Конформация сложных молекул

Роль межмолекулярных взаимодействий и химии поверхности твердых тел в естествознании (химии, физике, биологии, медицине, гигиене окружающей среды, геологии и почвоведении), промышленности и сельском хозяйстве чрезвычайно велика. Адсорбция является одним из важных проявлений межмолекулярных взаимодействий. Поэтому адсорбция, и, в частности, адсорбционная хроматография, помимо практических применений, служит важным и удобным средством изучения не только химии поверхности и межмолекулярных взаимодействий, но также структуры и конформации сложных молекул, дополняя в этом отношении прямые структурные методы. Основные результаты исследований в этих областях составляют содержание пособия. Материал излагается в форме лекций, что наиболее удобно как для студентов и аспирантов, так и для преподавателей. В пособии отражены в основном те области науки, в которых автор и его сотрудники имеют длительный опыт исследовательской и преподавательской работы. Вместе с тем пособие готовит читателя к самостоятельному ознакомлению с не вошедшими в него разделами. В конце каждой лекции приведены ссылки на необходимую для этого дополнительную литературу (список которой приведен в конце книги). [c.3]

Близость потенциальных функций вандерваальсового взаимодействия атомов, входящих в разные молекулярные системы, делает определение этих функций особо интересным, так как потенциальные функции, полученные при решении какой-либо одной из проблем межмолекулярного взаимодействия, например адсорбции, могут быть использованы для решения других аналогичных проблем, например при расчетах вириальных коэффициентов реальных газов, свойств молекулярных кристаллов, конформацией сложных молекул и т. п. [c.67]

В случае более сложных молекул, помимо стерического, необходимо рассматривать также и другие типы взаимодействия. В то же время для исследования конформаций сложных молекул можно применять не только методы, перечисленные выше (термодинамический, дифракция электронов, микроволновая спеКтро- [c.21]

Экспериментальный конформационный анализ превосходно изложен в монографии [И]. Благодаря тому, что циклогексан и его производные стали традиционными объектами классической стереохимии, конформациям этих соединений посвящена значительная часть цитируемой монографии. Поэтому в следующих главах основное внимание будет уделено теории конформационного анализа, а также конформациям сложных молекул — макромолекул и биополимеров. Проблемы структурной химии (строение молекул) выдвинуты на первый план менее детально, однако с акцентом на теоретический аспект, изложены проблемы динамической стереохимии (им посвящена гл. 5). [c.19]

Кроме энергетических характеристик, рассматриваемые ниже методы дают информацию и о том, какие конформеры в наибольшем количестве присутствуют в равновесной смеси. Часто это бывает необходимо знать, поскольку оптимальные конформации сложных молекул далеко не всегда удается заранее предсказать, а полные структурные эксперименты весьма трудоемки. [c.43]

Конформации сложных молекул [c.93]

КОНФОРМАЦИИ СЛОЖНЫХ МОЛЕКУЛ [c.97]

Плоская конфигурация и высокие энергетические барьеры обусловлены и у этих соединений эффектами сопряжения, изображенными приведенными выше предельными структурами. Плоская конформация амидов обусловливает конформацию сложных молекул белков (см.том И). [c.98]

Сборник посвящен исследованию пространственной структуры и внутреннего вращения в молекулах органических производных фосфора, серы, мышьяка, сурьмы, а также общим вопросам определения конформаций сложных молекул и новым аспектам применения физических методов в конформационном анализе. [c.512]

Квантовомеханическая теория не позволяет найти волновые функции молекул и подставить их в известную квантовомеханическую формулу, определяющую оптическую активность. Поэтому все выводы относительно конформации молекул, полученные методами ДОВ и КД, нельзя абсолютизировать и необходимо их проверять другими методами. В настоящее время количественные аспекты спектров ДОВ и КД для сложных молекул остаются в основном эмпирическими. [c.38]

На рис. 9.12 представлено сопоставление расчета с экспериментом для флуорена. Молекула флуорена была принята плоской, как это следует из рентгеноструктурных данных для кристаллического состояния. В расчете Ki использовались атом-атомные потенциальные функции (9.44), (9.45) для атома g и (9.47) для остальных атомов С. Совпадение рассчитанных величин Ki с измеренными показывает возможность переноса этих трех атом-атомных потенциалов для описания межмолекулярного взаимодействия сложной молекулы флуорена с ГТС, несмотря на то, что в молекуле флуорена пятичленный цикл несколько напряжен ввиду его плоской конформации. [c.180]

