Конформационный анализ равновесие

Дальнейшее развитие конформационного анализа, а также экспериментальное определение равновесия среди структурных и пространственных изомеров в сложных напряженных полицик- [c.141]

Конформационный анализ), когда устойчивым конформациям соответствуют разные по глубине минимумы потенциальной энергии, т. е. возникают различающиеся по форме и св-вам поворотные изомеры (конформеры). В частности, у молекул типа 1,2-дизамещенных этана имеются три стабильных конформации-одна транс- (или анти-) и две гош-конформации (см. рис. 2). Относит, стабильность поворотных изомеров определяется разностью их энергий АЕ, т. е. разностью значений энергии в минимумах потенциальной кривой. Напр., транс-изомер 1,2-дихлорэтана более устойчив, чем гош-изомер, т.к. его энергия (в газовой фазе) ниже на 5,6 кДж/моль. При достаточно низких потенциальных барьерах (неск. десятков кДж/моль) поворотные изомеры находятся в термодинамич. равновесии, положение к-рого зависит от т-ры, давления и природы среды. Для барьеров порядка 10 к Дж/моль время жизни конформеров составляет 10 °с. При высоких значениях Уд (выше 100 к Дж/моль), когда В. а отсутствует, конформеры даже при малой разности их энергий могут существовать как индивидуальные в-ва. В. в. молекул возможно в газовой и жиДкой фазах, параметры К(ф) зависят от характера среды и электронного состояния молекулы. В кристаллах В. в., как правило, отсутствует и стабилен лишь один конформер иногда существуют твердые фазы (напр., у некоторых фреонов), в которых стабильны разные конформеры и между ними осуществляются переходы. [c.392]

Конформационный анализ других моносахаридов показал, что большинство моносахаридов должно существовать в виде С1-изомера, реже встречается равновесие С1 С1 и еще реже 1С-конформация. [c.53]

Конформации различаются между собой не только по запасу внутренней энергии и связанным с ней величинам, но также и по многочисленным другим физическим свойствам, таким как спектральные данные, дииольные моменты или константы Керра. Таким образом, в рамках конформационного анализа [1.3.12] для оиределения стабильной конформации и для исследования конформационного равновесия могут быть привлечены разнообразные как физико-химические, так и теоретические (расчетные) методы исследования. Такие исследования имеют [c.108]

Другой возможный подход к анализу равновесий кооперативных реакций между полиэлектролитами основан на рассмотрении конкретной статистической модели [27]. Очевидно, что ее построение требует достаточно подробных сведений о структуре полиэлектролитного комплекса на различных стадиях его формирования. И хотя мы не располагаем достаточно подробной информацией такого рода, при построении модели можно исходить из представлений, близких к тем, которые закладываются в статистическую модель, описывающую конформационный переход в ДНК [38]. Схематически состояние двух взаимодействующих цепочек полиэлектролитов представлено на рис. УП.З. Модель предполагает наличие последовательностей, связанных звеньев, имеющих на схеме лестничную структуру, которые чередуются с петлями, образованными не прореагировавшими друг с другом звеньями макромолекул. В отличие от модели ДНК, модель полиэлектролитного комплекса предполагает образование несимметричных петель и обмен звеньями, находящимися в связанной последовательности [c.240]

При повышении температуры в равновесии будет уже несколько преобладать 3-метилгексан из-за более высокой его энтропии, обусловленной смешением энантиомеров. Так, для 700° К равна 0,82 (эксперимент) и 0,83 (рассчитана по данным конформационного анализа). [c.77]

Конформационный анализ развивался в трех различных направлениях. Прежде всего он стал обычным для ненасыщенных и алифатических систем [2, 3]. Во-вторых, было предпринято изучение конформационного равновесия и влияния такого равновесия на реакционную способность [4]. В-третьих, началось исследование более тонких воздействий на реакционную способность, оказываемых малыми изменениями в конформации [5]. [c.160]

