Jump to content

Колебательный круговой дихроизм

Колебательный круговой дихроизм ( VCD ) — это спектроскопический метод, который обнаруживает различия в затухании левого и правого света с круговой поляризацией, проходящего через образец. Это расширение спектроскопии кругового дихроизма в инфракрасном и ближнем инфракрасном диапазонах. [1]

Поскольку VCD чувствителен к взаимной ориентации различных групп в молекуле, он предоставляет трехмерную структурную информацию. Таким образом, это мощный метод, поскольку спектры VCD энантиомеров можно моделировать с помощью вычислений ab initio , что позволяет идентифицировать абсолютные конфигурации малых молекул в растворе по спектрам VCD. Среди таких квантовых вычислений спектров VCD, возникающих в результате киральных свойств малых органических молекул, есть те, которые основаны на теории функционала плотности (DFT) и , включающих калибровку атомных орбиталях (GIAO). В качестве простого примера экспериментальных результатов, полученных методом VCD, можно привести спектральные данные, полученные в области растяжения углерод-водорода (СН) 21 аминокислоты в растворах тяжелой воды . Таким образом, измерения колебательно-оптической активности (VOA) имеют многочисленные применения не только для небольших молекул, но также для больших и сложных биополимеров, таких как мышечные белки ( миозин например, ) и ДНК .

Вибрационные режимы

[ редактировать ]

Хотя основной величиной, связанной с инфракрасным поглощением, является дипольная сила, дифференциальное поглощение также пропорционально вращательной силе, величине, которая зависит как от электрического, так и от магнитного дипольного переходного момента. Чувствительность направленности молекулы к свету с круговой поляризацией обусловлена ​​формой силы вращения. Строгая теоретическая разработка VCD одновременно проводилась покойным профессором П. Дж. Стивенсом, FRS, в Университете Южной Калифорнии . [2] [3] и группа профессора А.Д. Бэкингема, FRS, в Кембриджском университете в Великобритании, [4] и впервые реализован аналитически в Cambridge Analytical Derivative Package (CADPAC) Р.Д. Амосом. [5] Предыдущие разработки Д. П. Крейга и Т. Тирмачандимана в Австралийском национальном университете. [6] и Ларри А. Нэфи и Тереза ​​Б. Фридман из Сиракузского университета. [7] хотя теоретически они были верны, их не удалось реализовать напрямую, что препятствовало их использованию. Только с развитием формализма Стивенса, реализованного в CADPAC, стал возможен быстрый эффективный и теоретически строгий теоретический расчет VCD-спектров хиральных молекул. Это также стимулировало коммерциализацию инструментов VCD компаниями Biotools, Bruker, Jasco и Thermo-Nicolet (теперь Thermo-Fisher).

Пептиды и белки

[ редактировать ]

Сообщалось об обширных исследованиях VCD как для полипептидов, так и для некоторых белков в растворах; [8] [9] [10] также было составлено несколько недавних обзоров. [11] [12] [13] [14] Обширный, но неполный список публикаций на VCD также представлен в разделе «Ссылки». Опубликованные отчеты за последние 22 года доказали, что VCD является мощным методом с улучшенными результатами по сравнению с теми, которые ранее были получены с помощью видимого/УФ-циркулярного дихроизма (CD) или оптической вращающейся дисперсии (ORD) для белков и нуклеиновых кислот.

Эффекты растворителя на стабилизацию структур (конформеров и цвиттер-ионов) аминокислот и пептидов, а также соответствующие эффекты, наблюдаемые в колебательном круговом дихроизме (VCD) и спектрах рамановской оптической активности (ROA), были недавно документированы с помощью объединенных теоретических и экспериментальная работа по L-аланину и N-ацетил-L-аланин-N'-метиламиду. [15] [16] Подобные эффекты также были замечены в спектрах ядерного магнитного резонанса (ЯМР) группами ЯМР Вейзе и Вейсшаара в Университете Висконсин-Мэдисон . [17]

Нуклеиновые кислоты

[ редактировать ]

Спектры VCD нуклеотидов, синтетических полинуклеотидов и некоторых нуклеиновых кислот, включая ДНК, были описаны и распределены с точки зрения типа и количества спиралей, присутствующих в A-, B- и Z-ДНК.

