ramanova optická aktivita, proč a načalma.karlov.mff.cuni.cz/ooe012/roa prezentace.pdf · 2008....

1

Ramanova optická aktivita,

proč a nač

2

Ramanova optická aktivita (ROA)

jedna z metod vibrační optické aktivity (VOA) komplementární k vibračnímucirkulárnímu dichroismu (VCD) podobně jako je Ramanova spektroskopiikomplementární k IČ spektroskopii,

diferenční metoda – měříme rozdílnou odezvu chirální molekuly vůči pravo-a levotočivě kruhově polarizovanému záření,

spojuje stereochemickou citlivost konvenční optické aktivity s vyššímrozlišením a tudíž i bohatším strukturním obsahem a konformační citlivostívibrační spektroskopie,

v případě konformačně flexibilních molekul můžeme pomocí VOA rozlišitkonformace, jež jsou stabilní z hlediska časové škály vibračních pohybů (narozdíl od NMR, kde díky pomalejší časové škále (v porovnání s konformačníkonverzí) může dojít k vyrušení strukturních rysů, je vibrační spektrumváženým průměrem spekter jednotlivých konformerů).

3

wavenumbers (cm-1)

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

IR+I

L (x10

-8)

0

20

40

60

80

IR-IL (x

10-5

)

-20

-10

0

10

20 L-Alanyl-L-Alanine

D-Alanyl-D-Alanine

L-alanyl-L-alanin D-alanyl-D-alanin

ROA

Raman

ROA, která je ve své podstatě technikou diferenční spektroskopie, měří rozdíl v odezvě chirální molekulyvůči pravo- a levotočivě kruhově polarizovanému záření. Výsledkem měření ROA jsou vždy dvě spektra –vlastní ROA (tedy diferenční) spektrum a zdrojové Ramanovo (sumární) spektrum. Zrcadlová symetrie dvouenantiomerů se odráží v zrcadlové symetrii jejich ROA spekter.

Ramanova optická aktivita - princip

vlnočet (cm-1)

4

Rozdílnou odezvu chirální molekuly k levo- a pravotočivě kruhově polarizovanému záření charakterizujeme v případě absorpčních měření anizotropním poměrem

L R L Rg ε ε ε ε ε ε⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

≡Δ = − +

a v případě rozptylových měření diferenční cirkulární intenzitou

R L R LI I I I⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

Δ ≡ − +

Anizotropní poměr Δε /ε a diferenční cirkulární intenzita Δ jsou úměrné d /λ(d je typická mezijaderná vzdálenost v molekule a λ je vlnová délka záření)

v blízké UV oblasti je Δε /ε typicky 10-3 (ECD),

v IČ oblasti je Δε /ε typicky 10-4 ÷ 10-5 (VCD),

ve VIS oblasti je Δ typicky 10-3 ÷ 10-4 (ROA).

4Im .4 2mRg D

μ

μ

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠= =

Optická aktivita - srovnání

5

Úhel rozptylu ξ může nabývat obecně hodnot mezi 0º a 180º,zpravidla však měříme

zpětný rozptyl (ξ = 180º , backscattering),

pravoúhlý rozptyl (ξ = 90º, right-angle scattering),

přímý rozptyl (ξ = 0º, forward scattering).

Ramanův rozptyl je dvoufotonový proces⇒ ROA je ve srovnání s VCD mnohem komplexnější – jak teoreticky, tak

experimentálně. ⇒ možnost volby

geometrie experimentu (úhlu rozptylu),

modulačního schématu.

ROA experiment

Čtyři varianty ROA experimentu. (a) v ICP ROA měříme IR-IL, kde IR a IL jsou intenzity rozptýleného záření(nepolarizované) pro dopadající pravo- respektive levotočivě kruhově polarizované záření. (b) v SCP ROAměříme IR-IL, kde IR a IL jsou intenzity pravo- a levotočivě kruhově polarizované komponentyv rozptýleném záření, zatímco dopadající záření je buď lineárně polarizované nebo případně nepolarizované(jak je ukázáno zde). (c) v DCPI ROA měříme a (d) v DCPII ROA měříme (tzv. duálnívarianty). Podle užívané konvence horní indexy označují polarizaci dopadajícího záření a dolní indexypolarizaci rozptýleného záření.

6

ROA experiment

R LR LI I− R L

L RI I−

7

ROA spektrometr na FÚUK

Optické schéma

Blokové schéma

ICP modulační schémageometrie zpětného rozptylu

spektrograf HoloSpec (světelnost f/1.4)zpětně osvětlovaný CCD detektor 1340x100 pixelůvšechny optické prvky jsou přesně nastavitelné

8

Elipsoid indexu lomu(bez napětí ⇒ rotační elipsoid,

přiložené napětí ⇒ trojosý elipsoid)

Elektrooptický modulátor (EOM)

EOM – podélná Pockelsova celakrystal KD*P (dideuterofosforečnandraselný), který pro generováníkruhově polarizovaného zářenívyžaduje čtvrtvlnové napětí ~1,5 kV.