Вместе с тем, если для перехода цмс-1,2 —>- траяс-1,2-харак-терны выделение тепла и высокая константа равновесия, то для аналогичной реакции 1,3-диалкилзамещенных характерны поглощение тепла и низкая константа равновесия. Соответственно, в равновесных смесях 1,2-диалкилзамещенных будет больше тракс-изомера, а в смесях 1,3-диалкилзамещенных будет больще г(Ис-изомера. Неодинаковая термодинамическая стабильность транс- и цас Изомеров, зависящая от расстояния между алкильными заместителями, объясняется с позиций конформационного анализа высокой стабильностью только таких структур, в которых отталкивающее взаимодействие несвязанных атомов минимально. Ясно, что такое взаимодействие будет весьма значительным для цис-1,2-, но не для 1,3-структур. Расчеты показывают, что в 1,2-диметилциклопентанах содержится только 5% 1( с-изомера, а в 1,3-диметилзамещен-ных —уже 62%. Отметим сразу, что с позиций конформационного анализа трудно объяснить высокую термодинамическую стабильность г ис-1,3-изомеров по сравнению с гра с-1,3-изомерами. В экспериментальных исследованиях достигаемое соотношение этих изомеров близко к единице [8, И], вследствие чего нет уверенности в точном определении термодинамических параметров 1,3-диметилпентанов. [c.36]

Для определения пространственной формы, а следовательно, и структуры большинства молекул, в частности углеводов, необходимо знать не только их строение и конфигурацию, но также и конформацию. В конформационном анализе рассмотрение обычно ограничено конформациями, соответствующими либо минимуму, либо максимуму энергии (ср. разд. 1.1 и работу [1]). Эти два типа конформаций отвечают соответственно стабильным конформерам, определение которых дано в разд. 1.1, и переходным состояниям между ними. Если положение конформационного равновесия определяется относительными величинами энергетических минимумов на конформационной координате, которые соответствуют конформерам, го скорости взаимопревращения между конформерами контролируются энергетическими различиями между основными состояниями конформеров и переходными состояниями между различными конформерами. [c.64]

В настоящее время конформационный анализ получил такое развитие, что возможно делать вполне удовлетворительные предсказания относительно равновесия сравните.льпо простых конформеров, для которых имеются необходимые аналогии. Представляется достаточно реальным попытаться воспроизвести экспериментальные данные по конформационному равновесию с помощью априорных расчетов. Это необходимо как для понимания роли различных факторов, так и для практических целей, в тех случаях когда экспериментальные данные еще не получены. Сейчас уже выполнен ряд подобных расчетов, и хотя согласие с экспериментом пока еще не очень хорошее, оно вполне удовлетворительно для стимулирования развития усовершенствованных априорных методов расчета. [c.522]

В циклогексановом ряду конфигурационная изомеризация изучена особенно широко. Скорость достижения термодинамического равновесия в ряду гомологов циклогексана зависит от природы и активности катализаторов, условий проведения реакции и свойств исходных изомеров. Так, Ватерман и сотр. показали [28], что цис-и транс-, 3- и 1,4-диметилциклогексаны в присутствии катализатора Ni/кизельгур при 170—180°С и давлении водорода (7—8)-10 Па быстрее достигают термодинамического равновесия, чем 1,2-диметил-циклогексаны. Под действием скелетного никеля транс-1,2-диметил-циклогексан быстрее достигает равновесия, чем соответствующий цис-изомер. Аллинджеру с сотр. принадлежит серия работ [29—34], посвященных конформационному анализу стереоизомерных гомологов циклогексана, которые с помощью конфигурационной изомеризации в присутствии Pd-катализатора обратимо превращаются друг в друга. Состав термодинамически равновесных смесей, образующихся при этом, позволил авторам рассчитать константы равновесия, значения ряда термодинамических функций, а также энергий взаимных переходов различных конформеров. [c.76]

Стоддарт Дж. Стереохимия углеводов. М. Мир, 1975, 304 с. Рассмотрены основные аспекты стереохимии углеводов. Основное внимание уделено конформационному анализу, особенно влиянию конформационных факторов на состояние равновесий и экспериментальным методам определения преобладающих конформаций. [c.173]

