手性分子中的宇称破缺:D-和L-丙氨酸的变温中子结构研究

利用单晶的中子衍射研究295 K和60 K时丙氨酸对映体的结构特征以及由D到L构型转变的可能性.中子衍射数据揭示了变温过程中产生的晶格扭曲和的扭转. 通过分析宇称破缺能差EPV随二面角及扭角的变化,肯定了D-丙氨酸能量高于L-丙氨酸的结论.降温过程中D-和L-丙氨酸的弱氢键的行为的差异表明,可能是由于电弱相互作用宇称不守恒所引起.丙氨酸中子结构再次证实Cα－H…O氢键的存在.然而,比较295 K和60 K(高于和低于丙氨酸相变温度250 K)的中子衍射结构数据,表明并没有发生D型到L型的构型转化,这意味着Salam相变不是传统意义的结构相变.     

分子手性的温度效应：D-丙氨酸的变温X衍射和中子衍射研究

利用X衍射（300, 270, 250 K）和中子衍射（300, 260, 250, 240 K）研究D-氨酸单晶在静态的和动力学的变温过程中的结构特征以及考证Salam预言的由D到L构型转变的可能性. 实验发现丙氨酸晶体的空间群P212121对称性没有改变. 实验结果否定了构型相变的可能，但是发现在~250 K有一个微小的、连续的对称性破缺发生. 晶体分子振动产生的环电流模型可以用来解释D-和L-丙氨酸单晶直流磁化率和天然旋光角相反的现象， 与之相关的中子衍射数据进一步揭示了变温过程中αC－H(2), N－H(1), N－H(4), N－H(6) 键长的不同变化. 中子衍射还显示了质子移动所导致的动力学无序，来源于分子内氨基和羧基形成的氢键和分子间αC－H和氨基形成的氢键，从而产生的晶格扭曲和NH³⁺的扭转. 实验结果表明Salam预言相变不是传统意义的结构相变，而是由于温度效应导致了在相变点附近分子的宇称破缺能差（PVED）增大，然后通过氨基酸分子的隧道效应扩大了宇称破缺能差的影响，这一研究为生命现象中快速的均一手性形成提供了非线性机理的合理解释.     

D-、L-和DL-缬氨酸晶体低温旋光性研究

由于电弱力宇称不守恒,氨基酸对映体分子间存在宇称破缺能差，通过Z0粒子的介导，在某临界温度下，氨基酸分子会发生类似于BCS(Bardeen-Cooper-Schrieffer)超导的玻色凝聚,引起二级相变,理论推测相变温度约在250 K.本文通过原位测量在240～290 K下， D型、L型和DL型缬氨酸晶体的旋光角随温度的变化，发现D型和DL型缬氨酸晶体在270 K有旋光角跃变， L型缬氨酸晶体的旋光角基本不变，为Salam预言的二级相变提供了直接证据.     

宇称与手性——丙氨酸（缬氨酸）对映体宇称破缺能差的实验探索

为什么构成生命的蛋白质全由L型氨基酸组成（DNA和RNA全由D核糖组成）,这是至今未解的科学之谜.由Z°玻色子介导的弱中性流宇称破缺被认为是造成生命分子手性起源的主要原因.1991年Salam提出由于Z°相互作用,电子与电子或电子与核子耦合形成库柏对,在其临界低温下玻色凝聚,有可能引起氨基酸由D型向L型的二级相变,并理论预测相变温度为250 K.本文用差分绝热连续加热量热法测定了100～300 K下D-缬氨酸(丙氨酸)和L-缬氨酸(丙氨酸)的Cp－T图,实验发现在270 K有明显的λ型二级相变.用量子磁强计测定了正向与反向1万高斯下直流磁化率行为,显示出D和L型氨基酸不同电子手征性密度特征.利用毛细管手性柱气相色谱分析否定了Salam预言的氨基酸由D型到L型相变的可能性.本文在实验中发现的相变,虽然不是D型到L型相变,但检测出了电弱力宇称不守恒能差在分子水平上的反映.     

