《CD(圆二色)光谱的理论和实验.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CD(圆二色)光谱的理论和实验.ppt（34页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、Seminar I CD(圆二色)光谱的理论和实验 报告人：李冠娜 导 师：李 灿 研究员/院士 2008/05/27,报告内容,一、 现象描述和基本理论 二 、圆二色光谱仪工作原理 三 、圆二色谱的应用实例 四 、总结,光的振动面不随时间变化 光波的电场矢量端点在空间的轨迹在平面上的投影为圆形 振幅相等、位相差1/4波长的两束线偏振光合成圆偏振光。 振幅、频率、相位相同，旋转方向相反的左、右旋圆偏振光合成一束平面偏振光,线偏振与圆偏振光概念,园二色光谱示意图,振幅、频率、相位相同，旋转方向相反的左、右旋圆偏振光合成一束平面偏振光,通过手性物质后电场矢量的振幅不同，合成椭圆偏振光。,椭圆率,椭
2、圆率与圆二色吸收的关系,摩尔椭圆率与摩尔吸收系数的关系,园二色性（CD）,Lambert-Beer定律,圆二色光谱仪结构图,赵南明， 周梦海 生物物理学 ,园二色谱的应用 圆二色光谱利用左旋、右旋偏振光（ 手性光）通过一定的物质时所显示的总的旋光性的不同， 而判定该物质的结构或结构变化。 1测定生物大分子的结构 通过圆二色光谱仪测量生物大分子的圆二色光谱从而获得生物大分子二级结构的信息，是简便和快捷的获得生物大分子结构的手段之一。圆二色光谱对蛋白质的构象变化非常灵敏，可应用于蛋白质折叠蛋白质构象研究，DNA/RNA 反应，酶动力学，光学活性物质纯度测量，药物定量分析。圆二色光谱亦是研究稀溶液中
3、蛋白质构象的一种快速、简单、较准确的方法。 2测定化合物的立体结构 圆二色光谱仪可用于测定有机化合物、金属络合物、聚合物等的立体结构。 3测定生物大分子与小分子的相互作用 测定小分子化合物与大分子相互作用后引起的生物大分子结构的变化，皆以进行以生物大分子为靶点活性化合物的筛选或研究药物的作用机制。,八区定律,Nina Berova, Lorenzo Di Bari, Gennaro Pescitelli Chem.Soc.Rev., 2007, 36, 914-931,(a) C=O键的中心为原点, 用xy、xz、yz三个平面隔开, 产生八个空间。 (b) xy平面后方的四个空间称后八区, x
4、y平面前方的四个空间称为前八区.一 般化合物只考虑后八区。 (c) 位于正、负区的取代效应可以相抵消。 (d) 取代基贡献的大小随着与生色团的距离增加而减小, 贡献大小与取代基的性质有关。,X,Y,Z,预测蛋白质二级结构,()-螺旋； ()-折叠；()-转角；() P2 (0.1mol/ L 醋酸溶液中的聚-L-脯氨酸),黄汉昌，姜招峰，朱宏吉化学通报，2007年70卷7期, 501-506页, ,、,、, 分别为螺旋、折叠和无规则结构在波长处的椭圆率值 f、f、f分别为螺旋、折叠和无规则结构在蛋白质二级结构中所占重量百分比, 发色团的激发耦合,N. Berova and K. Nakanis
5、hi, Circular Dichroism: Principles and Applications, Wiley-VCH, New York, 2nd ed., 2000 Exciton Chirality: Fundamentals and Frontiers, Monatsh. Chem., 2005, 136(3),O. Mcconnell, A. Bach, C. Balibar, et al., Chirality, 2007, 19,658-682,a 手性客体分子与含发色团的非手性主体, 超分子体系诱导CD（ICD）, 超分子体系诱导CD（ICD）,b 带发色团的非手性小分子
6、键合手性生物高聚物主体中，如蛋白质，多肽，寡核苷酸，低聚糖（环糊精）。 c 几个客体分子同时结合在主体大分子的不同活性位。 d 不含发色团的手性配体与在UV-vis区有d 或 f 型跃迁的金属离子络合，产生ICD活性。,S. Allenmark, Chirality, 2003, 15, 409-422 G. Ascoli, E. Domenici, C. Bertucci, Chirality, 2006, 18, 667-679 L. Di Bari, G. Pescitelli and P. Salvadori, Chem.Eur. J., 2004, 10, 12051214,停留技术
7、&固态CD光谱,PVA 膜、- Ni(H2O)6.SO4 单晶的固态CD谱,M. Kelly, et al., Biochimica. Biophysica., 2005, 1751, 119-139 R. Kuroda, et al., Rev. Sci. Instrum., 2001, 72, 3802-3810,亮氨酸拉链式多肽在GdmCl中变形后再折叠过程在220nm处的停留CD曲线, CD光谱的理论模拟,J. STEPHENS, et al., CHIRALITY, 2008, 20, 454470,总结,CD 技术是检测手性光活性的较成熟的几种方法之一，在过去的几十年中，CD光谱技