Динамическая стереохимия, изучающая конформационные равновесия молекул, влияние пространственного строения молекул на их реакционную способность — актуальная область теоретической органической химии. Конформационные представления имеют большое значение в молекулярной биохимии, молекулярной биологии, молекулярной фармакологии, так как биологическая активность большинства природных соединений (аминокислот, пептидов, белков, ферментов, углеводов, ДНК, РНК, стероидов, алкалоидов), а также лекарственных веществ зависит от их пространственного строения. В связи с этим большой интерес представляет конформационный анализ молекулярных структур, содержащих конформационно подвижную циклогексановую систему. К этим соединениям относятся, в частности, производные циклогексана, содержащие алкильные, винильные, этинильные и кислородсодержащие функциональные фуппы —С=0, —ОН, —СО—СН3, —О—СО—СН3. Большое практическое значение имеют производные циклогексана с эпоксидной функциональной группой — алкициклические эпоксиды, являющиеся исходными соединениями синтеза эпоксидных полимеров с ценными физико-химическими свойствами. [c.66]

Большое внимание привлекла к себе также публикация Д. Бартона и Р. Куксона, в которой излагались основы конформационного анализа и отмечалась особая роль в химии алифатических, ациклических и гетероциклических соединений предпочтительных по энергии конформаций. "Основной принцип конформационного анализа, - полагают авторы, -состоит в том, что физические и химические свойства молекулы могут быть поставлены в соответствие с ее предпочтительной конформацией" [62. С. 47]. Немного позднее Бартон, подводя итоги бурному становлению конформационного анализа в органической химии, приходит к следующему заключению "Конформационный анализ может быть применен наиболее успешно к системам, содержащим конденсированные циклогексановые кольца он превратился в общепринятую составную часть стереохими-ческого исследования стероидных и тритерпеновых систем, так же как и теоретического рассмотрения такого рода соединений" [63. С. 160]. Говоря о применении конформационного анализа, Бартон, по-видимому, не случайно делает акцент на конденсированные циклические системы. Их конформеры, как правило, разделены высокими энергетическими барьерами и поэтому имеют время жизни, достаточное для независимого участия каждого из них в химической реакции. У молекул с линейными цепями барьеры обычно составляют несколько ккал/моль, и время жизни отдельной конформации равно всего лишь 10""-10 с. В случае значительной предпочтительности по энергии одного из конформеров в химической реакции фактически участвует также одна пространственная форма молекулы. При наличии набора изоэнергетических конформеров и высокой скорости установления равновесия между ними молекула предстает в химической реакции как статистическое образование. [c.111]

Деформация валентных углов. Энергия изменения валентных углов вызванная байеровским напряжением, рассчитывается в конформационном анализе по закону Гука = 0,5Л а Ла , где - коэффициент упругости Да - отклонение валентного угла от идеального значения. В механической модели Китайгородского в качестве идеальных принимаются такие значения валентных углов, которые они имели бы согласно гибридизации центрального атома при отсутствии невалентных взаимодействип (109°28 при 8р гибридизации, 120° - зр и 180° - зр). Коэффициенты упругости в модели Китайгородского зависят от природы и гибридного состояния центрального атома. Величина Ка не равна спектроскопическим деформационным константам 5ц, так как согласно теории колебаний вну г-ренняя координата Да представляет собой отклонение угла от своего равновесного (а не идеального) значения. Поэтому с точки зрения конформационного анализа энергия 0,5 Да вблизи равновесия есть сумма энергии деформации угла и энергии невалентных взаимодействий атомов. [c.116]

