第五講配位化學(xué)研究方法

x-ray晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定法擴(kuò)展x-ray吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（EXAFS）10-18s注高分辨率核磁共振譜

10-1-10-9s電子順磁共振譜

10-4-10-8s紫外-可見吸收光譜

10-14-10-15s紅外光譜

10-13s圓二色譜與磁圓二色譜

穆斯鮑爾譜10-7s磁性測(cè)量電化學(xué)方法熱化學(xué)方法熒光光譜分子動(dòng)力學(xué)方法注：此數(shù)字為時(shí)標(biāo)，估算方法1/ν或c/λ

x-ray晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定法最重要，但非常困難，幾百個(gè)步驟：分離純化——結(jié)晶（修飾、電解質(zhì)、失重）——收集衍射數(shù)據(jù)并解析結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1）最直接有效的結(jié)構(gòu)分析方法2）靜態(tài)的，不一定與溶液中構(gòu)象同3）分辨率、尺度和結(jié)構(gòu)信息4）耗時(shí)長(zhǎng)，幾個(gè)月到幾年

分辨率(?)結(jié)構(gòu)信息5.5整個(gè)分子形態(tài)，螺旋呈高度桿狀3.5主鏈（但常模糊不清）3.0開始分辨?zhèn)孺?.5可完全分辨?zhèn)孺?，分辨肽鏈平面原子位置可?zhǔn)確至±0.4?1.5原子位置可準(zhǔn)確至±0.1?(目前水平)1.1運(yùn)用同步輻射X-Ray光源0.77小分子，鍵長(zhǎng)可測(cè)至0.005?結(jié)晶

困難及其解決分離純化并得到生物大分子的晶體，化學(xué)修飾——由鏈狀變成更易緊密堆積的球狀，在電子密集金屬試劑的溶液中結(jié)晶擴(kuò)展x-ray吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（EXAFS）直接測(cè)定金屬蛋白中金屬中心的技術(shù)，非晶態(tài)、液體、直接樣品皆可，鍵長(zhǎng)信息(±0.01?)，鍵角不可原理：用同步輻射加速器產(chǎn)生的高強(qiáng)度x射線激發(fā)原子的內(nèi)層電子(1s——K邊吸收；

2s,2p——L邊吸收)到外層空軌道，所產(chǎn)生的連續(xù)吸收光譜方法：

x射線吸收邊(吸收起點(diǎn))的能量可確定待測(cè)金屬離子的氧化態(tài)；

x-ray吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)可給出金屬離子電離的電子波與其周邊原子相互作用的信息，由此得到金屬的配位信息。具體應(yīng)用：紅氧還蛋白(一種鐵硫蛋白)，修正了x-射線晶體結(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤。ab紅氧還蛋白的廣延x射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)1—實(shí)驗(yàn)光譜；1a—用初始結(jié)晶學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的光譜；2b—假設(shè)Fe-S距離相等所得到的計(jì)算光譜

高分辨率核磁共振譜(NMR)原理：應(yīng)用及特點(diǎn)：1）研究過溶菌酶、細(xì)胞色素C、細(xì)胞色素C3、磷酸-丙酮同分異構(gòu)酶等2）動(dòng)態(tài)的、溶液中、相當(dāng)于2?分辨率的x-ray衍射結(jié)構(gòu)。3）結(jié)構(gòu)信息：證實(shí)溶液中溶菌酶的主折疊與晶體中類似4）

分子的指紋信息：可應(yīng)用其迅速比較蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特征。證實(shí)白血病溶菌酶與雞蛋清溶菌酶活性部位密貼相關(guān)5）動(dòng)力學(xué)方面的應(yīng)用：高分辨率、寬時(shí)標(biāo)。測(cè)定{Fe4S4(SR)4}2-,3-核心的電子自交換速率為3×106(mol/L)-1·s-1。6）研究的蛋白質(zhì)的分子量尚不能太大，近4萬，預(yù)計(jì)6萬

7）金屬離子的NMR譜：順磁性的金屬離子引起的譜線寬化可用于獲得遠(yuǎn)離活性中心的基團(tuán)的信息和確定水對(duì)金屬酶活性中心的親和力。用于探針研究：順鉑抗癌藥物中195PtNMR的研究；113Cd作為探針取代Zn酶中的Zn，得到其配位環(huán)境的信息；金屬硫蛋白中113CdNMR的研究證實(shí)其中有7種配位環(huán)境。

例：堿性磷酸酯酶

二聚

E+113Cd113CdNMR

一個(gè)峰，δ117.2ppm，

配位環(huán)境同E+113Cd+S113CdNMR

兩個(gè)峰，δ142ppm和δ55ppm

配位環(huán)境不同

用NMR研究蛋白質(zhì)溶液構(gòu)象的流程圖

電子順磁共振譜

原理：存在成單電子(自由基，d、f

電子)時(shí)，電子的自旋導(dǎo)致的磁距在外磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的共振吸收。

(ESR,EPR類似于NMR)

測(cè)定參數(shù)

g(光譜分裂因子)

A(精細(xì)偶合常數(shù))影響g的因素①自由電子2.0023。②g決定于電子所處的分子或原子環(huán)境。③g與分子相對(duì)與磁場(chǎng)的取向有關(guān)。g∥,g⊥(相對(duì)與分子對(duì)稱軸),單晶g。④低溫。精細(xì)偶合常數(shù)

精細(xì)結(jié)構(gòu)：分子中其他未成對(duì)電子導(dǎo)致的能級(jí)零場(chǎng)分裂

(即無外場(chǎng)亦分裂)

A值大超精細(xì)結(jié)構(gòu)：磁性核導(dǎo)致的能級(jí)分裂

A值小常見金屬離子的ESR譜Co(Ⅱ),低自旋g∥≈2,(超8根),軸向

Mn(Ⅱ),高自旋g=2,A=90Gs,6根線

Cu(Ⅱ)1型gx≈2.036,gy≈2.058,gz≈2.227,Az=45GsAx=Ay=4.5Gs

Cu(Ⅱ)2型g∥≈2.242,g⊥≈2.0532,A∥≈170GsCu(Ⅱ)3型無信號(hào)，反鐵磁性交換偶合

Mo(Ⅴ)g=1.96+(超I=5/2)Mo(Ⅲ)g∥≈2,g⊥≈4(超)Ni(Ⅲ),低自旋g∥≈2.02,g⊥≈2.2Fe(Ⅲ),高自旋，正交g∥≈4.3Fe(Ⅲ),高自旋，軸向g∥≈2.02,g⊥≈6Fe(Ⅲ),低自旋，軸向gx≈2.4,gy≈2.2,Fe4S4(SR)43-gz≈1.8Fe4S4(SR)4-g≈1.88,1.92,2.06Fe4S2(SR)43-g≈2.04,2.12應(yīng)用①探測(cè)金屬酶中順磁性金屬中心及其所處環(huán)境的特性。Cu(Ⅱ),Co(Ⅱ),Fe(Ⅱ,Ⅲ),Mn(Ⅱ,Ⅲ),Mo(Ⅴ)。確定了鐵傳蛋白中Fe(Ⅲ)為高自旋。

例：確定Cu(Ⅱ)中與Cu配位的氮原子數(shù)。ICu(Ⅱ)=3/2超精細(xì)結(jié)構(gòu)譜線數(shù)為2I+1=4,I14N=1進(jìn)一步分裂其為2nI+1(n為配位數(shù))