D-和L-丙氨酸的磁手性相变

利用变温直流磁化率测定, 在外加磁场强度为1 T, 磁场平行晶体c轴, 发现在温度270 K, D-和L-丙氨酸发生磁手性相变. 结合中子衍射确定磁手性相变机制为, D-和L-丙氨酸中的(N+H)有类金属氢原子特性, 在相变点270 K, 由(N+H)释放的电子自旋有磁手性. 用变温偏振拉曼光谱进一步证明, D-丙氨酸中的(N+H)的电子自旋(↑), 而L-丙氨酸中的电子自旋(↓), 处于高低不同的能态.磁手性相变(宇称和时间反演都破缺)能差为10^-4-10^-5 eV·molecule^-1.     

手性氨基酸分子的温度诱导相变——自发对称性破缺与复原

运用统计理论热力学函数自由能ΔG、焓ΔH、熵ΔS、平衡常数K与粒子平动、振动、转动配分函数关系, 并通过变温D- 与L-CDBrClF实例计算, 证明在宏观温度变量下, 可以导致手性分子D⇔L平衡中宇称破缺熵差的反号. 根据作者科研组14年来, 采用变温X衍射、中子衍射、比热、直流和交流磁化率、¹H和¹³C固相核磁共振、拉曼光谱、晶体旋光和双折射、超声测定相变等实验方法, 证明Salam假说预言的温度范围(200～250 K)存在温度变量诱导的相变, 产生自发对称性破缺. 在宇称破缺能差(PVED)接近0条件下, 宇称破缺熵差导致D和L分子反向的物理行为, 产生分叉机制(bifurcation mechanism). D和L分子的能量差别, 可能是早期生命起源时, L氨基酸富集的原因. 实验还发现, 在低温变温下自发对称破缺的复原. 由于晶相结构限制分子重排, Salam相变不是D→L的构型相变.     

“宇称-时间不对称”的实验探索: 手性丙氨酸单晶N+H…O氢键的电子自旋翻转相变的不对称拉曼散射

手性丙氨酸单晶的极性N⁺H…O氢键在~270 K的自发对称性破缺, 可用变温拉曼振动光谱在b(cc)b几何条件下在线测定. 由于其对手性的灵敏度, 可以测定D-和L-丙氨酸的N⁺H…O氢键在电子自旋翻转相变时的微小能差. 晶体定向能量的正/负, 在于电子自旋的上/下转向, 取决于原子内在磁场的方向. 变温拉曼振动光谱可以观察到: 在D-和L-丙氨酸单晶之间, 拉曼散射光子的波数位移方向相反, 散射光子的不对称度约为1/3. 由于自旋是轴矢量, 样品必须是单晶, 沿轴向测定. 多晶粉末不能观察到相变. 与次甲基(C_α－H)在260 K的自旋翻转相变, 用变温拉曼振动光谱在c(aa)c 几何条件下的相对测量结果接近一致. 本实验提供了一条证明真实手性和“宇称-时间(PT)不对称”的新线索.     

比热和直流磁化率证明N+H…O-氢键的电子自旋翻转在D-和L-丙氨酸单晶中的不对称相变

为了解决D-和L-丙氨酸在约270K相变的分岐和机理,对其单晶、多晶粉末及原料利用微分扫描量热仪测定比热.用三线法以蓝宝石作校正,并与手册的D-和L-丙氨酸标准比热值比较.在单晶中,实验观察到吸热相变峰最高处时的温度及热焓为:D-丙氨酸,Tc=272.02K,△H=1.87J·mol-1;L-丙氨酸,Tc=271.85K,△H=1.46J·mol-1;热焓差为0.41J·mol-1.参比晶体D-缬氨酸,Tc=273.59K,△H=1.75J·mol-1;L-缬氨酸,Tc=273.76K,△H=1.57J·mol-1;热焓差为0.18J·mol-1.实验发现已测量过的单晶磨成多晶粉末后再测,相变峰消失.说明相变与晶格有关.变温中子衍射排除了D→L的构型相变,但发现N+H…O-氢键沿D-和L-丙氨酸单晶的c轴反向变化.变温偏振拉曼散射反映相变机制与N+H…O-中电子的轨道磁偶极矩相关,观察到偏振光的不对称散射.在外加磁场强度H为+1T和-1T下,变温测定D-和L-丙氨酸晶体的直流磁化率,证明在270K有电子自旋翻转的相变.电子自旋的向上或向下,取决于晶格中NH+3的扭曲振动及N+H…O-氢键沿晶体c轴的方向.由于自旋的定轴性,可以解释单晶和多晶粉末比热结果的分岐.     