Другая серьезная проблема, возникающая при учете электростатических взаимодействий, связана с диэлектрической проницаемостью е. Выше отмечалось, что этот параметр характеризует макроскопическое свойство среды ослаблять взаимодействие зарядов, находящихся на большом расстоянии друг от друга. В конформационном анализе одной молекулы такая трактовка параметра е, строго говоря, теряет смысл. Тем не менее от использования диэлектрической проницаемости не отказались и вводят В расчет в виде эмпирического параметра, величина которого может существенно отличаться от величины известной физической константы. Определение е, используемой в конформационном анализе, связано с большими трудностями и вряд ли является однозначным. В отсутствие молекул растворителя в промежутке между близко расположенными атомами значение диэлектрической проницаемости определяется поляризуемостью взаимодействующих атомов и полем, создаваемым окружающими атомами и молекулами растворителя. Для неполярной среды Брант и Флори рекомендуют величину е = 3,5 [86]. Выбор был сделан при сопоставлении результатов конформационного анализа полипептидов с опытными данными. В работе Скотта и Шераги, посвященной конформационному анализу регулярных структур полипептидов, значение е варьируется от 1 до 4, что, однако, мало сказывается на профиле потенциальной поверхности [85]. Учитывая величину диэлектрической проницаемости в алкиламидах (е = 4), значения от 1 до 4 можно считать разумными при оценке электростатических взаимодействий атомов полипептидов в неполярных средах. В случае водных растворов значение зф должно быть больше, так как для самой воды е = 81 и, что весьма важно, вода при образовании водородных связей оттягивает на себя заряды атомов амидной группы. С. Кримм и Дж. Марк в расчете конформаций полипептидов с заряженными группами в водной среде использовали величину е, равную 10 [95]. В работе Е.М. Попова и соавт. [96] была рассмотрена возможность учета влияния растворителя на конформационное равновесие низкомолекулярных пептидов в рамках механической модели. Наилучшее совпадение с экспериментальными данными было получено при е = 4 для растворов в ССЦ, е = 6-7 - СНСЦ и е = 10 - Н2О. [c.119]

В рамках механической модели молекулы автором данной монографии и соавт. [83] была рассмотрена возможность учета влияния растворителя на конформационное равновесие пептидов соединений. Мы попытались это сделать путем различной параметризации потенциальных функций некоторых видов взаимодействий валентно-несвязанных атомов. Из энергетических вкладов различных видов взаимодействий в общую конформационную энергию молекулы составляющие i/ b. f- угл и i/mp -по-видимому, не будут претерпевать существенных изменений под влиянием растворителя. Они описывают такие взаимодействия между атомами и связями, которые являются значительными лишь при малых расстояниях (<2,5-3,0 А), Энергия же водородной связи сильно зависит от растворителя, Предложенный нами потенциал водородной связи [20] легко учитывает это влияние путем вариации параметра D энергии диссоциации водородной связи. По экспериментальным оценкам Дж, Шеллмана [84], Т. Клотца и И. Франзена [85] энергия димеризации N-метилацетамида в I4 составляет около 4,0, в H I3 - 2,0 и в воде - 0-1,0 ккал/моль Исходя из этого в конформационном анализе монопептидов в неполярной среде была принята величина D = 4,0 ккал/моль, а в слабо- и сильнополярной (водной) средах - 2,0 и 0,5 ккал/моль соответственно. [c.160]

Проведенный конформационный анализ аланинового монопептида позволил оценить термодинамические функции различных форм и определить положение конформационного равновесия в различных растворителях. Энтропия определялась по формуле S=U +kT nZ, где U - средняя внутренняя энергия Z - статистическая сумма вероятностей состояния. Величина Z является функцией разбиения конформационного пространства, поэтому рассчитанные величины S имеют относительный смысл. В нашем случае вариации углов ф и у составили 20°. Значения энтропии мало чувствительны к учету электростатики. Так, энтропия R-, В- и L-форм молекулы при е = 4 составляет 8,0, при = 10 - 8,1 и при е = оо - 8,4 кал/моль град. Это закономерно, так как энтропия определяется прежде всего всей площадью низкой энергии на конформационной карте. Ориентировочная оценка энтропии свернутых форм М и Н составляет 1,5-2,0 кал/моль град. Следовательно, AS =5р в - Sea = =-6-1 кал/моль град. В табл. 11.10 приведены значения / бщ самых выгодных оптимальных конформаций. Разница между усредненными значениями i/общ несколько больп1е - приблизительно на 0,2-0,3 ккал/моль-Таким образом, согласно теоретической оценке, разность внутренней энергии Д(У между энергиями лучшей свернутой формы Н и лучшей развернутой формы В в ССЦ составляет 2,7-2,9 ккал/моль. Эксперимент дает 3,0 ккал/моль [87]. Разность свободной энергии свернутых и развер- [c.162]