Конформации — это различные геометрические, пространственные формы молекул, переходящие друг в друга путем вращения вокруг простых связей. Устойчивость различных конформаций неодинакова, поэтому чаще всего оказывается, что сложная молекула существует в строго определенной геометрической форме — в виде определенного конформера. [c.69]

Очевидно, качественно та же картина должна наблюдаться у 1,2-дихлор- или 1,2-дибромэтанов в случае более сложных молекул обычно нужно принимать во внимание большее количество конформаций. [c.512]

Кривые дисперсии оптического вращения и спектры кругового дихроизма используют для определения структуры, конфигурации и конформации сложных оптически активных молекул, например стероидов. Другая щироко исследуемая область — белки и синтетические полипептиды. Здесь может быть получена информация о значительных кон-формационных изменениях, так как оптическое вращение очень чувствительно к конфигурациям и конформациям молекул. [c.488]

В основе всех поисков предсказательных алгоритмов лежит конформационная концепция Полинга, согласно которой трехмерная структура белка представляет собой ансамбль регулярных вторичных структур. Позднее, развивая идею Полинга и Кори о взаимодействии вторичных структур, в конформационный ансамбль были включены супервторичные структуры. Единство всех исследований по отношению к этой концепции неизбежно, поскольку в противном случае очевидна бесперспективность поиска эмпирических корреляций и предсказательных алгоритмов, базирующихся на статистической обработке известных кристаллографических данных. Если основу пространственного строения сложных белковых макромолекул образуют не только отдельные немногочисленные стандартные блоки, но и практически неограниченное количество разнообразных нерегулярных структурных сегментов, то, очевидно, нельзя рассчитывать на его описание с помощью простых правил, выведенных путем статистической обработки всегда ограниченного экспериментального материала. Результаты рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о том, что общее содержание вторичных форм полипептидной цепи в белках сравнительно невелико, во всяком случае его доверительное значение не превышает 50%. Реализующиеся в нативных конформациях белковых молекул а-спирали и р-структуры в действительности не являются, более того, у гетерогенных аминокислотных последовательностей никогда не могут являться, строго регулярными (отклонения соответствующих двугранных углов (ф, (/) от их значений в гомогенной цепи составляют, как правило, десятки градусов, а иногда достигают 100-120°). Анализ также показал, что все стандартные аминокислотные остатки (за исключением Pro) имеют практически одинаковые возможности для встраивания в а-спираль, р-структуру и неупорядоченные участки. Выбор определяется не индивидуальными свойствами остатков, а их комбинацией в последовательности. [c.78]

Естественно желание теоретиков - сопоставить результаты своих расчетов с опытными данными. Однако эта простая процедура в данном случае невыполнима по ряду причин принципиального и методологического характера. Существующие физико-химические методы исследования пространственного строения олигопептидов являются не прямыми, а косвенными. Поэтому данные теоретического анализа приходится сравнивать не с наблюдаемыми непосредственно фактами, а с результатами их обработки, которая из-за несовершенства соответствующих теорий вносит в трактовку фактов элемент субъективности. Возможности используемых методов в данном случае неадекватны самой постановке задачи, заключающейся в определении геометрии ряда конформаций довольно сложной молекулы и в оценке вероятности их реализации в различных условиях. Получение информации в таком объеме, а именно это требуется для последующего изучения структурно-функциональной организации природ- [c.278]

Сложный процесс наблюдается при денатурации белка специфическая пространственная структура (четвертичная, третичная и вторичная) разрушается, и с точки зрения конформационных характеристик денатурированный белок представляет собой полный хаос . Денатурация — это такое изменение нативной конформации белковой молекулы, которое происходит при достаточно резком изменении внешних условий и сопровождается заметным изменением физико-химических свойств белка и полной потерей биологической активности. [c.103]

