第五講配位化學(xué)研究方法

x-ray晶體結(jié)構(gòu)測定法擴展x-ray吸收精細結(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磁性測量電化學(xué)方法熱化學(xué)方法熒光光譜分子動力學(xué)方法注：此數(shù)字為時標，估算方法1/ν或c/λ

x-ray晶體結(jié)構(gòu)測定法最重要，但非常困難，幾百個步驟：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：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）耗時長，幾個月到幾年

分辨率(?)結(jié)構(gòu)信息5.5整個分子形態(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準確至±0.4?1.5原子位置可準確至±0.1?(目前水平)1.1運用同步輻射X-Ray光源0.77小分子，鍵長可測至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)晶擴展x-ray吸收精細結(jié)構(gòu)譜（EXAFS）直接測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，鍵長信息(±0.01?)，鍵角不可原理：用同步輻射加速器產(chǎn)生的高強度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)的能量可確定待測金屬離子的氧化態(tài)；

x-ray吸收精細結(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)的錯誤。ab紅氧還蛋白的廣延x射線吸收精細結(jié)構(gòu)1—實驗光譜；1a—用初始結(jié)晶學(xué)數(shù)據(jù)計算得到的光譜；2b—假設(shè)Fe-S距離相等所得到的計算光譜

高分辨率核磁共振譜(NMR)原理：應(yīng)用及特點：1）研究過溶菌酶、細胞色素C、細胞色素C3、磷酸-丙酮同分異構(gòu)酶等2）動態(tài)的、溶液中、相當于2?分辨率的x-ray衍射結(jié)構(gòu)。3）結(jié)構(gòu)信息：證實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。證實白血病溶菌酶與雞蛋清溶菌酶活性部位密貼相關(guān)5）動力學(xué)方面的應(yīng)用：高分辨率、寬時標。測定{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離活性中心的基團的信息和確定水對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的研究證實其中有7種配位環(huán)境。

例：堿性磷酸酯酶

二聚

E+113Cd113CdNMR

一個峰，δ117.2ppm，

配位環(huán)境同E+113Cd+S113CdNMR

兩個峰，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，電子的自旋導(dǎo)致的磁距在外磁場作用下產(chǎn)生的共振吸收。

(ESR,EPR類似于NMR)

測定參數(shù)

g(光譜分裂因子)

A(精細偶合常數(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與分子相對與磁場的取向有關(guān)。g∥,g⊥(相對與分子對稱軸),單晶g。④低溫。精細偶合常數(shù)

精細結(jié)構(gòu)：分子中其他未成對電子導(dǎo)致的能級零場分裂

(即無外場亦分裂)

A值大超精細結(jié)構(gòu)：磁性核導(dǎo)致的能級分裂

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，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超精細結(jié)構(gòu)譜線數(shù)為2I+1=4,I14N=1進一步分裂其為2nI+1(n為配位數(shù))