30 0 63

12x

Un n n rd

= ±

Pockelsův jev - lineární elektrooptický jev

min

max

arc tg II

η =

Cílem je dosáhnout hodnoty η co nejbližší k 45°.

1 2

30 63

30 63

2 2 4

n r U Un r

π π λδλ

= = ⇒ =

Reziduální elipticita

9

zpětně osvětlovaný CCD detector (1340x100 pixelů)

vysoce světelný spektrografHoloSpec f/1.4

EOM

stabilní – umožňuje dlouhé akumulace signálu (~100 h)

spektra lze měřit již od 100 cm-1 !!!

ROA spektrometr na FÚUK

10

Optický design SCP ROA spektrometru ChiralRaman™ (BioTools)

Komerční ROA spektrometr

Hug & Hangartner J. Raman Spectrosc. 30, 841 (1999).

11

ROA spektra

ROA( I

R -

IL ) x

10-6

-1

0

1 (1S)-(-)-trans-pinan(1R)-(+)-trans-pinan

Raman

vlnočet [ cm-1]

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

( IR +

IL ) x

10-9

0.0

0.5

1.0

1.5

ROA

( IR -

IL ) x

10-6

-1

0

1 součet ROA spekter obou enantiomerů

ROA

Raman

(1R)-trans-pinan

J. Hrudíková, Bakalářská práce (2007).

12

ROA spektra

Korigovaná ROA spekter obou enantiomerů

ROA( I

R -

IL ) x

10-6

-1

0

1 (1S)-(-)-trans-pinan(1R)-(+)-trans-pinan

Raman

vlnočet[cm-1]

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

( IR +

IL ) x

10-9

0.0

0.5

1.0

1.5

J. Hrudíková, Bakalářská práce (2007).

ROA

Raman

13wavenumber (cm-1)

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

IR-IL (x

10-6

)2nd step - baseline correction

wavenumber (cm-1)

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

IR+I

L (x10

-9)

0

5

10

15sample spectrum after solvent subtractionsample spectrum after baseline correction

1st step - solvent subtraction

IR+I

L (x10

-9)

0

50

100

150

raw sample spectrum"solvent" spectrumsample spectrum after solvent subtraction

raw spectrum

final spectrum (after baseline correction)A B

"solvent" spectrum

after "solvent" subtraction

Zpracování spekter

J. Kapitán, Dizertační práce (2006).

wavenumber (cm-1)

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

IR-IL (x

10-6

)

2nd step - baseline correction

wavenumber (cm-1)

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

IR+I

L (x10

-9)

0

1

2 sample spectrum after solvent subtractionsample spectrum after baseline correction

1st step - solvent subtraction

IR+I

L (x10

-9)

0

10

20 raw sample spectrum"solvent" spectrumsample spectrum after solvent subtraction

raw spectrum

FT filtered spectrum

final spectrum ("solvent" subtracted)A B

"solvent" spectrum

14

ROA - nástin teorie

Obecná teorie ROA je velmi komplikovaná, praktický význam mají dvě aproximace:nerezonanční (FFR - far from resonance)silná rezonance s jedním elektronovým stavem (SES – single electronic state)

Ramanův rozptyl a ROA – dvoufotonové jevy ⇒ popis tenzorovými veličinami

ROA – při popisu musíme jít za rámec dipólové aproximace a zahrnout kromě elektrického dipólu i magnetický dipólový a elektrický kvadrupólový člen

Intenzity Ramanova rozptylu a ROA lze vyjádřit pomocí lineární kombinace invariantů tenzorůpolarizovatelnosti ααβ (Raman) a ROA tenzorů (magnetického dipólového G´αβ a elektrického kvadrupólového Aαβγ)

Ramanův rozptyl – v obecném případě 3 invarianty, v nerezonančním přiblížení 2ROA – v obecném případě 10 invariantů, v nerezonančním přiblížení 3 respektive 2(v případě zpětného rozptylu)

15

2 22 Rejn

j n jnn j j nααβ β

ωα μ μ

ω ω

⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎜ ⎟⎝ ⎠

≠=

−∑

2 22 Im

j n jnG n j j m nααβ β

ω μω ω

⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎜ ⎟⎝ ⎠

≠=′ −∑

2 22 Rejn

j n jnA n j j nααβγ βγ

ωμ

ω ω

⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠⎜ ⎟⎝ ⎠

≠= Θ

−∑

tenzor polarizovatelnosti

magnetický dipólový ROA tenzor

elektrický kvadrupólový ROA tenzor

izotropní invariant tenzoru polarizovatelnosti amagnetického dipólového tenzoru

anizotropní invariant

magnetického dipólového ROA tenzoru

elektrického kvadrupólového ROA tenzoru

1 13 3G Gαα ααα α= =′ ′

( )2 1 32 αααβ αβ βββ α α α α α⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