Итак, были рассмотрены результаты теоретического конформационного анализа совместно с данными экспериментального исследования пространственного строения серии метиламидов N-ацетил-а-аминокислот и их N-метильных производных в различных средах. В основу интерпретации опытного материал ыли положены геометрические и энергетические характеристики ограниченного набора оптимальных конформаций монопептидов, изученных теоретически. При этом обнаружилось полное соответствие между всеми вьшодами теоретического анализа, с одной сто-роньг, и эспериментальными данными, с другой. В результате была установлена непосредственная связь между оптимальными формами рассчитанных монопептидов и соответствующими опытными данными, полученными с помощью различных физических методов теоретический и экспериментальный подходы не обнаружили противоречий в оценке тенденции смещения положений конформационного равновесия у изученных монопептидов при переходе от неполярных к полярным растворам. Тем самым было показано, что использованные в расчете потенциальные функции и параметризация адекватно отражают реальные взаимодействия атомов одного аминокислотного остатка и удовлетворительно имитируют влияние на эти ближайшие взаимодействия окружающей среды. Расчетный метод конформационного анализа выдержал, таким образом, свое первое испытание на пути к решению задачи структурной организации белков. Это, пожалуй, самый важный вывод из проведенного нами комплексного теоретического и экспериментального исследования. Он, конечно, не решал еще многих проблем, но послужил надежным обоснованием дл следующего шага - анализа конформационных возможностей монопеп-тидов всех остальных стандартных аминокислот. [c.172]

Результаты конформационного анализа Leu-энкефалина очень близки расчетным данным Met-энкефалина. Об этом свидетельствуют данные табл. Ш.21, в которой сопоставлены энергетические характеристики лучших структур двух молекул. При замене остатка Met на Leu наблюдается незначительное повышение энергии конформаций типа ffff vi понижение энергии конформаций effe, что должно привести к небольшому различию в положении конформационного равновесия пентапептидов в полярных средах. Результаты конформационного анализа синтетических аналогов энкефалинов рассмотрены в гл. 17. [c.342]

К числу вопросов, решение которых необходимо для успешного развития исследований в этом направлении, следует, по-видимому, отнести количественную оценку состояния таутомерного и конформационного равновесия моносахаридов и их производных в зависимости от внешних факторов (растворители, температура, pH и т. п.) количественное или полу-количественьое измерение реакционной способности гидроксильных групп в зависимости от положения в углеродной цепи моносахарида и конформационной характеристики более подробный конформационный анализ ациклических форм моносахаридов измерение термодинамических параметров важнейших типов производных моносахаридов, позволяющее предсказывать состояние равновесия в обратимых реакциях, и т. п. Обобщение всех этих результатов с использованием современных электронных представлений и конформационного анализа позволило бы создать ряд полуколпчественных концепций о связи структуры и реакционной способности моносахарида в различных экспериментальных условиях, что дало бы возможность делать более точный выбор оптимальных условий реакции или целесообразного синтетического пути. [c.628]

Д. с. тесно связана с конформационным анализом, поскольку разл. конформации молекулы могут реагировать в одних и тех же условиях с разл. скоростями или даже по разным направлениям. Положение конформац. равновесия, т. о., может определять маршрут и стерич. ход р-ции. [c.173]

С появлением конформационного анализа стало возможным истолковать многие из результатов по изучению равновесий с точки зрения относительной термодинамической устойчивости геометрических и структурных изомеров природных соединений, содержащих эпимеризуемые центры. Основной принцип метода может быть сформулирован следуюш им образом наименьшей энергией основного состояния будет обладать лишь та конфигурация и конформация, в которой заслоняюш ий эффект и другие неблагоприятные несвязанные взаимодействия минимальны. Следовательно, основное звено проблемы — выбор конфигурации, удовлетворяющей этому условию. При отсутствии экспериментальных данных выводить ймпирически порядок относительной устойчивости изомеров довольно рискованно. Тем не менее во многих случаях, когда нет оснований опасаться осложнений, изучение равновесной изомеризации может явиться очень надежным, а иногда и самым удобным методом установления стереохимии. [c.668]