8、术在数据采集和分析方面取得了很大的进展。现代CD光谱仪可以实现163-1100nm 紫外可见和近红外区的信号测量。目前已经有研究组开展真空紫外区的仪器研发工作。 CD 光谱具有高灵敏度（A/A 10-2，VCD A/A 10-4，-6 )，需样品量少（0.1mg（深紫外），1mg（近紫外-可见区），检测时间短，对样品无破坏。主-客体复合物在UV-vis区展现的强吸收和荧光性质对研究体系的结构和性质非常有价值。 CD 光谱存在分辨率低，特定发色团谱峰归属困难等问题，需要借助激发态量化计算来进行深入的解释。 CD 光谱与旋光光谱，NMR，UV-vis，X-ray晶体衍射等方法结合，获得更全面可靠的
9、结果。,参考文献,J. Stephens, et al., Chirality, 2008, 20, 454470 M. Kelly, et al., Biochimica. Biophysica., 2005, 1751, 119-139 R. Kuroda, et al., Rev. Sci. Instrum., 2001, 72, 3802-3810 黄汉昌，姜招峰，朱宏吉化学通报，2007年70卷7期, 501-506页 S. Allenmark, Chirality, 2003, 15, 409-422 G. Ascoli, E. Domenici, C. Bertucci, Chi
10、rality, 2006, 18, 667-679 L. Di Bari, G. Pescitelli and P. Salvadori, Chem.Eur. J., 2004, 10, 12051214 O. Mcconnell, A. Bach, C. Balibar, et al., Chirality, 2007, 19,658-682 赵南明， 周梦海 生物物理学 N. Berova and K. Nakanishi, Circular Dichroism: Principles and Applications, Wiley-VCH, New York, 2nd ed., 2000
11、 Exciton Chirality: Fundamentals and Frontiers, Monatsh. Chem., 2005, 136(3) G.Gottarelli, S. Lena, S. Masiero, et al., Chirality, 2008, 20, 471-485 P. J. Stephens, D. M. McCann, F. J. Devlin, et al., J. AM. CHEM. SOC., 2004, 126, 7514-7521,Thank you !,总结,CD 与 吸收光谱相比在结构分析中的优点 （1）吸收谱均是正值，若同时存在多个吸收峰，其
12、互相交叠，分析困难。 （2）CD 谱线可正可负，其极值与吸收谱一致。 CD 与 X-ray 和 NMR 方法比较 （1）X-ray 和 NMR 可以给出原子级别分辨的分子结构信息，而 CD 是一种体现整体结构特点的低分辨技术。 （2）CD 测量所需样品量很少 0.1mg（深紫外） 1mg（近紫外-可见区），对样品没有特殊要求，测量时间短，对样品无破环。 （3）CD 可以在各种实验条件下对样品进行检测。,圆二色光谱的应用 I,螺旋: 190nm (+) 208nm, 222nm (-),折叠: 195nm (+) antiparallel: red shiftparallel: blue shi
13、ft215-217nm(-),无规则卷曲: bellow 200nm (-) 218nm (+),基本理论,Ei,Ej,比椭圆率 摩尔椭圆率 平均残基椭圆率,OR旋光现象,旋光现象是由于平面偏振光通过旋光性物质时，组成平面偏振光的左旋圆偏光和右旋圆偏光在介质中的传播速度不同(即折射率不同nL nR)，使平面偏振光的偏振面旋转了一定的角度造成。,There are three methods for measuring the CD of a sample I. The most straight-forward is to measure the absorption for each rot
14、ation of light and subtract directly the measurement for right circularly polarized light from the measurement for left circularly polarized light This method is pioneered in a commercial instrument for electronic CD by On-Line Instrument Systems (Olis, Bogart, Georgia).This dual beam collection and
