有机分子结构的高维空间拓扑编码与手性

分析高维空间的拓扑特性,并给出高维空间的标准作图法则。在此基础上,提出一种新的有机分子结构的高维空间拓扑编码方法。这种方法以不同的上标符号代表不同的非氢原子,再根据有机分子中的非氢原子在高维空间中的位置排列和联结方式进行编码。这种编码简单明了,普遍适用,统一规范,系统性强,使用方便,同时能够反映出分子的不同异构体和手性。特别对L-型氨基酸及D-型氨基酸的手性及其编码的关系进行深入的分析。     

一种氨基酸分子识别主体的合成及其表征

合成了一种新的氨基酸分子手性识别主体N－2－（L－苯丙氨酸）－N，N’－1，3－（邻氨基苯胺）－1，3－二酮（简称L）合锌（Ⅱ）。经红外图谱、元素分析及旋光测定结果表明产物为预期的目标产物。通过紫外可见光谱分析表明该主体对D型、L型氨基酸分子有手性识别作用。     

遗传密码的简并及其高维空间的拓扑结构

根据遗传密码子的简并度（对称性）,可将６４个遗传密码子分为高简并度和低简并度两大类。高简并度的氨基酸,其分子量一般比较小,等电点（ｐＩ值）的分布比较集中,而低简并度氨基酸的情况恰好相反。根据ＵＣＡＧ编码的简并度分析,得出４个碱基的二进制编码为：Ｃ（００）,Ｕ（０１）,Ａ（１０）,Ｇ（１１）。应用碱基二进制码对２０个氨基酸及终止密码进行编码,可得出十分规律和优美的六维空间。并由此得出遗传密码子的拓扑     

非限域条件下单体天冬酰胺分子的手性转变机制

基于密度泛函理论B3LYP/6-311+G(2df)水平, 研究非限域条件下单体天冬酰胺分子的手性转变过程. 通过寻找过渡态和中间体反应过程的各极值点结构, 绘制天冬酰胺分子的手性转变路径反应势能面, 并分析各极值点的几何及电子结构特性. 结果表明： S型天冬酰胺分子手性碳上的氢原子以羧基上的氧原子为桥梁, 转移至手性碳原子的另一侧, 实现了从S型到R型天冬酰胺分子的手性转变; 该路径有4个中间体和5个过渡态, 最大的反应能垒为316.372 8 kJ/mol, 来源于第4个过渡态TS₂-R-Asn.     

非共价相互作用对中心手性的影响及中心手性的定义

建立在van't Hoff碳正四面体构型学说基础上的中心手性的概念未涉及非共价相互作用对分子中心手性的影响.可以想像,当某原子连有两个相同的原子或基团(如氢原子)时,可因非共价相互作用(如分子内氢键)的存在(如只与其中的一个氢原子形成氢键)成为不等性原子或基团.考虑到非共价相互作用对分子中心手性可能产生的影响,中心手性的概念似应为:一个原子(如C,N)的四支键分别指向四面体的各顶点,并分别键连四个不等性原子或基团(包括孤电子对)时,则该原子是手性的.     

一石二鸟：单分子双波长荧光定量和手性识别氨基酸

近年来,为了便于手性荧光分子探针应用于高通量手性分析,通过一次荧光测定同时测定手性底物的浓度和对映体组成成为科学家们关注的热点问题。综述了四类用于双波长荧光定量和手性识别氨基酸的荧光探针分子,根据其设计合成及识别机制,研究了其识别优缺点和应用前景。探针(R)-4和(R)-9可识别多种氨基酸;(S)-12和(S)-17仅对组氨酸和精氨酸双重响应识别。同时,探针(R)-4,(S)-12和(S)-17水溶性差,且与氨基酸形成的中间体在水溶液中不稳定,测量主要在有机溶液中进行,不利于生物应用研究。这些机制研究可达到一石二鸟的效果：既可以定量检测氨基酸的浓度,又可以手性识别氨基酸对映体组成,这为后期双波长荧光定量和手性识别手性化合物的研究提供参考。     

利用不同手性固定相对DL-氨基酸衍生物对映体手性分离

利用三种手性固定相对６种Ｎ－乙酰化ＤＬ－氨基酸酯进行了手性分离研究,结果表明：Ｎ－乙酰化ＤＬ－氨基酸酯的手性分离系数α随氨基酸手性中心基团Ｒ１和衍生化基团Ｒ２的增大而增大,同时ＣＳＰ具有手性识别的手性中心基团空间位阻的增大也有利于改善手性分离效果,对映体的馏出顺序取决于ＣＳＰ具有手性识别的手性中心的构型,本文还为已提出的Ｎ－乙酰化ＤＬ－氨基酸酯在该类手性固定相上的手性分离机理进行了补充．     