Инструментарий

[ редактировать ]

VCD можно рассматривать как относительно недавнюю технологию. Хотя колебательно-оптическая активность и, в частности, колебательный круговой дихроизм известны уже давно, первый прибор VCD был разработан в 1973 году. [18] а коммерческие инструменты были доступны только с 1997 года. [19]

Для биополимеров, таких как белки и нуклеиновые кислоты, разница в поглощении между лево- и право-конфигурациями на пять порядков меньше, чем у биополимеров, таких как белки и нуклеиновые кислоты.соответствующее (неполяризованное) поглощение. Поэтому VCD биополимеров требует использования очень чувствительных, специально созданных приборов, а также усреднения по времени в течение относительно длительных интервалов времени даже с такими чувствительными VCD-спектрометрами.Большинство приборов CD излучают свет с левой и правой круговой поляризацией, который затем модулируется либо синусоидальной, либо прямоугольной волной с последующим фазочувствительным обнаружением и синхронным усилением обнаруженного сигнала. В случае FT-VCD,фотоупругий модулятор (PEM) используется вместе с интерферометром FTIR. Примером может служить FTIR-интерферометр Bomem модели MB-100, оснащенный дополнительной поляризационной оптикой/аксессуарами, необходимыми для записи спектров VCD.Параллельный луч выходит через боковой порт интерферометра, который сначала проходит через линейный поляризатор с проволочной сеткой, а затем через кристаллический PEM восьмиугольной формы ZnSe, который модулирует поляризованный луч на фиксированной более низкой частоте, например 37,5 кГц. Механически напряженный кристалл, такой как ZnSe, демонстрирует двойное лучепреломление при воздействии соседнего пьезоэлектрического преобразователя. Линейный поляризатор расположен близко к оси кристалла ZnSe и под углом 45 градусов. Поляризованное излучение, сфокусированное на детекторе, дважды модулируется как ФЭУ, так и установкой интерферометра. Для фазочувствительного обнаружения сигнала VCD также выбирается детектор с очень низким уровнем шума, такой как MCT (HgCdTe). Первым специализированным VCD-спектрометром, выпущенным на рынок, был ChiralIR от Bomem/BioTools, Inc. в 1997 году. Сегодня Thermo-Electron, Bruker, Jasco и BioTools предлагают либо аксессуары для VCD, либо автономные приборы. [20] Чтобы предотвратить насыщение детектора, перед детектором MCT с очень низким уровнем шума устанавливается соответствующий длинноволновый фильтр, который пропускает только излучение ниже 1750 см. −1 добраться до детектора МСТ; последний, однако, измеряет радиацию только до 750 см. −1 . Затем осуществляется накопление спектров FT-VCD выбранного раствора образца, оцифровка и сохранение на встроенном компьютере. Также доступны опубликованные обзоры, в которых сравниваются различные методы VCD. [21] [22]

Магнитный VCD

[ редактировать ]

Спектры VCD также были зарегистрированы в присутствии приложенного внешнего магнитного поля. [23] Этот метод может улучшить спектральное разрешение VCD для небольших молекул. [24] [25] [26] [27] [28]

Рамановская оптическая активность (ROA)

[ редактировать ]

ROA — это метод, дополняющий VCD, особенно полезный на расстоянии 50–1600 см. −1 спектральная область; он считается методом выбора для определения оптической активности при энергиях фотонов менее 600 см-1. −1 .