В настоящей главе мы сначала рассмотрим химию аминокислот, а затем кратко обсудим получаемые из них белки. Наша главная цель при этом состоит в том, чтобы показать, каким образом выводятся структуры этих невероятно сложных молекул, и продемонстрировать, что в конце концов химия белков основана на тех же принципах органической структурной теории на представлениях об углах и длинах связей, величине и размерах групп, водородных связях, резонансе, кислотности и основности, оптической активности, конфигурации и конформации. [c.1037]

В течение последних лет рентгеноструктурный анализ кристаллов стал мощным инструментом исследования строения молекул. В настоящее время в связи с внедрением вычислительной техники изучение молекулярной структуры методом дифракции рентгеновских лучей является формально вычислительной процедурой. Практически же измерение дифракционной картины кристалла, а также решение и уточнение структуры не автоматизировано полностью. В большинстве случаев на основе рентгеновских данных можно быстро и точно рассчитать конформацию молекулы. Однако вычисление может не дать результата даже при отсутствии систематических ошибок в эксперименте, например, в случае неопределенной симметрии, двойниковых или разупорядоченных кристаллов. Тем не менее, рентгеноструктурный анализ является основным источником информации о структуре более или менее сложных молекул, и, следовательно, для химика важно владеть основными знаниями о методах рентгеновской кристаллографии [1, 2]. [c.238]

Координационные свойства природных соединений. Накопление функциональных групп в органических молекулах, которые могут выступать как лиганды, особенно в соединениях полимерного характера (полисахариды, полипептиды, белки, нуклеиновые кислоты и др.), сильно осложняет картину комплексообразования с ионами и солями металлов. Это происходит в результате того, что свойства функциональной группы будут зависеть от расположения в сложной молекуле, от конформации этой молекулы и от стерического экранирования реакционного центра окружающими фрагментами молекул. Эта ситуация создает много трудноразрешимых затруднений для физико-химического исследования такого комплексообразования и для его термодинамического описания. [c.179]

В обычной химии малые различия в строении молекул,, например различие между метильной группой и этильной, не сказываются существенным образом на свойствах сложной молекулы. В биоорганической химии малые различия между молекулами имеют важное значение. Особенно существенны конформа-ционны различия, возникающие в результате поворотов вокруг единичных связей. Химия сравнительно недавно обратилась к изучению конформаций. МеЖду тем, именно конформацнонные свойства определяют биологическую функциональность биополимеров, равно, как и малых молекул. [c.55]

Дипольные моменты применялись также при исследованиях геометрии очень сложных систем с целью установления конфигураций и конформаций этих молекул, определения конформационного равновесия и взаимного влияния пространственно удаленных групп [150, 151]. Для таких сложных структур, как 5р-холестан-дион-3,17, определение координат атомов, необходимых для расчета дипольных моментов, с помощью векторного анализа оказывается чрезвычайно трудоемким. Поэтому обычно строится модель системы, на которой и измеряют углы [152, 153]. Точность рассчитанных моментов в этом случае определяется достоверностью выбранной модели. В рассматриваемом случае наблюдаемый дипольный момент (3,5 В) отличается от рассчитанного (3,04 В) по моде.чи системы неискаженных кресел (рис. 3-6, А) на величину (0,5 В), которая значительно превосходит ошибки эксперимента. В связи с этим было высказано предположение [152], что в равновесии с формой А присутствует 16% формы Б. Однако в настоящее время показано, что в структуре Б атом С-З находится слишком близко от 9а-водородного атома. Наиболее вероятно поэтому, что кольцо А имеет форму кресла, которая несколько уплощена за счет отталкивания между а-водородными атомами при С-7 и С-9 и атомами при С-2 и С-4. В равновесии с формой А может также находиться небольшое количество конформации В (см. разд. 7-4). [c.197]