两种七元瓜环与3-(2-萘基)-丙氨酸的包结行为分析

以反式七元瓜环(i Q[7])和七元瓜环(Q[7])作为主体分子,一对氨基酸对映体L-3-(2-萘基)-丙氨酸(L-NA)及D-3-(2-萘基)-丙氨酸(D-NA)为客体分子,利用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、等温滴定量热分析、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱以及核磁共振技术等手段,对比探究了这两种具有不同空腔大小的七元瓜环与这一对氨基酸对映体之间的自组装模式的异同点,实验结果表明:这四组主客体包结物具有相同的作用模式,均为瓜环的空腔包结了客体分子的萘环部分而客体分子的氨基及羧酸部分位于瓜环的端口外侧,主客体均以1∶1的作用比相互配位形成较为稳定的超分子自组装体,同时发现两种七元瓜环对L/D-NA手性对映体的分子选择性略有不同.     

Preparation of Non-natural L Amino Acids via Deracemization of DL-Amino Acids Catalyzed by Immobilized D-amino Acid Oxidase

在过氧化氢酶和氧气存在下,固定化D-氨基酸氧化酶（D-AAO）对映选择性催化DL-氨基酸中的D-对映体氧化脱氨为相应酮酸,L-对映体保留.研究了D-AAO的底物特异性并对反应条件进行了优化.结果表明：D-AAO具有较宽的底物谱,能够催化疏水性α-氨基酸的D-对映体氧化脱氨.在最优反应条件下,D-AAO催化DL-2-氨基丁酸、DL-2-氨基戊酸去消旋化,L-2-氨基丁酸、L-2-氨基戊酸的收率分别为48%和47%,ee分别为99.5%和99.8%.进一步地利用Pd-C/HCOONH4催化氧化脱氨过程中产生的亚氨基酸原位还原,有效提高了L-2-氨基丁酸、L-2-氨基戊酸的收率并保持高的光学纯度.     

Helical poly(3-methyl-4-vinylpyridine)/amino acid complexes: preparation, characterization, and biocompatibility

Helical poly(3-methyl-4-vinylpyridine) (P3M4VP)/amino acid complexes have been prepared via acid-base reaction of the achiral polymer with D and L amino acids: alanine, leucine, valine, serine and phenylalanine. The circular dichroism (CD) spectra of P3M4VP/D- and L-alanine complexes in CH(3)OH/H(2)O show opposing (near mirror image) Cotton effect signals at 278.4, 274.8 and 270.8 nm, indicating the formation of enantiomeric secondary structures. The formation of the enantiomeric structures is supported by observed [alpha](D)(25) values of -3.0 and +3.0 for the P3M4VP/D-alanine and P3M4VP/L-alanine complexes, respectively. The preparation of helical P3M4VP/amino acid complexes has been carried out in CH(3)OH and H(2)O at pH 1.8 and 2.7. The intensities of the Cotton effect signals were good. For example, for the P3M4VP/L-alanine complexes in CH(3)OH/H(2)O and H(2)O (pH 1.8), the second Cotton effect signal around 275-277 nm show [theta;] values of 49 980 and 79 210 deg . cm(2) . dmol(-1), respectively. The formation of the helical secondary structure is rapid. The acid-base reaction between P3M4VP and L-alanine in CH(3)OH/H(2)O, in 10 min, show a CD spectrum with Cotton effect signals at 274 and 272 nm with [theta] values of 27,000 deg . cm(2) . dmol(-1) and -36,000 deg . cm(2) . dmol(-1), respectively. P3M4VP permits ready conformational reorientation on complexation with amino acids, but once the helical P3M4VP/amino acid complexes are formed, it is stable at room temperature. P3M4VP is not compatible with HeLa ovarian cancer cells, but the helical P3M4VP/amino acid complexes are compatible with HeLa cells. The complexes minimally interfere with the adhesion and growth of HeLa cells on complex surfaces. Helical poly(3-methyl-4-vinylpyridine)/D- and L-alanine complexes support the attachment and growth of HeLa cells. The micrographs shows HeLa cells after three days: left panel: on P3M4VP/L-alanine complex; right panel: on P3M4VP/D-alanine complex.     