Тетраметш1гексан. Конформационный анализ показывает, что более устойчивым должен быть г ггс-изомер, имеющий по сравнению с транс-жгоже ош на одно скошенное бутановое взаимодействие меньше. Так как энтропии. иезо-формы и dZ-пары должны быть примерно одинаковы (dZ-napa имеет ось симметрии), то можно было ожидать, что при 600° К в равновесии будет находиться 65% одного и 35% другого изомера (считая энергию скошенного взаимодействия равной 700 кал моль). Эксперимент подтвердил это, что и позволило приписать более устойчивому (нижекипящему) изомеру г мс-конфигурацию. Ниже приведены стандартные (слева) и устойчивые (справа) конформации рассматриваемых диастереомеров. (Напомним, что обозначение цис или транс относится лишь к пространственному расположению метильных радикалов, связанных с хиральными центрами.) [c.53]

Полнота достижения равновесия (для изол1еров рассматриваемого типа замещения) гарантируется получением одинаковых смесей из различных алканов данного типа строения. Однако при этом не наблюдается равновесия моно- и дизамещенных изомеров и т. д. Добавим, что для равновесных смесей одного типа замещения более надежно и использование методов конформационного анализа, и сопоставление расчетных и полученных в эксперименте равновесных смесей. Пример такой избирательной равновесной изомеризации приведен в табл. 12 [1Г [c.70]

Интерес представляет также конформация г ыс-10-метилдека-лона-2. В принципе для это11 молекулы возможно равновесие между стероидной (А) и нестероидной (Б) конформациями (рис. 3-16). Как показывает конформационный анализ, в форме Б при Р-углеродном атоме находится аксиальная алкильная группа. [c.207]

Кинетические методы могут быть использованы в конформационном анализе точно таким же путем, как методы исследования равновесий (например, измерения рА ) [177, 258, 259]. Так, скорость окисления цис- и тракс-4-кгрет-бутилциклогексапола дает соответствующие скорости окисления для аксиальной и экваториальной групп ОН. Измеряя скорость окисления незамещенного циклогексанола, можно определить конформационную энергию гидроксильной группы [177]. К сожалению, кинетические методы, по-видимому, очень чувствите.дьны даже к небольшим деформациям кольца, возникающим ири введении заместителя. Это особенно сказывается в тех случаях, когда реакция включает непосредственно углеродный атом кольца, как, например, при сольволизе тозилатов. В связи с этим возможности метода для количественных оценок довольно ограниченны [260—263]. Детали кинетических исследований подробно рассматривались в разд. 2-2, В. [c.226]

В последнее время появился ряд работ, в которых проведена количественная корреляция скоростей реакций полициклических соединений с конформационными свойствами этих систем. Так, Глейхер и Шлейер [302] показали, что скорости сольволиза мостиковых полициклических бромидов объясняются увеличением торсионного напряжения в переходном состоянии по сравнению с основным. Было обнаружено также, что стереоспецифичность реакций замещенных норборнанов можно интерпретировать, рассматривая напряжение в переходном состоянии [303]. Хорошим примером применения конформационного анализа к кинетическим проблемам являются работы Гарбича и сотрудников [304, 305], который с помощью расчета энергии напряжения переходного состояния объяснил равновесия и скорости реакций более сорока циклических, экзоциклических и ациклических алкенов.— Прим. перев. [c.285]

Смотреть страницы где упоминается термин Конформационный анализ равновесие: [c.171] [c.135] [c.157] [c.160] [c.401] [c.558] [c.575] [c.284] [c.174] [c.94] [c.274] [c.149] [c.96] [c.56] [c.10] [c.212] [c.259] [c.479] [c.482] [c.56]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология