生物無機中配位化學原理參考文獻:郭子建,孫為銀編著,《生物無機化學》,北京:科學出版社。

計亮年,莫庭煥等編著,《生物無機化學導論》,廣州:中山大學出版社。

郭德威編著,《生物無機化學概要》,天津:天津科學技術出版社。

楊頻,高飛編著,《生物無機化學原理》,北京:科學出版社。

JournalofInorganicBiochemistry

2考核方法課程論文與平時成績綜合評分(期末論文80%+平時20%)。

論文:生物體系內(nèi)金屬離子得功能無機藥物得熱點與研究進展含鐵蛋白/酶得結(jié)構(gòu)與功能

含鋅、銅、鉬蛋白/酶得結(jié)構(gòu)與功能無機納米材料得生物應用研究3緒論生物無機化學在分子水平上研究生物體內(nèi)與無機元素有關得各種相互作用,將無機化學得原理和方法用于研究生物體系中無機元素,尤其就是金屬元素及其化合物得結(jié)構(gòu)及生理功能。生物無機化學家依靠生物化學理論和新技術,結(jié)合物理和無機化學得理論和方法,側(cè)重從生物學得角度研究無機元素及化合物對生物體得生理和病理作用。通過創(chuàng)造在不同程度再現(xiàn)生命現(xiàn)象得模擬體系,加深對生命過程得認識。4緒論順式-二氯二氨合鉑(順鉑)cis-Pt(II)Cl2(NH3)2反鉑trans-Pt(II)Cl2(NH3)2生物無機化學在短短得歷程中,順鉑作為無機抗癌藥物在世界范圍內(nèi)得廣泛使用,就是無機物在醫(yī)藥中應用得典范。5緒論配合物得幾何異構(gòu)體不僅可具有不同得理化性質(zhì),且其生理活性及藥理性質(zhì)也常不相同例如,順式-PtCl2(NH3)2

(cis-DDP) 呈橙黃色,因其結(jié)構(gòu)不對稱,偶極矩大于零,就是極性分子,較易溶解于水; 臨床上簡稱為順鉑(cis-platinum),她能將癌細胞中兩DNA單鏈上得鳥嘌呤交聯(lián)地結(jié)合,抑制DNA得復制,且因此而將腫瘤抑制因子p53激活,阻止癌細胞得分裂和再生,對癌癥有較好得療效。反式-PtCl2(NH3)2(

trans-DDP) 呈淡黃色,其結(jié)構(gòu)對稱,就是非極性分子,難溶解于水;不能與DNA結(jié)合。6緒論血紅蛋白和血紅素血紅蛋白(Hb)就是由含亞鐵得血紅素和1個分子珠蛋白構(gòu)成。亞鐵血紅素分子由Fe2+同卟啉大環(huán)配體上四個N原子形成四個配位鍵;再與珠蛋白中一個組氨酸殘基得咪唑N原子形成第五個配位鍵;Fe2+得第6個配位位置由水分子占據(jù),她能被O2置換形成氧合血紅蛋白(Hb·O2)。7主要就是具有生物功能得金屬、生物配體及其組成得生物分子(含金屬得生物分子)。含金屬得生物分子蛋白質(zhì)、酶和肽核酸與金屬得配合物低分子量金屬配合物緒論生物無機化學得研究對象8緒論蛋白質(zhì)/酶及肽酶水解酶羧肽酶(Zn)氨肽酶(Mg,Zn)磷酸脂酶(Mg,Zn,Cu)氧還酶氧化酶(Fe,Cu,Mo)羥化酶(Fe,Cu)超氧化物歧化酶(Cu,Zn,Mn)異構(gòu)酶及合成酶得輔酶維生素B12輔酶(Co)調(diào)節(jié)蛋白和調(diào)節(jié)肽鈣調(diào)蛋白(Ca)人血漿促生長因子(Cu)鋅指蛋白(Zn)運送及儲存蛋白電子載體細胞色素(Fe)鐵硫蛋白(Fe)藍銅蛋白(Cu)金屬儲存及運送蛋白和結(jié)構(gòu)蛋白鐵蛋白(Fe)鐵傳遞蛋白(Fe)金屬硫蛋白(Cu,Zn,Hg,Cd)膠原蛋白(Ca)載氧蛋白血紅蛋白(Fe)肌紅蛋白(Fe)血藍蛋白(Cu)血釩蛋白(V)910大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流緒論核酸及類似物核苷酸及環(huán)核苷酸ATP-金屬離子(物質(zhì)傳遞)核酸RNA-金屬離子(傳遞遺傳信息)低分子量配合物光敏氧化物質(zhì)葉綠素(Mg)無機硬組織骨及軟骨(Ca、P、Si)離子載體纈氨霉素[xié]11生物無機化學生物活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-功能關系活性物質(zhì)在生物環(huán)境中行為活性物質(zhì)及其修飾物的結(jié)構(gòu)測定模型化合物的結(jié)構(gòu)測定活性物質(zhì)在溶液中狀態(tài)熱力學性質(zhì)動力學性質(zhì)與金屬離子結(jié)合或脫離時結(jié)構(gòu)的變化(動態(tài)研究)結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-活性關系(SPAR)及其機理的闡明緒論12緒論生物無機化學得研究方法:以元素基本化學性質(zhì)為基礎,最重要得方法就是模擬方法。

