拉曼光学活性光谱在手性药物青霉胺结构研究中的应用

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手性现象广泛存在于氨基酸、蛋白质等生物分子及手性药物分子中,与生命活动和药物作用机制密切相关,因而生物和药物分子的手性研究受到研究者的极大关注。拉曼光学活性(也叫手性拉曼,ROA)光谱是重要的手性分子研究手段,能提供丰富的立体化学信息,包括精密的复杂结构变化信息及侧链补充信息等。除具有高灵敏度外,相比于其他手性研究方法,如X射线衍射法和振动圆二色光谱,其显著优势是适用于水溶液生理环境的测试。但其天生的超低信噪比极大制约了其广泛应用。本文首次将457 nm短波长ROA光谱用于重要手性药物青霉胺的研究,辅以密度泛函理论(DFT)模拟方法,系统研究了青霉胺对映体在不同物质形态、不同pH和与不同金属离子相互作用后的构象变化情况。为今后运用ROA光谱技术研究人体生理环境下手性药物分子构象变化,在分子水平深入探究手性分子构象变化及药理和毒理作用机制打下基础。主要得到以下结果:(1)运用ROA光谱和DFT计算,研究了水溶液环境中青霉胺的构象及其对应ROA光谱在不同pH和pD环境下的变化规律。首次得到了手性拉曼光谱与构象之间的关系和谱峰归属信息。耦合峰和镜像峰在氘代后的变化进一步验证了模拟计算所得振动信息的正确性。ROA谱图中600-1500 cm-1的指纹区出现了三组明显的正负耦合峰,包含重要的基团振动信息。随着酸碱度变化,指纹区中耦合峰发生位置频移、强度变化乃至符号变化,结果表明溶液pH可显著地诱导青霉胺的构象变化。(2)运用ROA光谱仪测定青霉胺在固相状态下的Raman和ROA谱图,并通过气相状态下的密度泛函理论计算对光谱进行谱峰归属,分析了固相采谱存在的问题,为ROA光谱在固相研究中的应用做了一些探索。(3)运用ROA光谱结合圆二色光谱等技术,初步探究了青霉胺与银离子、锌离子和镍离子、汞离子等分别以不同形式形成配合物后的构象变化。初步结果表明,电子受体与给体的状态,分子的立体阻碍效应等,都会影响NH2等不同基团与金属离子发生相互作用的倾向,从而影响振动局域环境进而改变谱图。
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