Structure, adsorption and magnetic properties of chiral metal-organic frameworks bearing linear trinuclear secondary building blocks

The reactions of new chiral organic ligands trimesoyltri(L-alanine) (L-TMTAH(3)) or trimesoyltri(D-alanine) (D-TMTAH(3)) with transition metal salts in the presence of an ancillary ligand of 4,4'-bipyridine gave two pairs of three dimensional frameworks [Co(3)(L-TMTA)(2)(4,4'-bpy)(4)]·28H(2)O (1), [Co(3)(D-TMTA)(2)(4,4'-bpy)(4)]·28H(2)O (2) [Ni(3)(L-TMTA)(2)(4,4'-bpy)(4)]·2C(2)H(5)OH·14H(2)O (3) and [Ni(3)(D-TMTA)(2)(4,4'-bpy)(4)]·2C(2)H(5)OH·14H(2)O (4). These compounds were characterized by elemental analysis, IR, and X-ray powder diffraction analysis and the structures of 1-3 were determined from X-ray single crystal diffraction analysis. Complexes 1-4 feature linear trinuclear secondary building blocks [M(3)(COO)(4)](2+) formed via the connection of three metal ions by four carboxylato groups from four TMTA(3-) ligands. Every adjacent two linear trinuclear secondary building blocks are linked by one and three 4,4'-bipyridine molecules along the a and c axis, respectively, to form two-dimensional sheets, which are further connected by TMTA(3-) ligands to construct a porous three dimensional framework with one-dimensional channels. Compound 3 was taken as an example to investigate the adsorption properties of compounds 1-4. It revealed a saturated hydrogen uptake of 216.6 cm(3) g(-1) (2.0 wt%) at 11.1 atm measured at 77 K, a maximum CO(2) uptake of 119.4 cm(3) g(-1) (23.5 wt%) at 19.5 atm measured at 298 K and a saturated CH(4) uptake of 77.8 cm(3) g(-1) (5.6 wt%) at 27.1 atm measured at 298 K. The magnetic studies of complexes 1 and 3 indicate the presence of antiferromagnetic interactions between the metal ions in the two compounds.     

D-和L-丙氨酸的低温磁相变——磁场变化下的比热和直流磁化率(英文)

为了解D-和L-丙氨酸单晶晶格在极低温下是否存在磁手性相变,在2-20 K下改变磁场强度(0,1,3,5T)测定其比热.实验结果表明比热和温度之间的函数关系很好地符合C(T)=aT3+b/T2方程,其中aT3项为晶格声子的贡献,可由公式CV=(12/5)π4R(T/ΘD)3来描述(ΘD为德拜温度),b/T2项为磁场对比热的贡献.实验发现,在2-20 K范围内D-和L-丙氨酸单晶在不同磁场强度下均存在Boson峰(在Cp/T3-T曲线中表现为一个最大值).磁的贡献导致D-和L-丙氨酸单晶的四条Cp/T3-T曲线在2-12 K时不重合,且在12-20 K时消失,此即Schottky反常.零磁场下,D-和L-丙氨酸的Boson峰分别为9.44和10.86 K;德拜温度分别为151.5和152.7 K.结合磁场强度1 T下的直流磁化率测定,发现在温度低于5 K时,D-和L-丙氨酸单晶有相反的磁化率行为,反映了核自旋和电子自旋弱相互作用的手性表现.     

