Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Барьер такой инверсии составляет в формамиде около 1,1 ккал/моль [20]. Аналогично пирамидализация карбонильного углерода может приводить к двум конформациям: син- (в^'вс,<0) и ант- (6N*6C,>0) [403:
син
ант и
Направление и величина пирамидализации зависят от электронных свойств соседней о-связи [40]. Существует линейная корреляция (R=0,893) мезду длинами С’- N- связи и степенью пирамидализации атома азота (6N) [42].
Теоретические расчеты энергетики внеплоскостной деформации амидной группы [16,34,35,38] показывают, что минимальные значения энергии лежат в области дш=10° и 6N=-20° (рис. 2,а). Отклонения от плоской амидной связи до
ЛИ, ккал/моль
Рис.2. Внеплоскостная деформация амидной группы
а - изоэнергетические контуры внеплоскостной деформации амидной группы в ацетамиде в зависимости от величины углов eN и Дш (Дш =180 -ш) [рассчитано
методом IND0]; б - изменение энергии при синхронной гибридизации С- и N-атомов (рассчитано методом CND0/2, программа GE0M0)
величин дши20° требуют энергетических затрат, не превышающих 2-3 ккал/моль [35].
Из рис 2,6 видно, что внеплоскостная деформация С'-атома, соответствую-
о
щая выходу этого атома из плоскости С -, N- и 0-атомов на 0,1 А, требует затраты энергии около 5 ккал/моль. Однако дальнейшая деформация связана со значительными энергетическими потерями.
Итак, амидная группа может заметно отличаться от плоской за счет изменений двугранного угла (ы) и выхода из плоскости атомов С' и N, т.е. изменения углов 6N и 6С,. Такие изменения не требуют существенных затрат энергии. По-видимому, энергетическая диаграмма амидной группы представляет собой достаточно широкую "долину" вблизи значений &ы и 9 , равных нулю, и значе-
ний ш=0° и 180°, такую, что заметные отклонения от этих значений практически не изменяют энергии системы. Однако большие изменения значений ы, в частности переход от транс формы (ш=180°) к цис-форме (со=о°), требуют значительной энергии, так как такой переход сопровождается потерей энергии резонансной стабилизации в переходном состоянии.
О С О Нон
\—т/ \—р'' \—/
^ Н С ^ с
Теоретическое [14,50] и термохимическое [51] определение энергии резонанса в амидной связи дает величину около 21-23 ккал/моль. Как видно из данных, приведенных в табл.З, эта величина б шзке к величине изменения свободной энергии цис-тракс-перехода [50-52 3.
Вообще говоря, многочисленные данный по барьерам цис-транс-переходов в амидах довольно противоречивы [12]. Вместе с тем для некоторых серий амидов удается связать величины свободной энергии вращения {hG*) с такими параметрами замести': лей, как смрическив константы [Я или икду^.ивны. (О, и
Таблица 3. Активационные параметры цис-транс-перехода в некоторых амидах
Соединение AG* ДЯ* ?>S? э.е. Литературный
ккал/моль ккал/моль источник
hocnh2 17,7 18,5 +2,7 [45]
H0CN(CH3)2 19,5 18,5 -5,1 [46]
ch3con(ch3)2 17,65 10,6 -23,5 [47]
cf3con(ch3)2 17,7 9,3 -28,0 [47]
(CH3)3CC0N(CH3)2 10,5 13,5 +10,0 [48]
HOCN(CH )CHCH 21 ,6 19,5 -6,5 [49]
о tub
о*) и резонансные (од) постоянные в виде уравнений линейной зависимости свободных энергий [48,53]. Наибольший вклад в изменение барьера вращения вносят стерические параметры заместителей [53]. Барьер вращения вокруг связи C-N увеличивается с увеличением полярности растворителя [54]. Квантовохимическими методами была рассчитана [55] кривая изменения энергии при цис-транс-переходе в формамиде (рис.З). В этих расчетах учитывалась неплоская структура формамида [20] так, что изменение угла ы характеризовало переход от неплоской цис- к неплоской транс-связи.
Л Н, ккал/моль
Рис.З. Потенциальная кривая внутреннего вращения вокруг связи C-N в формамиде, рассчитанная методом а.ъ initio [55]
О 30 90 150 Z10 270 330
иtград
Хотя эти расчеты не выявляют разницы в устойчивости цис- и траке-форм, экспериментальные и теоретические данные для N-метилацетамида и других пептидов показывают существенную разницу в энергиях обеих форм [36,56], составляющую 3-5 ккал/моль. Эта разница возникает вследствие отталкивающих невалентных взаимодействий в цис-амидах [36,57]. Цис-амидная связь превалирует в лактамах с числом атомов в цикле, не превышающем 11-12, и наблюдается в линейных амидах, когда заместителем при карбонильном С-атоме является атом водорода или атом азота имеет третичный характер [50,58,59].
1.2.2. Электронная структура
Атомы, составляющие амидную группу, располагают гибридными электронными атомными орбиталями, образующими о- и ти-связи. Кроме того, гетероатомы N и О имеют соответственно одну и две неподеленные пары электронов. Особенностью амидной группы является то, что неподеленная пара электронов атома азота способна взаимодействовать с валентной р-орбитой атома углерода, придавая C-N- связи характер частично двойной связи (рис.4). Это и может быть представленно резонансными формулами (I) и (II) [14].