15、 direct subtraction method has two advantages in addition to the flat baseline. First.CD signals are measured correctly. Second, the instrument is measuring absorbance directly, so there is no constant of proportionality to calibrate. II. to measure the ellipticity imparted on linearly polarized lig
16、ht that passes through the sample. This method is limited by the quality of the linearly polarized light and the mechanics of measuring the small perpendicular component of the elliptically polarized light. III. The third method is to modulate the light between the two rotations, and measure the dif
17、ference at each wavelength. This method is well suited to analog electronics, and is the method used by most commercial instrumentation.,CD Stopped-Flow The data above represents the following conditions: 12 second acquisition time, one single CD stoppedflow shot, gluconolactone vs. NaOH, 11:1 mix,
18、5 millisecond deadtime, 300 l solution total, high volts = 267 & 235.,一、测定原理：圆二色光谱仪（CD）是利用左旋、右旋偏振光（ 手性光）通过一定的物质时所显示的总的旋光性的不同， 而判定该物质的结构或结构变化。 在电磁辐射是偏振光的情况下，偏振光与某些基团的共振和这些基团的不对称性有关，研究分子的这种不对称性的主要技术是旋光光谱和二色性光谱。后者以圆二色光谱最为成熟。由于生物大分子在结构上的不对称性，因此可以用旋光光谱和圆二色光谱来测定它们的立体结构（见）。二、园二色谱仪的应用： 1测定生物大分子的结构 通过圆二色光谱仪测
19、量生物大分子的圆二色光谱从而获得生物大分子二级结构的信息，是简便和快捷的获得生物大分子结构的手段之一。圆二色光谱对蛋白质的构象变化非常灵敏，可应用于蛋白质折叠蛋白质构象研究，DNA/RNA 反应，酶动力学，光学活性物质纯度测量，药物定量分析。圆二色光谱亦是研究稀溶液中蛋白质构象的一种快速、简单、较准确的方法。 2测定化合物的立体结构 圆二色光谱仪可用于测定有机化合物、金属络合物、聚合物等的立体结构。 3测定生物大分子与小分子的相互作用 测定小分子化合物与大分子相互作用后引起的生物大分子结构的变化，皆以进行以生物大分子为靶点活性化合物的筛选或研究药物的作用机制。,贡献大小还与取代基的性质有关。,
20、八区定律,9,8,7,从三甲基己酮氧的一侧来看，xy平面后方的四个空间称后八区，xy平面前方的四个空间称为前八区。一般化合物只考虑后八区。,康顿效应,ORD曲线在紫外光谱max处越过零点，进入另一个相区。形成的一个峰和一个谷组成的ORD谱线，称为简单康顿效应(Connton effect)谱线。,分子中有一个简单的发色团的旋光光谱（Optical Rotatory Dispersion）ORD谱线,当ORD呈正性康顿效应时，相应的CD也呈正性康顿效应； 当ORD呈负性康顿效应时，相应的CD也呈负性康顿效应。,当ORD和CD呈正性康顿效应时，物质是右旋； 当ORD和CD呈负性康顿效应时，物质是左旋。,K. Tanaka, G. Pescitelli, K. Nakanishi, et al., Monatsh. Chem., 2005, 136, 367-395 G. Pescitelli, S. Gabriel, Y. Wang, et al., J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 7613-7628,光在光学活性介质中的传播,1 光学活性 分子具有手性中心，含有在紫外可见区有吸收的发色团 2 光在介质中的传播 光波与介质间的电磁相互作用 $传播速度、传播方向改变 $光强（电场矢量E的振幅）减小 遵守Lambert-Beer定律,