一类E/Z光异构驱动的偶极分子开关的理论研究

多年来化学家们一直致力于对分子开关的实验和理论研究，同时设计和开发一些具有特殊功能的新的单元，期望达到天然存在的分子开关的工作效果和效率。本项目预计研究的分子Zw就是这样一个可能具有新功能的单元。因具有相同的功能基团，Zw应该具有与基于E/Z光异构的分子开关NAIP及NAIP-1类似的性质和应用。但是C2'位上引进氨基和羧基后，Zw成为一个人工合成的氨基酸，这使得Zw比NAIP或NAIP-1有更广阔更强大的潜在应用价值。因为Zw将可能通过一定的技术作为一个残基被引入到蛋白等生物大分子中，用于控制生物大分子的光谱或盐桥、氢键等的破坏及重新生成等。本项目选取Zw作为研究对象，在对其光异构机理和光谱进行详细的理论研究的基础上，研究其在理想模型三肽Ala-Zw-Trp中的应用，并进一步将其嵌入到真实的蛋白中去，从而为Zw的实际应用提供理论参考和依据。

多年来化学家们一直致力于对分子开关的实验和理论研究，同时设计和开发一些具有特殊功能的新的单元，期望达到天然存在的分子开关的工作效果和效率。本项目研究的人工合成氨基酸Zw分子——基于E/Z光异构的偶极驱动的分子开关，就是这样一种可能具有新功能的单元。本项目通过对Zw和Zw-R等6种分子及其在人工设计的三肽模型Ala-Zw-Trp中的光异构反应机理的研究，阐明了不同位置的取代基及溶剂对Zw分子光异构反应机理的影响。计算表明，Zw中吡咯啉环上的羧基负离子对反应机理有定量甚至定性的影响，但其它位置的取代基以及溶剂对反应机理没有显著影响。此外，本项目还将Zw嵌入到小清蛋白中，研究了Zw的光异构对TRP光谱的影响，以为Zw的实际应用提供理论参考和依据。计算表明，Zw具有潜在的应用价值，但只有当Zw位于TRP附近且Zw与3-MI构象合适时才能体现其应用价值。