Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
4.2. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СПЕКТРЫ АМИДОВ
Как уже упоминалось, пептидная группа имеет лабильное электронное строение. В предыдущем разделе рассмотрено проявление этого свойства в геометрии группы - длинах химических связей, валентных углах и конфигурации. Не менее показательным здесь являются и колебательные спектры, в частности инфракрасные спектры поглощения, частоты которых отражают механические характеристики молекул, а интенсивности полос - дипольные моменты связей и их чувствительность к естественным колебательным координатам (Э|1,/Э<7у; Э|л.,/Эа7; где qs и а/ соответственно отклонения длин связей и валентных углов от равновесных значений). И то и другое, помимо кинематики, определяется динамикой колебания, непосредственно связанной с электронным строением - поляризацией связей и миграцией зарядов в процессе нормальных колебаний молекул В силу этого в колебательных спектрах заключена богатейшая информа-
Частоты колебаний амидной группы N-метилацетамида
Частота, см 1 Arpei атное состояние ^VMdKC
Газ Раствор Жид Кристалл
-10°С -100°С
VNH 3494 3476 3294 3270 3250 -244
V| 1722 1700 1653 1653 1645 -77
vll 1497 1500 1565 1564 1584 +87
V||| 1257 1260 1299 1300 1314 +57
vv 620 648 725 760 787 + 167
VV1 560 585 600 606 615 +55
ция о внутреннем устройстве молекул и ее составляющих, а также межмолекулярных взаимодействиях.
На исключительность структурной организации пептидной группы указывает уже простое сопоставление наблюдаемых частот и интенсивностей ИК-спектров. В табл. II.4 приведены частоты так называемых амидных полос поглощения N-метилацетамида (vNH, Vj-Vyi) в ИК-спектрах в газовой фазе, растворе СС14 и двух кристаллических модификациях.
¦ Данные таблицы показывают, что переход от одного предельного состояния N-метилацетамида (отсутствие каких-либо ассоциаций) к другому предельному состоянию (максимальные межмолекулярные взаимодействия) сопровождается беспрецедентно значительными изменениями всех амидных частот, что в свою очередь свидетельствует о существенном перераспределении электронной плотности во всех связях молекулы, а не только в тех, которые непосредственно участвуют в образовании водородного связывания.
Структура пептидной группы чувствительна к внутримолекулярному окружению. В табл. II.5 сопоставлены частоты валентных колебаний С=0 в спектрах паров формамида, ацетамида и их N-метилпроизводных. Значительные смещения частот вызваны различиями в электронных эффектах атома Н и группы СН3, очень слабых, если ориентироваться по другим <Юлекулам. Например, подобные замещения в альдегидах и кетонах Изменяют те же частоты v (С=0) всего лишь на несколько см"1.
О повышенной лабильности электронного строения пептидной группы свидетельствуют также необычно высокие значения интегральных интенсивностей ее полос поглощения, определяемых главным образом производивши Эц,/Э<7,. Сравним несколько значений интенсивностей колебаний фор-"Йамида со значениями интенсивностей тех же по форме колебаний в других молекулах. Так, интенсивности полос симметричных и антисимметричных колебаний NH2 в метиламиде (3360 и 3423 см-1) составляют 0.003 и 0,003 (D/А)2, а в формамиде (3445 и 3545 см-1) - 1,04 и 1,12 (D/A)2.
Таблица II5
Частоты колебаний С=0 в N-метнлпроизводных формамида и ацетамида
Соединение Частота, см 1 Соединение Частота, см 1
H2N-CHO 1755 H2N-COCH3 1733
CH3HN-CHO 1733 CH3HN-COCH3 1722
(CH3)2N-CHO 1714 (CH3)2N-COCH3 1695
Интенсивность полосы валентного колебания С=0 в ацетоне равна 4,95 (D/А)2, а в формамиде - 13,69 (D/A)2 [24-26].
Для получения более полного и строгого представления о структурной организации пептидной группы из колебательных спектров необходим их теоретический,анализ, т.е. переход от наблюдаемых частот и интенсивностей полос поглощения к значениям силовых постоянных и электроопти-ческих параметров с последующим сопоставлением с соответствующими характеристиками атомных групп в других молекулах.
Рассмотрим сначала особенности силового поля пептидной группы. Для его определения нами были рассчитаны колебательные спектры свободных молекул формамида и всех его метильных производных, включая их D-изотопозамещенные: ацетамида, N-метилформамида, N-метилацет-амида, N-диметилформамида и N-диметилацетамида [27]. Простейшие амиды содержат структурные элементы, упругие свойства которых были детально изучены нами ранее на более простых молекулах. Так, в расчетах первичных, вторичных и третичных метиламинов [28] и N-метилметиленимина [29] определены силовые постоянные метильной группы при азоте, постоянные a-связей N-C разных гибридных типов и постоянная я-связи N=C. Таким образом, до расчета колебательных спектров амидов был известен интервал возможных изменений силовой постоянной связи N-C при вариации ее 71-порядка от 0 до 1. Полученные данные также показали малое влияние гибридизации атома N и порядка смежной связи на силовое поле группы N-CH3. В предварительно выполненных расчетах колебательных спектров альдегидов и кетонов [30, 31] были найдены силовые постоянные метильной группы при карбониле, постоянные (0)С-СН3 и С=0. Обнаружено, что метилирование карбонильной группы вызывает заметное ослабление ее упругих свойств.