Эффект Керра был обнаружен еще в 1875 г. Однако лишь после 1940 г. благодаря главным образом работам Р. Лефевра, К. Лефевра и их сотрудников [213], эффект начал применяться в конформационных исследованиях. Однако этот метод пе получил широкого распространения. Отчасти это связано с тем, что необходимые приборы не выпускаются промышленностью и их приходится конструировать собственными силами, а соответствующие расчеты весьма громоздки. Более существенно, однако, то, что при использовании метода приходится делать ряд недостаточно обоснованных предположений. В лучшем случае метод позволяет получить некоторые данные о конформации молекулы, которые далеко не всегда могут быть однозначно интерпретированы. Маловероятно, что использование констант Керра как метод конформационного анализа когда-нибудь приобретет такое же значение, как методы, обсуждавшиеся выше. Однако сравнительно недавно этот метод был применен для определения конфигурации сложных молекул (галогенпроизводных холестерина 1222]), причем часть расчетов была выполнена с помощью электронно-вычислительной машины. Возможно, по мере накопления данных по геометрии скелета молекул, а также по мере совершенствования вычислительных программ метод констант Керра в будущем приобретет большее значение. [c.219]

Как показывают два примера, приведенные в конце раздела" этой главы, конформации сложных молекул могут быть рассчитаны только на ЭВМ ручные вычисления крайне трудоемки и часто не приводят к желаемым результатам из-за их низкой точности. Важным шагом в составлении программы является выражение координат атомов через выбранные независимые геометрические параметры (в некоторых случаях удается, не вычисляя координат, выразить необходимые расстояния между валентно не связанными атомами). Затем рассчитываются межатомные расстояния, валентные и двугранные углы и составляется выражение для энергии напряжения. Вычисление потенциальной функции оформляется в виде отдельного блока, если программа написана в машинном коде, или в виде процедуры, если используется алгоритмический язык. После этого процедура-функция используется в основной программе, построение которой определяется харак--тером поставленной задачи. [c.123]

Две ценные методики позволяют получить дополнительную информацию из стандартных спектров Н- и С-ЯМР. Они особенно полезны при анализе сложных спектров, где пики различных группировок тесно примыкают друг к другу, а также при изучении конформаций подвижных молекул. При изучении влияния растворителей используются спектры кетонов в обычных растворителях, тетрахлориде углерода или дейтерохлороформе, и спектры растворов в ассоциирующих растворителях, обычно в бензоле или гексадейтеробензоле. Протоны, расположенные в геометрической плоскости, проходящей через карбонильный атом углерода и перпендикулярной к связи С=0, имеют один и тот же химический сдвиг в обоих типах растворителей. Протоны, расположенные со стороны плоскости, удаленной от карбонильного кислорода, резонируют в бензоле в более высоких полях, причем сдвиг за счет растворителя беси —бсвНв с возрастанием такого удаления протона становится большим. Напротив, для протонов, расположенных вне плоскости со стороны кислорода, наблюдается отрииа-тельный сдвиг за счет растворителя [168, 480]. Часто используемым аналогичным, но более эффективным средством являются лантанидные сдвигающие реагенты. Их прибавление к растворам кетонов (и многих других классов соединений) вызывает сдвиг [c.678]

Детальный рентгеноструктурный а ализ кофермента, который проводили в Оксфорде в течение 8 лет, позволил установить строение и конформацию сложной молекулы (рис. 72) (3]. Рассматривая структуру ДБК-кофермента, можно выделить следующие четыре главные области центральный атом кобальта (Л), плоскостной тетрадендатный лиганд — корриновый макроцикл (Б) и два транс-атиаль-ных лиганда В и Г). [c.309]

Для сложных молекул, в которых оптическая активность возникает вследствие определенных конформационных особенностей, изменяющих симметрию молекулы, необходимо учитывать форму звеньев цепи, соответствующих правой и левой спирали. Простейшим фрагментом такой цепи являются три звена, представляющих связи между атомами и расположенных в гош-конформации. Если движение вдоль звеньев от его ближайшего конца к дальнему совершается по часовой стрелке, то такая цепь будет правоспиральной и правовращаюш,ей. Движению против часовой стрелки соответствуют левая спираль и левое вращение. Для трех [c.204]