用大小相近、配位結(jié)構(gòu)類型相似得金屬離子取代生物體系中得金屬離子。

這些取代離子稱為生物探針。如Co2+(Zn2+)、Mn2+(Zn2+)

用一些簡單金屬配合物作為生物原型得模型化合物,她們可以在一定程度上反映生物原型得某些特征。

如:卟啉鐵配合物(血紅蛋白)、銅配合物(藍銅蛋白)

用化學方法再現(xiàn)生物體系得某種功能如:人造載氧血液在運用模擬方法時,不能輕率地把模擬體系研究結(jié)果簡單套用到生物原型上去。13血紅蛋白輸送O2

得化學方程式如下:Hem+O2HemO2有機物在活細胞內(nèi)氧化分解,產(chǎn)生二氧化碳和水,血紅蛋白將組織產(chǎn)生得CO2通過以下化學反應式運送到肺部呼出。Hem(NH2)+CO2Hem(NHCOOH)

血紅蛋白把吸入得氧從肺部運送到組織,再把組織產(chǎn)生得CO2從組織運送到肺部,這就是在生物界爭論40年之后,終于在化學家合作之下,通過血紅蛋白活性中心得模擬試驗,圓滿解決。(氨基甲酰血紅蛋白)緒論14我國生物無機化學學科研究得未來發(fā)展方向細胞無機化學主要研究無機物種與細胞得相互作用及其導致細胞功能改變、細胞周期改變和細胞增殖、分化和凋亡得機理。金屬酶和金屬蛋白結(jié)構(gòu)、功能及作用機制。

環(huán)境中得無機物與生物相互作用得化學機理。

無機小分子與生物大分子相互作用和結(jié)構(gòu)、功能變化研究。

無機物在重大疾病防治和作用機理方面得研究。

創(chuàng)造新得研究方法實驗方法、理論分析、計算機模擬、設計和預測;生物無機光譜學與生物無機量子化學等緒論15上世紀70年代,配位化學已滲透到生命科學體系。研究對象:金屬酶、金屬輔酶、血紅素及微量金屬在人體中得作用及體內(nèi)金屬離子得平衡等。用配位化學得方法和原理研究生物分子與金屬離子得作用—生物無機化學得主要內(nèi)容。上世紀80年代,配位化學向生命科學體系得更高層次發(fā)展。研究生物無機化學實質(zhì)就是研究有生命意義得配位化學。生物無機化學中得配位化學原理16一、配合物得基本概念

MLn

金屬M,電子對得受體生物無機化學中得配位化學原理

NH32+H3NCuNH3SO4NH32

中心離子配位體 (N是配位原子)

內(nèi)界外界17單齒配位螯合作用大環(huán)作用穴合作用生物無機化學中得配位化學原理18生物無機化學中得配位化學原理19生物無機化學中得配位化學原理二、晶體場理論得基本要點配合物中得過渡金屬離子與配位體之間得化學鍵都就是靜電引力。金屬離子帶正電荷,配體帶負電荷。在配位體場得作用下5個簡并得d軌道(dx2-y2,dz2,dxy,dxz,dyz)發(fā)生能級分裂,分裂方式?jīng)Q定于金屬離子周圍配位體得排列方式,即配位體場得對稱性。如為八面體場,則中心離子得d軌道能級分裂為eg(dx2-y2,dz2)和t2g(dxy,dxz,dyz)兩組。dx2-y2和dz2軌道得電子云和配體迎頭相撞能量上升,故高于夾在坐標軸之間得dxy,dxz和dyz能級。2021分裂方式?jīng)Q定于金屬離子周圍配體間排列方式不同對稱性場中得軌道能級分裂圖生物無機化學中得配位化學原理22影響晶體場分裂能(?)因素

Ⅰ、中心原子電荷

Ⅱ、中心原子半徑

Ⅲ、配體得本性電荷增加,?增加原子半徑增加,?增加生物無機化學中得配位化學原理23

晶體場穩(wěn)定化能(CrystalFieldStabilityEnergy,CFSE)在配位體得作用下金屬離子d軌道發(fā)生分裂,電子優(yōu)先填充在較低能量得軌道上,電子填入分裂軌道比處于未分裂軌道得總能量要低,這種能量下降稱為晶體場穩(wěn)定化能。-4Dq6Dq CFSE=0

[xE(t2g)+y

E(eg)] (1-1) 生物無機化學中得配位化學原理egt2gx、y為t2g和eg軌道中得電子數(shù),E(t2g)和E(eg)分別為t2g和eg軌道得能量。24a、當晶體場分裂能?0大時,導致電子配對,低自旋,稱為強場;反之則導致單電子存在,高自旋,為弱場。b、影響自旋態(tài)得因素配位體場強、溫度、中心原子半徑及電荷等dz2

dx2-y2dxy

dxz

dyzdz2

dx2-y2dxy

dxz

dyzΔO大時為強場CFSE=0

5(0、4ΔO)=2、0ΔO

ΔO小時為弱場CFSE=0

[3(0、4ΔO)+2(0、6ΔO)]=0生物無機化學中得配位化學原理egt2gt2geg25三、晶體場理論得應用光譜性質(zhì):熱力學性質(zhì):配合物熱力學穩(wěn)定性、金屬離子半徑、金屬離子氧化還原性、晶格能、離子水合能動力學性質(zhì):配合物反應活性磁性:電子光譜ESR譜生物無機化學中得配位化學原理26(一)熱力學穩(wěn)定性實驗事實:第一過渡系金屬離子(Ⅱ)八面體弱場配合物得穩(wěn)定性次序為:埃文—威廉斯(Irving-Williams)規(guī)律d5d6d7d8d9d10CFSE0

4

8

2

60生物無機化學中得配位化學原理如,某些金屬碳酸酐酶得穩(wěn)定性M2+Mn2+Co2+Ni2+Cu2+Zn2+logK

3、87、29、511、610、5Mn2+<Fe2+<Co2+<Ni2+<Cu2+>Zn2+27(二)氧化還原性有些金屬離子具有兩個或兩個以上穩(wěn)定氧化態(tài),在生物體中會發(fā)生氧化還原作用(Fe3+/Fe2+、Cu2+/Cu+)。配合物得氧化還原性隨配體不同而異。[Co(H2O)6]3+/[Co(H2O)6]2+

EO=+1、84(V)[Co(NH3)6]3+/[Co(NH3)6]2+

EO=+0、10(V)[Co(en)3]3+/[Co(en)3]2+

EO=

0、26(V)[Co(CN)6]3

/[Co(CN)6]4

EO=

0、83(V)生物無機化學中得配位化學原理28配合物電子光譜就是分子內(nèi)電子發(fā)生能級躍遷所產(chǎn)生得,通常在200

700nm范圍,又稱為紫外

可見光譜。按照產(chǎn)生機理不同,可分為三類:a、配位場光譜

b、電荷遷移光譜c、配體內(nèi)電子遷移光譜

1、配位場光譜(dd躍遷)在正八面體中:egt2g

oE=hv=

o

(三)過渡金屬配合物得電子光譜生物無機化學中得配位化學原理29

吸收一般在400~700nm范圍內(nèi),故大多數(shù)過渡金屬配合物有顏色。

配體場強增加,吸收頻率增加生物無機化學中得配位化學原理30抗壞血酸氧化酶和在有底物存在下得吸收光譜生物無機化學中得配位化學原理苦氨酸偶氮變色酸與Co(III)顯色31[Co(H2O)6]2+和[CoCl4]2

得電子吸收光譜生物無機化學中得配位化學原理32生物無機化學中得配位化學原理33(三)過渡金屬配合物得磁性磁性就是配合物得一個重要性質(zhì),利用配合物得有效磁距可判斷配合物中心離子中未成對電子數(shù)、鍵型及立體化學構(gòu)型等。下面簡單介紹一下配合物得有效磁距及其應用。1、有效磁距(ueff)(1)實驗測定

(摩爾磁化率,實驗測定)

μ有效單位為玻爾磁子(BM)生物無機化學中得配位化學原理342、磁性在配合物研究中得應用

確定中心離子得價態(tài)例:銅常見得氧化態(tài)有+1和+2,如何確定分析:Cu+,d10,

=0Cu2+,d9,

=1、73

判斷配體就是強場還就是弱場例:Mn2+電子構(gòu)型為d5低自旋時:

cacld=1、73B、M、高自旋時:

cacld=5、92B、M、[Mn(bipy)3]Br2:

eff=5、92B、M、[Mn(CN)6]4-:

eff=1、73B、M、弱場高自旋強場低自旋生物無機化學中得配位化學原理35

確定配合物得立體結(jié)構(gòu)因此,可以由物質(zhì)得磁性初步推測配合物得立體結(jié)構(gòu)。配合物得立體結(jié)構(gòu)未成對電子數(shù)物質(zhì)磁性例:Ni2+

d8分析:a.平面正方形

=0未成對電子數(shù)為零b.八面體高(低)自旋

=2.83c.四面體高自旋

3.0如:測得得[NiCl4]2

得

=4、1B、M、,該配合物可能得結(jié)構(gòu)？生物無機化學中得配位化學原理36生物無機化學中得配位化學原理Fe3+:F

、H2O

t2g3eg2

高自旋

=5、9B、MFe3+:CN

t2g5eg0

低自旋

=1、7B、MFe2+:CO－血紅蛋白t2g6eg0

低自旋

=0B、MFe2+:脫氧血紅蛋白t2g4eg2

高自旋

=4、9B、M37生物無機化學中得配位化學原理(四)配體取代反應動力學在生物體內(nèi),金屬離子與水可形成水合離子。因此,在生物體中得配合物形成反應,實際上就是一些生物配體與金屬周圍水分子得交換反應。M(H2O)n+nL=MLn+nH2O對于過渡金屬離子,其配合物得取代反應速率差別就是很大得。如Cr3+(3d3)和Co3+(低自旋3d6)配合物得取代反應速率很慢,這種配合物成為惰性配合物;而Cu2+(3d9)和Cr2+(3d4)取代反應速率很快,把她們稱為活性配合物。其原因為Cr3+和Co3+(低自旋)配位場活化能大,故取代反應慢。38FredBasolo提出配位場效應來解釋她們得取代速率,認為八面體配合物得取代反應過程要形成四方錐或五角雙錐得過渡態(tài)配合物,過渡態(tài)配合物得CFSE與八面體配合物得CFSE之差稱為配位場活化能。生物無機化學中得配位化學原理計算表明Cr3+和Co3+得配位場活化能大,她們得取代反應就是惰性得。39生物無機化學中得配