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Принципы ИК- и БИК-спектроскопии
  2. ^ Стивенс Филип Дж (1985). «Теория колебательного кругового дихроизма». Журнал физической химии . 89 (5): 748–752. дои : 10.1021/j100251a006 .
  3. ^ Стивенс П.Дж. (1987). «Калибровочная зависимость колебательных магнитно-дипольных переходных моментов и вращательных сил». Журнал физической химии . 91 (7): 1712–1715. дои : 10.1021/j100291a009 .
  4. ^ Букингем А.Д., Фаулер П.В., Галвас, Пенсильвания (1987). «Поверхности свойств, зависящие от скорости, и теория колебательного кругового дихроизма». Химическая физика . 112 (1): 1–14. Бибкод : 1987CP....112....1B . дои : 10.1016/0301-0104(87)85017-6 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ Амос Р.Д., Хэнди Н.К., Ялканен К.Дж., Стивенс П.Дж. (1987). «Эффективный расчет колебательных магнитно-дипольных переходных моментов и вращательных сил». Письма по химической физике . 133 (1): 21–26. Бибкод : 1987CPL...133...21A . дои : 10.1016/0009-2614(87)80046-5 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  6. ^ Крейг Д.П., Тирунамачандран Т. (1978). «Теория колебательного кругового дихроизма с точки зрения вибронных взаимодействий». Молекулярная физика . 35 (3): 825–840. Бибкод : 1978МолФ..35..825С . дои : 10.1080/00268977800100611 .
  7. ^ Нафи Лоуренс А., Фридман Тереза ​​​​Б. (1983). «Теория вибронной связи инфракрасных колебательных переходов». Журнал химической физики . 78 (12): 7108–7116. Бибкод : 1983ЖЧФ..78.7108Н . дои : 10.1063/1.444741 .
  8. ^ П. Мэлон; Р. Кобринская; Т. А. Кейдерлинг (1988). «Колебательный круговой дихроизм полипептидов XII. Переоценка колебательного кругового дихроизма преобразования Фурье полигамма-бензил-L-глутамата». Биополимеры . 27 (5): 733–746. дои : 10.1002/bip.360270503 . ПМИД   2454680 . S2CID   44963475 .
  9. ^ Т.А. Кейдерлинг; СК Ясуи; У. Нараянан; А. Аннамалай; П. Мэлон; Р. Кобринская; и др. (1988). «Колебательный круговой дихроизм биополимеров». В ЭД Шмиде; Ф. В. Шнайдер; Ф. Зиберт (ред.). Новые достижения спектроскопии биологических молекул . Уайли. стр. 73–76. ISBN  978-0-471-91934-6 .
  10. ^ СК Ясуи; Т. А. Кейдерлинг (1988). «Колебательный круговой дихроизм полипептидов и белков». Микрохимика Акта . II (1–6): 325–327. Бибкод : 1988AcMik...2..325Y . дои : 10.1007/BF01349780 . S2CID   97091565 .
  11. ^ Т. А. Кейдерлинг (1993). «Глава 8. Колебательный круговой дихроизм белков-полисахаридов и нуклеиновых кислот». В ИК Баяну; Х. Пессен; Т. Кумосински (ред.). Физическая химия пищевых процессов . Том. 2 Передовые методы, структуры и приложения. Нью-Йорк: Ван Норстранд-Рейнхольд. стр. 307–337.
  12. ^ Т. А. Кейдерлинг и Ци Сюй (2002). «Спектроскопическая характеристика развернутых пептидов и белков, изученных с помощью спектров инфракрасного поглощения и колебательного кругового дихроизма». У Джорджа Роуза (ред.). Достижения в области химии белков . Том. 62. Нью-Йорк: Академик Пресс. стр. 111–161.
  13. ^ Кейдерлинг, Тимоти А. (2002). «Вторичная структура белков и пептидов и определение конформации с колебательным круговым дихроизмом». Современное мнение в области химической биологии . 6 (5): 682–8. дои : 10.1016/S1367-5931(02)00369-1 . ПМИД   12413554 .
  14. ^ Тимоти А. Кейдерлинг и РАГД Сильва (2002). «Обзор: конформационные исследования пептидов с помощью инфракрасных методов». У М. Гудмана; Г. Херрман и Хубен-Вейль (ред.). Синтез пептидов и пептидомиметиков . Том. 22Эб. Нью-Йорк: Георг Тим Верлаг. стр. 715–738 (написано в 2000 г.).