Говоря о строении какой-то системы, обычно имеют в виду некоторую относительно устойчивую пространственную ее конфигура-цию, т. е. взаимное расположение образующих ее частиц, обусловленное существующими между ними связями вследствие присущих этим частицам сил взаимодействия . Однако даже в химических микросистемах говорить о жесткой пространственной структуре не приходится. Уже в атомах мы сталкиваемся с делокализацией электронов, В простых молекулах наряду с делокализацией электронов, приводящей к образованию химических связей, имеет место и делокализация атомных ядер в результате колебаний, в сложных молекулах к этому добавляется взаимное вращение одних частей молекулы относительно других, приводящее к образованию множества конформаций. Последнее особенно явно представлено в молекулах полимеров, с чем связаны многие их фундаментальные свойства. Чем сложнее система (чем больше число образующих ее частиц), тем больше многообразие возможных состояний, в которых она может находиться при нозбужденин, т. е. при получении энергии. Наиболее упорядоченную структуру система имеет в основном состоянии, т. е. в состоянии с минимально возможной энергией. Чем выше энергия возбуждения, представляющая собой энергию относительного движения составляющих систему частиц, тем больше относительные перемещения этих частиц (если движение можно рассматривать классически) или их делокализация (если. движение имеет квантовый характер). Возбужденные молекулы подвержены разного рода колебаниям и внутренним вращениям одних фрагментов относительно других, а при достаточно высоких энергиях химические связи разрываются, и система приобретает качественно иной структурный облик. Роль вышеуказанных структуроопределяющих факторов неизмеримо возрастает для макроскопических систем. [c.122]

Для четырехчленных циклов предпочтительна сложенная конформация XX. Пятичленные циклы принимают конформацию конверта XXI или твист-конформацию XXII, к-рые исключительно быстро переходят друг в друга. При этом поочередно отгибаются все пять углов конверта (псевдовращение). Конформац. поведение молекул с числом атомов в кольце больше шести довольно сложно и характеризуется резким увеличением кол-ва относительно стабильных конформеров при увеличении размеров цикла (3 для циклогептана, 7 для циклооктана и т.д.). [c.459]

Рассматриваемая здесь задача является качественно иной, имеющей смысл только для избранных, главным образом, природных аминокислотных последовательностей. Поэтому ее решение может быть вьпюлнено лишь на основе самостоятельной теории, учитывающей выработанную эволюцией конформационную специфику белков, а именно статистикодетерминистический механизм структурной самоорганизации и детерминистическую (в отношении как статических, так и динамических свойств) природу нативных конформаций белковых молекул. Стремление описать сборку белка с чисто статистических позиций, не учитывающих гетерогенности цепи и взаимообусловленности поведения макроскопической системы от внутреннего строения микроскопических составляющих, объясняется иллюзорным представлением о том, что в этом случае можно идти по уже проторенному для синтетических полимеров пути и тем самым избежать разработки несравненно более сложного статистико-детерминистического подхода. Однако традиционный поиск решения не отвечает самой сущности рассматриваемого явления, и, следовательно, все попытки дать чисто статистическую трактовку структурной самоорганизации белка следует признать, как отмечалось, обреченными на неудачу (см. разд. 1.3). [c.101]

Бифуркационная термодинамическая теория и обобщение известных опытных данных о нативных конформациях белковых молекул послужили основой для разработки физической теории структурной организации белка. Физическая теория позволила представить громоздкую задачу структурной организации белка в виде менее сложных задач, поддающихся последовательному рассмотрению. Поэтапный подход к решению осуществлен путем разбиения всех внутримолекулярных невалентных взаимодействий на ближние, средние и дальние. Количественная оценка энергии всех видов взаимодействий производилась с помощью метода атом-атомных потенциалов ван-дер-ваальсовых, электростатических и торсионных взаимодействий и водородных связей (см разд 2.2). [c.586]

Не уступает основанию 6.202 по распространенности в природе и более сложно построенный спартеин 6.203. Под номером 6.204 представлена перспективная формула спартеина в наиболее устойчивой конформации. В молекуле 6.203 присутствуют четыре хиральных углеродных атома, поэтому для вешеств с таким углеродно-азотным скелетом возможны стереоизомеры, часть из которых найдена в природе. Сам спартеин известен в трех формах. Левовращающий /-спартеин имеет синонимическое название лупи-нидин. Правовращающий изомер известен под именем пахикарпина. Найдена в природе и рацемическая форма, //-спартеин. Алкалоиды со скелетом спартеина образуют достаточно представительную группу, насчитывающую шесть десятков членов. [c.473]

