomer over the enol forms, in agreement with the trends found for the mono- and dihydrated cluster model. However, the bulk solvent results for relative energy changes differ from those of the cluster model. While the enol structure is predicted to be the least stable species in the bulk solvent, the microhydration model predicts it to be the first local minimum with a rather small energy difference (∼1 kcal mol−1) with respect to the global minimum.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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