  15. ^ Ялканен К.Дж., Дегтяренко И.М., Ниеминен Р.М., Цао К., Нафи Л.А., Чжу Ф., Бэррон Л.Д. (2007). «Роль гидратации в определении структуры и колебательных спектров L-аланина и N-ацетил-L-аланина N'-метиламида в водном растворе: комбинированный теоретический и экспериментальный подход». Теоретическая химия . 119 (1–3): 191–210. дои : 10.1007/s00214-007-0361-z . S2CID   53533989 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ Хан Вен-Ге, Ялканен К.Дж., Элстнер Маркус, Сухай Шандор (1998). «Теоретическое исследование водного N-ацетил-1-аланинN'-метиламида: структуры и спектры комбинационного рассеяния света, VCD и ROA». Журнал физической химии Б. 102 (14): 2587–2602. дои : 10.1021/jp972299m . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  17. ^ Пун Чи-Дуэн, Самульски Эдвард Т., Вайс Кристоф Ф., Вайсшаар Джеймс К. (2000). «Определяют ли мостиковые молекулы воды структуру модельного дипептида в водном растворе?». Журнал Американского химического общества . 122 (23): 5642–5643. дои : 10.1021/ja993953+ . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  18. ^ Л. А. Нафи, Т. А. Кейдерлинг, П. Дж. Стивенс, JACS 1973, 98, 2715.
  19. Каталог BioTools, стр. 4. Архивировано 24 декабря 2014 г., в Wayback Machine.
  20. ^ Лоуренс А. Нафи (2008). «Колебательный круговой дихроизм: новый инструмент для определения состояния раствора структуры и абсолютной конфигурации хиральных молекул природного продукта». Коммуникации о натуральных продуктах . 3 (3): 451–466.
  21. ^ Ховенсио Иларио; Дэвид Драпчо; Рауль Курбело; Тимоти А. Кейдерлинг (2001). «Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье с поляризационной модуляцией и цифровой обработкой сигналов: сравнение методов колебательного кругового дихроизма». Прикладная спектроскопия . 55 (11): 1435–1447. Бибкод : 2001ApSpe..55.1435H . дои : 10.1366/0003702011953810 . S2CID   93330435 .
  22. ^ Тимоти А. Кейдерлинг; Ян Кубелка; Ховенсио Иларио (2006). «Колебательный круговой дихроизм биополимеров. Краткое изложение методов и приложений». У Марка Бреймана; Василис Грегориу (ред.). Колебательная спектроскопия полимеров и биологических систем . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 253–324. (написано в 2000 г., обновлено в 2003 г.)
  23. ^ Т. А. Кейдерлинг (1981). «Наблюдение магнитно-колебательного кругового дихроизма». Журнал химической физики . 75 (7): 3639–41. Бибкод : 1981ЖЧФ..75.3639К . дои : 10.1063/1.442437 .
  24. ^ Т. Р. Девайн и Т. А. Кейдерлинг (1987). «Колебательное спектральное присвоение и повышенное разрешение с использованием магнитного колебательного кругового дихроизма». Спектрохимика Акта . 43А (5): 627–629. Бибкод : 1987AcSpA..43..627D . дои : 10.1016/0584-8539(87)80144-7 .
  25. ^ П.В. Кроатто; РК Ю; Т. А. Кейдерлинг (1989). Кэмерон, Дэвид Дж. (ред.). «Магнитный колебательный круговой дихроизм с FTIR». Труды SPIE . 7-я Международная конференция по спектроскопии преобразований Фурье. 1145 : 152–153. Бибкод : 1989SPIE.1145..152C . дои : 10.1117/12.969401 . S2CID   95692003 .
  26. ^ CN Tam и TA Keiderling (1995). «Прямое измерение вращательного значения g в основном состоянии ацетилена методом магнитного колебательного кругового дихроизма». Письма по химической физике . 243 (1–2): 55–58. дои : 10.1016/0009-2614(95)00843-S .
  27. ^ П. Бур; CN Там; Т. А. Кейдерлинг (1995). «Изначальный расчет колебательного магнитного дипольного момента». Журнал физической химии . 99 (51): 17810–17813. дои : 10.1021/j100051a002 .
  28. ^ П. Бур; CN Там; Б. Ван; Т. А. Кейдерлинг (1996). «Магнитно-колебательный круговой дихроизм с вращательным разрешением. Экспериментальные спектры и теоретическое моделирование диамагнитных молекул». Молекулярная физика . 87 (2): 299–318. Бибкод : 1996МолФ..87..299Б . дои : 10.1080/00268979600100201 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 6776cfb9ae7a334c00cb907360a1b43e__1718106060
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/67/3e/6776cfb9ae7a334c00cb907360a1b43e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Vibrational circular dichroism - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)