苯丙氨酸分子的手性對映體轉變機理及水分子(簇)的催化作用

潘 宇,高 峰,王 野,李 冰,楊曉翠,王佐成

(1.白城師范學院 物理與電子信息學院,吉林 白城 137000；2.白城師范學院 機械工程學院,吉林 白城 137000)

苯丙氨酸(Phe)是一種人體必需氨基酸,根據構型分為S-型(S-Phe)和R-型(R-Phe),根據旋光性分為左旋體和右旋體.在生命體內,Phe左旋體具有活性,可用作食品添加劑;右旋體用于預防和治療阿爾茨海默癥,是重要的化工醫藥原料,用途廣泛[1].左旋體可從生物中提取,價格較低；右旋體可利用不對稱合成、手性拆分和左旋體的旋光異構合成.不對稱合成方法技術難度較高,且需昂貴的過渡金屬作為催化劑;手性拆分可得到左旋體,但產率低.因此使Phe的左旋體消旋獲得右旋體具有重要意義.人們從各種不同物種的生物體內發現了多種D-型氨基酸(如D-丙氨酸(D-Ala)、D-絲氨酸(D-Ser)和D-苯丙氨酸(D-Phe)等[2]),導致動物產生某些疾病[3].文獻[3-4]研究表明,生命體內右旋-氨基酸來源于生命體內左旋氨基酸的消旋以及攝入的食物和飲料等.基于以上原因,人們對氨基酸的旋光異構進行了大量研究: 文獻[5]研究表明,纈氨酸(Val)分子在激發態或水氣環境下可實現手性對映體轉變;文獻[6-9]研究表明,可通過多種方法實現丙氨酸分子的手性對映體轉變;文獻[10-11]研究了氣相絲氨酸和天冬氨酸手性對映體轉變的反應勢能面,揭示了從S-型絲氨酸和S-型天冬氨酸向其手性對映體及其他旋光異構體異構的機理.但關于Phe分子手性轉變的研究目前較少,文獻[12-13]采用密度泛函理論的B3LYP方法,對Phe分子的旋光異構及水分子的作用進行了研究,但存在一定的缺陷: 首先,采用B3LYP方法處理Phe分子的分子內單氫鍵、分子內π氫鍵以及Phe分子與水分子間的氫鍵作用效果較差；……