Pyridoxal-5'-phosphate-dependent catalytic antibodies

Cofactors--i.e., metal ions and coenzymes--extend the catalytic scope of enzymes and might have been among the first biological catalysts. They may be expected to efficiently extend the catalytic potential of antibodies. Monoclonal antibodies (MAbs) against Nalpha-phosphopyridoxyl-L-lysine were screened for 1) binding of 5'-phosphopyridoxyl amino acids, 2) binding of the planar Schiff base of pyridoxal-5'-phosphate (PLP) and amino acids, the first intermediate of all PLP-dependent reactions, and 3) catalysis of the PLP-dependent alpha, beta-elimination reaction with beta-chloro-D/L-alanine. Antibody 15A9 fulfilled all criteria and was also found to catalyze the cofactor-dependent transamination reaction of hydrophobic D-amino acids and oxo acids (k'cat = 0.42 min(-1) with D-alanine at 25 degrees C). No other reactions with either D- or L-amino acids were detected. PLP markedly contributes to catalytic efficacy-it is a 10(4) times more efficient acceptor of the amino group than pyruvate. The antibody ensures reaction specificity, stereospecificity, and substrate specificity, and further accelerates the transamination reaction (k'cat(Ab)/k'cat(PLP) = 5 x 10(3)). The successive screening steps simulate the selection criteria that might have been operative in the evolution of protein-assisted pyridoxal catalysis.     

Cu2ZnSnS4纳米晶的制备及其三阶非线性光学性能的研究

以乙酰丙酮铜、醋酸锌、二氯亚锡、油胺和硫粉为前驱体,采用one-pot法合成出了单分散的Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米晶.所得样品采用X射线粉末衍射仪(XRD),能量色散谱仪(EDS),透射电子显微镜(TEM),高分辨透射电子显微镜(HRTEM),光电子能谱仪(XPS),紫外-可见光谱仪(UV-vis)和Z-扫描(Z-scan)技术对其结构组成、形貌、性能等进行了表征.结果表明:所获得的产物为四方相结构的六边形CZTS纳米颗粒,直径约为10 nm.计算出尺寸大小为10 nm,13 nm的纳米晶的三阶非线性光学折射率γ(-1.08×10-15,-9.08×10-17 m2·W-1),三阶非线性光学吸收系数β(6.5×10-9,3.69×10-11 m·W-1)以及三阶非线性光学极化率χ(3)(1.49×10-9,4.35×10-10 esu).并探讨了CZTS纳米晶可能的形成机理,及引起三阶光学非线性发生变化的原因。     

β-CD与乙酸苄酯包合物的制备及其热分解研究

界环糊精（β-Cyclodextrin,β-CD）是由7个葡萄糖基以1,4-糖苷键连成的中空简状化合物,它内部疏水,而两端亲水,这种特殊的结构特点使得它可以作为宿主包合各种客体分子［1、2］,由于这种包合作用能改变客体分子的状态、稳定性等理化特性,加之β-CD无毒[3],因此β-CD与     

杯［4］芳烃硼酸与氨基酸配位作用的荧光光谱研究

用荧光光谱滴定法研究了10种杯[4]芳烃硼酸与4种氨基酸的配位作用,根据扩展的Hilderbrand-Benesi公式,计算出配合物的稳定常数和配位反应的Gibbs自由能变化,杯[4]芳烃硼酸与L－丙氨酸的配位能力和配位选择性均较,可以使用杯[4]芳烃硼酸通过荧光光谱法鉴别D－丙氨酸。     

Copper(II) complexes of new biomimetic polydentate amide ligands: a spectroscopic study

Complexes of Cu(II) with N,N'-bis(3-carboxy-1-oxopropanyl)-1,2-ethylenediamine(C(10)H(16)N(2)O(6),L(1)), N,N'-bis(3-carboxy-1-oxopropanyl)-1,2-phenylenediamine(C(14)H(16)N(2)O(6),L(2)), N,N'-bis(2-carboxy-1-oxophenelenyl)-1,2-phenylenediamine(C(22)H(16)N(2)O(6),L(3)) and N,N'-bis(3-carboxy-1-oxoprop-2-enyl)-1,2-phenylenediamine(C(14)H(12)N(2)O(6),L(4)) have been prepared and characterised by elemental analyses, vibrational spectra, magnetic susceptibility measurements, ligand field spectra, EPR spectra, thermal studies and X-ray diffraction spectra. Vibrational spectra indicate coordination of amide and carboxylate oxygens of the ligands giving a MO(4) square planar chromophore. Ligand field and EPR spectra support square planar geometry around Cu(II). [Cu(L(1))] complex has the maximum activation energy and [Cu(L(3))] complex has the minimum activation energy.