Understanding the various structures of gold clusters and the interaction modes between Au clusters and biomolecules is an important issue in material science such as biosensors and catalysts. The binding of small gold clusters (Aunn = 2–5) with neutral and anionic forms of arginine (Arg) amino acid is investigated in this study using density functional theory (DFT) and B3LYP level. The relative stability among different forms of Au clusters including linear, zigzag, planar, and three-dimensional Au clusters was estimated, initially. The calculated findings show that the zigzag structure for Au3 and the planar structure for Au4 and Au5 are the best form. Furthermore, the different modes of interaction were taken into account from thermodynamic view point between the most stable conformers of Arg and Arg− with gold clusters. Finally, the arginine is considered as a weak organic acid to investigate the impact of Au clusters on the gas phase acidity. The acidity of isolated arginine and the acidity of [Aun/Arg] complexes were also compared. Based on the obtained results, upon the complexation with Au clusters at 298 K, for the interaction of Au, Au2, Au3, Au4, and Au5 clusters with arginine, the gas phase acidity (GPA) of arginine alters from 342.12 to 314.17, 303.04, 299.42, 303.41, and 331.66 kcal/mol respectively. These calculated values predict that when a weak organic acid is complexed with Au clusters, it will be altered to super acid. Furthermore, for isolated and complexed species of Arg, pKa values were evaluated in water solvent.

中文翻译：

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精氨酸氨基酸与金簇相互作用及其对精氨酸酸度影响的QM研究

了解金簇的各种结构以及金簇与生物分子之间的相互作用模式是生物传感器和催化剂等材料科学中的一个重要问题。本研究使用密度泛函理论 (DFT) 和 B3LYP 水平研究了小金簇 (Aunn = 2-5) 与中性和阴离子形式的精氨酸 (Arg) 氨基酸的结合。初步估计了不同形式的金簇之间的相对稳定性，包括线性、锯齿形、平面和三维金簇。计算结果表明，Au3 的锯齿形结构和 Au4 和 Au5 的平面结构是最好的形式。此外，从热力学角度考虑了 Arg 和 Arg− 的最稳定构象异构体与金簇之间的不同相互作用模式。最后，精氨酸被认为是一种弱有机酸，以研究金簇对气相酸度的影响。还比较了分离的精氨酸的酸度和 [Aun/Arg] 复合物的酸度。根据所得结果，在298 K与Au团簇络合后，Au、Au2、Au3、Au4和Au5团簇与精氨酸相互作用，精氨酸的气相酸度（GPA）由342.12变为314.17、303.04 、299.42、303.41 和 331.66 kcal/mol。这些计算值预测，当弱有机酸与 Au 簇复合时，它会变成超酸。此外，对于分离的和复合的 Arg 物质，在水溶剂中评估了 pKa 值。还比较了分离的精氨酸的酸度和 [Aun/Arg] 复合物的酸度。根据所得结果，在298 K与Au团簇络合后，Au、Au2、Au3、Au4和Au5团簇与精氨酸相互作用，精氨酸的气相酸度（GPA）由342.12变为314.17、303.04 、299.42、303.41 和 331.66 kcal/mol。这些计算值预测，当弱有机酸与 Au 簇复合时，它会变成超酸。此外，对于分离的和复合的 Arg 物质，在水溶剂中评估了 pKa 值。还比较了分离的精氨酸的酸度和 [Aun/Arg] 复合物的酸度。根据所得结果，在298 K与Au团簇络合后，Au、Au2、Au3、Au4和Au5团簇与精氨酸相互作用，精氨酸的气相酸度（GPA）由342.12变为314.17、303.04 、299.42、303.41 和 331.66 kcal/mol。这些计算值预测，当弱有机酸与 Au 簇复合时，它会变成超酸。此外，对于分离的和复合的 Arg 物质，在水溶剂中评估了 pKa 值。精氨酸的气相酸度 (GPA) 分别从 342.12 变为 314.17、303.04、299.42、303.41 和 331.66 kcal/mol。这些计算值预测，当弱有机酸与 Au 簇复合时，它会变成超酸。此外，对于分离的和复合的 Arg 物质，在水溶剂中评估了 pKa 值。精氨酸的气相酸度 (GPA) 分别从 342.12 变为 314.17、303.04、299.42、303.41 和 331.66 kcal/mol。这些计算值预测，当弱有机酸与 Au 簇复合时，它会变成超酸。此外，对于分离的和复合的 Arg，在水溶剂中评估了 pKa 值。