利用不同手性固定相对DL—氨基酸衍生物对映体手性分离

利用三种手性固定相对６种Ｎ－乙酰化ＤＬ－氨基酸酯进行了手性分离研究，结果表明，Ｎ－乙酰化ＤＬ－氨基酸酯的手性分离系数α随氨基酸手性中心基团Ｒ１和衍生化基团Ｒ２的增大而增大，同时ＣＳＰ具有手性识别的手性中心基团空间位阻的增大也有利于改善手性分离效果，对映体的馏出顺序取决于ＣＳＰ具有手性识别的手性中心的构型，本文还为已提出的Ｎ－乙酰化ＤＬ－氨基酸酯在该类手性固定相上的手性分离机理进行了补充。     

确定手性分子构型的简便方法

根据国际纯化学和应用化学联合会(IUPAC)的命名原则,含有手性中心的手性分子的立体构型以R/S表示。对于一个含有手性碳原子的分子,要确定它属于R型或S型。通常采用的方法主要包括两个步骤:首先,根据“次序规则”将手性碳原子上连有的四个不相同的原子或原子团按其先后位次排列,其次是将该分子在纸面上的二维空间投影式凭人们想象转变为三维空间的立体模型,而后再确定其构型。例如:确定下列手性分子的构型     

手性氨基酸尾式卟啉锌配合物对氨基酸酯的手性分子识别

手性氨基酸尾式卟啉锌配合物对氨基酸酯的手性分子识别罗国添刘海洋黄锦汪彭小彬计亮年（中山大学化学系，广州５１０２７５）关键词氨基酸尾式卟啉锌配合物，氨基酸酯，手性识别分类号Ｏ６１４．２４１在蛋白质的生物合成中，氨酰ｔ－ＲＮＡ合成酶对氨基酸表现出极为专...     

孤立条件下α-丙氨酸分子手性转变机制的密度泛函理论

使用基于密度泛函理论B3LYP/6-31+g(d,p)水平上的计算,研究孤立条件下的α-丙氨酸分子手性转变过程.通过寻找包括过渡态和中间体的反应过程各极值点结构,绘制完整的α-丙氨酸分子手性转变路径反应势能面,并分析各极值点的几何和电子结构特性.结果表明:S型α-丙氨酸分子手性碳上的氢原子以羧基上的氧原子为桥梁,转移至手性碳原子的另一侧,实现了从S型到R型α-丙氨酸分子的手性转变;该路径有1个中间体和2个过渡态,最大的反应能垒为326.6kJ/mol,来源于第一个过渡态TS1.     

单水复合条件下苯丙氨酸分子手性转变机制的理论研究

使用基于密度泛函理论B3LYP/6-311+G(2df)水平上的计算,研究单水复合条件下的苯丙氨酸分子(Phe)手性转变过程,寻找形成过渡态、中间体反应过程中各极值点结构,绘制完整的苯丙氨酸分子手性转变路径反应势能面,并分析各极值点的几何和电子结构特性.结果表明:S-Phe1H_2O-1型苯丙氨酸分子手性碳上的氢原子以羧基上的氧原子为桥梁,转移至手性碳原子的另一侧,实现了从S-Phe1H_2O-1型到R-Phe1H_2O-1型苯丙氨酸分子的手性转变;该路径有4个中间体和5个过渡态,最大的反应能垒为312.9596kJ/mol,来源于第二个过渡态TS2-S-Phe1H_2O-1.     

水环境下α-丙氨酸分子手性的转变机制

基于密度泛函理论考察水环境下α-丙氨酸分子手性转变机制,通过寻找水环境下α-丙氨酸手性转变过程过渡态及中间体等极值点的结构,绘制水环境下α-丙氨酸分子手性碳上氢原子转移及形成中间体异构过程的反应势能面.结果表明:与孤立条件的手性转变过程相比,以单个和两个水分子为桥梁的氢原子从手性碳向羰基氧转移过程的能垒从325.5kJ/mol分别降为200.6,173.0kJ/mol;氢原子从羰基氧再迁移到手性碳另一侧的能垒从229.2kJ/mol分别降为105.3,73.5kJ/mol.这是由于水分子在α-丙氨酸分子对映体手性转变过程中具有催化作用,即生命体内存在微量右旋丙氨酸的机制是水参与了左旋丙氨酸手性转变过程,降低了反应能垒所致.     