Мы имеем в виду необходимость разграничения понятий об адсорбционном и о граничном слое. В соответствии с изложенным, адсорбционным слоем является тот слой макромолекул, который образуется на поверхности вследствие адсорбции на ней полимера из раствора и в котором часть сегментов полимерных цепей находится во взаимодействии с поверхностью. Толщина такого адсорбционного слоя определяется конформацией адсорбированных молекул, но уже при переходе к более сложным системам, в которых имеет место полимолекулярная адсорбция или адсорбция на поверхности не отдельных макромолекул, а их агрегатов, такое определение становится уже не применимым, так как в этом случае с поверхностью оказываются связанными не только молекулы полимера, имеющие непосредственные контакты с поверхностью. На такую возможность указано в работах Силберберга [179—181), а также в работах Ю. С. Липатова и Л. М. Сергеевой [199—2011. [c.154]

Пример экспериментальной диаграммы растворимости гомополимера в низкомолекулярном растворителе приведен на рис. 4.15. Из этой и подобных ей диаграмм видно, что диаграммы растворимости полимеров в низкомолекулярных растворителях подобны диаграммам растворимости низкомолекулярных жидкостей, имеющих тенденцию к расслоению при низких температурах, с тем отличием, что при повышении температуры, когда полимерные мЬлекулы, набухая, превращаются из шарообразных клубков в стержни , в такой системе стержней наблюдается, с увеличением концентрации, переход от изотропного раствора к нематическому жидкому кристаллу. В разделе 4.1 мы видели, что даже отдельные молекулы гомополимера в растворителе (этот случай соответствует прямой с = О на диаграмме рис. 4.15) с изменением температуры сильно меняют свою конформацию. Вытянутый стержнеобразный клубок, существующий в растворе гомопо-лимера при относительно высЬких температурах, с ПЬнижением температуры переходит в шарообразный гауссов клубок из невзаимодействующих сегментов, а при понижении температуры ниже 0-точки начинает сжиматься и затем коллапсирует, превращаясь в компактную глобулу. Эти сложные изменения конфигурации полимерной молекулы сохраняются и в слабо концентрированных растворах полимеров. С увеличением концентрации раствора, когда отдельные молекулы полимера начинают взаимодействовать друг с другом, положение становится еще более сложным. Современная теория (см., например, [2, 14]) всю сложную картину изменения конформации взаимодействующих молекул в растворе полимера описывает приближенно, качественно, однако и при таком рассмотрении выявляется ряд характерных особенностей, присущих диаграммам растворимости гомополимеров в низкомолекулярных растворителях. Ниже мы кратко рассмотрим некоторые из основных закономерностей. [c.86]

Дальнейшим развитием векторной аддитивной схемы является расчет дипольного момента сложной молекулы в виде суммы векторов моментов ее отдельных фрагментов. В качестве примера рассмотрим расчет дипольного момента о-метоксибензальанилина в четырех возможных плоских конформациях [94] [c.98]

Существование вкладов в энергию связи, обусловленных такими взаимодействими, может быть доказано на примере различия теплот образования изомерных соединений и особенно хорошо было доказано различием энергий разных конформаций, возможных у многих сложных молекул. Величину этих вкладов трудно оценить, но, вероятно, она мала. Тем не менее наличие вкладов увеличивает трудности в определении энергий связей, являющихся истинной мерой их прочности. [c.350]

Поскольку флуоресценция веществ чрезвычайно сильно зависит от окружения флуоресцирующих центров, естественно, что флуоресцентный анализ широко нримецяется для анализа структуры различных молекул. И требования к флуоресцирующим метчикам в данном случае отличаются от тех, которые предъявляются к флуоро-хромам, используемым для количественного анализа. Для изучения химической структуры сложных биополимеров с успехом используются флуорохромы, обладающие выраженной метахромазией, или те, у которых квантовый выход люминесценции меняется при изменении конформации всей молекулы. Нередко для изучения структуры какого-либо вещества пртеняют два флуоресцентн]ых метчика и, изучая взаимодействие двух флуорохромов, судят о взаимном пространственном расположении групп, к которым присоединены эти метчики. [c.295]