Theoretical study on the optical isomerization of proline catalyzed by hydroxyl anion （water clusters） in aqueous-liquid environment

LIU Jun; TANG Xiaowen; PAN Yu; LIU Fang; ZHANG Xuejiao; MA Hongyuan; WANG Zuocheng

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.2020C023

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Theoretical study on the optical isomerization of proline catalyzed by hydroxyl anion （water clusters） in aqueous-liquid environment

Research articles | 更新时间：2023-11-01

- Theoretical study on the optical isomerization of proline catalyzed by hydroxyl anion （water clusters） in aqueous-liquid environment
- Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni Vol. 61, Issue 4, Pages: 85-94(2022)
- 作者机构：
  
  1.白城师范学院计算机科学学院，吉林白城137000
  2.中山大学药学院，广东广州510275
  3.白城师范学院物理学院，吉林白城137000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.2020C023
  CLC： O641.12
- Published：25 July 2022，
  
  Published Online：03 June 2021，
  
  Received：26 October 2020，
  
  Accepted：09 February 2021
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刘军,唐晓文,潘宇等.水液相下羟基负离子（水分子簇）催化脯氨酸旋光异构的理论研究[J].中山大学学报(自然科学版),2022,61(04):85-94.

LIU Jun,TANG Xiaowen,PAN Yu,et al.Theoretical study on the optical isomerization of proline catalyzed by hydroxyl anion （water clusters） in aqueous-liquid environment[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2022,61(04):85-94.
刘军,唐晓文,潘宇等.水液相下羟基负离子（水分子簇）催化脯氨酸旋光异构的理论研究[J].中山大学学报(自然科学版),2022,61(04):85-94. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.2020C023.

LIU Jun,TANG Xiaowen,PAN Yu,et al.Theoretical study on the optical isomerization of proline catalyzed by hydroxyl anion （water clusters） in aqueous-liquid environment[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2022,61(04):85-94. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.2020C023.

摘要

采用密度泛函理论的M06-2X和MN15方法与自洽反应场理论的SMD模型方法，研究水液相下羟基负离子水分子簇催化

-型两性脯氨酸分子（

-Pro）的旋光异构。首先考察了

-Pro异构成中性亚氨基酸后，羟基负离子（水分子簇）抽取

-H，脯氨酸-碳负离子抽取水分子（簇）的质子，

-Pro旋光异构的反应通道；然后考察了羟基负离子（水分子簇）直接抽取

-Pro的

-H，脯氨酸-碳负离子抽取水分子（簇）的质子，以及

-Pro旋光异构的反应通道。势能面计算表明：

-Pro异构成中性亚氨基酸后，羟基负离子（水分子簇）抽

-H的通道最具优势，决速步的自由能垒为46.9~59.1 kJ·mol

-1

。羟基负离子（水分子簇）直接抽两性

-Pro的

-H的反应通道是劣势通道，决速步的自由能垒为70.8 kJ·mol

-1

。结果表明，碱性环境下脯氨酸的消旋反应会温和地进行。

Abstract

The optical isomerization of

-type amphoteric proline（

-Pro） is investigated by using the M06-2X and MN15 methods of density functional theory and the SMD model method of self-consistent reaction field theory. Firstly， the reaction channels of

-Pro optically isomerism are investigated after

-Pro isomerized the neutral imino acids，

-H is extracted by hydroxyl anion （water clusters）， and the proton of water molecule（clusters） is extracted by proline-carbon anion. Then， the reaction channels of

-Pro optically isomerism are investigated， in which

-H of

-Pro is directly extracted by hydroxyl anion （water clusters） and the proton of water molecule （clusters） is extracted by proline-carbon anion. The calculation of the potential energy surface shows that the channel of

-H extraction by hydroxyl anion （water clusters） is the most advantageous after

-Pro isomerized the neutral imino acids， and the free energy barrier of the rate-determining step is between 46. 9 and 59. 1 kJ·mol

-1

. The reaction channel of the hydroxyl anion water molecule clusters directly extracting the

-H of amphoteric

-Pro is the inferior channel， and the free energy barrier of the rate-determining step is 70.8 kJ·mol

-1

. The results show that the racemization of proline would proceed gently in alkaline environment.

关键词

脯氨酸羟基负离子水分子簇密度泛函理论自洽反应场理论旋光异构过渡态能垒

Keywords

prolinehydroxyl anionwater clusterdensity functional theoryself-consistent reaction field theoryoptical isomerizationtransient stateenergy barrier

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