二聚炔雌醇分子钳对氨基酸的对映选择性识别

利用人工受体与适当底物间的分子识别 ,以建立仿生模型的研究已成为生物有机化学前沿富有挑战性的领域之一 [1 ] .生物分子多数是手性分子 ,因而手性识别在生命过程中极其重要[2 ] .近年来对氨基酸的手性识别引起了广泛的兴趣 .多种大环受体 (如冠醚、环糊精、环番等 )对氨基酸的手性识别有较多的报道 ,然而甾体类大环和甾体分子钳受体对氨基酸的手性识别报道却很少 .我们曾报道了二聚雌二醇分子钳 ( 1 ,2 ,3,4)对氨基酸具有对映选择性识别性能[3,4] .这里报道由炔雌醇构筑的分子钳 ( 5 ,6 ,7,8)对氨基酸的手性识别 ,并与雌二醇分子钳的识别…     

非限域单体异亮氨酸分子的手性转变机制

基于密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-311+G(-2df-)基组水平上考察非限域条件下单体异亮氨酸分子的手性转变过程. 通过寻找包括过渡态和中间体的反应过程各极值点结构, 绘制非限域条件下完整的异亮氨酸分子手性转变路径反应势能面, 并分析各极值点的几何及电子结构特性. 结果表明： [JP2]非限域条件下, S型异亮氨酸分子手性C上的H原子以羧基上的O原子为桥梁, 转移至手性C原子的另一侧, 实现了从S型到R型异亮氨酸分子的手性转变; 非限域条件下, 该路径有4个中间体和5个过渡态, 最大反应能垒为325.824 6 kJ/mol, 来源于第二个过渡态TS₂-S-Ile.     

非限域甲硫氨酸分子手性转变的第三反应通道

基于密度泛函理论中的B3LYP方法,在6-311+G(2df)基组水平上,研究非限域条件下单体甲硫氨酸分子手性转变过程的第三反应通道.通过寻找反应过程中各极值点结构,绘制完整的甲硫氨酸分子手性转变路径反应势能面,并分析各极值点的几何及电子结构特性.结果表明:S型甲硫氨酸分子手性C上的H原子以6C=10O原子为桥梁,转移至手性C原子的另一侧,实现了从S型到R型甲硫氨酸分子手性转变的第三反应通道;该反应路径共有4个中间体和5个过渡态,最大反应能垒为321.361 2kJ/mol,来源于第二个过渡态TS_2-S3-Met.     

分子组装体中的手性非线性放大现象

正信息如何在分子间传递是一类重要科学问题.手性非线性放大现象(又名士兵长与士兵效应,the sergeants-and-soldiers effect)是手性信息在分子间传递并放大的现象,由少数手性分子(士兵长)"指挥"大量非手性分子(士兵)形成具较强手性信号的组装体.这种特殊的手性传递效应被广泛应用于不对称催化、手性药物拆分、分子组装等领域,并与手性起源密切关     

生命起源中的对称性破缺

生命起源中的对称性破缺——生物分子手性均一性,是生命科学中的长期未解之谜。自然界中组成蛋白质的20种氨基酸(除甘氨酸无不对称碳原子外)全部是L型,组成RNA,DNA中的核糖却全部是D型。对蛋白质和核酸的手性、分子构型(D和L)和旋光(+和-,右旋光和左旋光)概念作了阐明。对当前国际上最著名的两大学说—β粒子极化和手性分子的相互作用与萨拉姆假说以及国内外的研究工作,结合科研组10几年来的实验研究和理论观点作了较为全面的评述。     

一类新型手性大环配体的合成

一类新型手性大环配体的合成赵英黎星术张小玲谢如刚（化学系）手性大环配体除能够选择性地识别有机客体分子和金属离子外,还可作为手性催化剂催化某些不对称反应,具有十分诱人的前景,正越来越受到人们的高度重视［１,２］．我们曾以含硫氨基酸为原...     

手性二级胺催化的不对称串联反应研究进展

有机催化的不对称串联反应是快速构建复杂分子的重要的方法之一：利用简单易得的原料,在温和的反应条件下,经过简单的操作,高选择性地构建结构复杂的有机分子。近年来,使用手性二级胺催化的不对称串联反应取得了显著的进展,已经成为有机催化领域的一个研究热点。根据手性二级胺催化剂活化模式的不同,从亚胺～烯胺和烯胺一亚胺两种活化模式,对手性二级胺催化的不对称串联反应进行了综述,介绍了该领域最新研究进展。