= −

V nerezonančním přiblížení:

tenzoru polarizovatelnosti2 1 32G G Gαααβ αβ βββ α α⎛ ⎞⎛ ⎞

⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠= −′ ′ ′

2 12A Aαβ αγδ γδββ ωα ε⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

=

ROA - nástin teorie

16

( ) ( )( )

( ) ( )( )

2 2

22

48 3180180

180 2 45 7

R Lu u uu R L

u uu

G AcI I II II

β β

α β α

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

+′Δ −Δ ≡ = =+ +

diferenční cirkulární intenzita pro nepolarizovanou ICP variantu ROA v geometrii zpětného rozptylu

diferenční cirkulární intenzita pro DCPI variantu ROA v geometrii zpětného rozptylu

( ) ( )( )

( ) ( )( )

2 2

2

48 3180180

180 2 6

R LI R L

I R LR LI

G AcI I II II

β β

β α

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

+′Δ −Δ ≡ = =

+

ROA - nástin teorie

ROA

Raman

ROA

Raman

17

DCPIICP

Srovnání ICP (vlevo) a DCPI (vpravo) ROA a Ramanových spekter (-)-trans pinanu měřených v geometrii zpětného rozptylu.

**

vlnočet (cm-1) vlnočet (cm-1)

Ramanova optická aktivita

Che et al., Chem. Phys. Lett. 189 (1992) 35.

18

(e) společné depolarizované Ramanovospektrum tvořené pouze anizotropníminvariantem polarizovatelnosti .

(a) anizotropní elektrický kvadrupólový ROAinvariant a (b) anizotropní magnetickýdipólový ROA invariant separované z (c)ICP/SCP(90°) a (d) DCPI(180°).

ROA – separace invariantů

vlnočet (cm-1)

Che et al., Chem. Phys. Lett. 189 (1992) 35.

(b)

(a)

(c)

(d)

(e)

19

Různé úrovně interpretace:

Empirická – identifikace strukturních markerů

Interpretace ROA spekter

20

vibrace páteře proteinu(Cα-C, Cα-Cβ, Cα-N valenční)

~ 870 – 1150 cm-1

rozšířená oblast amidu III(N-H deformační, Ca-N valenční+ Cα-H deformační)

~ 1230 – 1340 cm-1

amid I (C=O valenční vibrace)

~ 1630 – 1700 cm-1

X-Ray PDB:

69,2% α-helix

1,7% 310-helix

43,5% β-sheet

1,7% α-helix

1.3% 310-helix

28,7% α-helix

10,9% 310-helix

6,2% β-sheet

Proteiny

Blanch et al., Vib. Spectrosc. 35 (2004) 87. vlnočet (cm-1)

21

Různé úrovně interpretace:Empirická – identifikace strukturních markerůStatistické metody – např. analýza hlavní komponenty (PCA)

Interpretace ROA spekter

22Blanch et al., Vib. Spectrosc. 35 (2004) 87.

ROA proteiny – aplikace PCA

23

Různé úrovně interpretace:Empirická – identifikace strukturních markerůStatistické metody – např. analýza hlavní komponenty (PCA)

Ab initio metody (HF, DFT)

Velké biomolekuly

Malé modelové systémy

GAP

Interpretace ROA spekter

24

Hlavní omezení:

velikost studovaných systémů

interakce s rozpouštědlem (zwitterionické molekuly)

flexibilita systému (reálný systém versus model)

Ab initio výpočty

25

• in internal coordinates (standard procedure)• in normal modes1 (useful for flexible molecules or clusters with

water; normal modes with energies lower than a threshold can be constrained)

• methods involving electron correlation (DFT, MP2)

Frequencies

Intensities

Geometry Optimisation

Conformer selection

Comparison with Experiment

• same level as above (COSMO/B3LYP/6-31++G**)

• derivatives of polarizability and optical activity tensorscomputationally very demanding (vacuum/HF/6-31G)

Ab initio výpočty - přehled

1Bouř et al., J. Chem. Phys. 117 (2002) 4126.

26

ROA a Ramanova spektra (1S)-(-)-α-pinenu: (a) zjednodušený (tzv. polární model)výpočtu ROA intenzit, (b) standardní model výpočtu ROA intenzit, (c) experimentální ROAspektrum, (d) simulované a (e) experimentální Ramanovo spektrum.

(1S)-(-)-α-pinen

Bouř et al., CCCC 62 (1997) 1384.

exp

exp

vlnočet (cm-1)

inte

nzita

Ram

anov

a ro

zpty

luin

tenz

ita R

OA

(a)

(b)

(d)

(e)

(c)

Simulovaná versus měřená spektra

27

COSMO cavity around proline molecule; colors correspond to charge induced on the surface by the molecule

Onsager dipole model (the simplest)

COSMO (COnductor like Screening MOdel) more flexible and more realistic

solvation with explicit molecules of water

4 conformations of proline calculated with explicit water molecules

spherical cavity in dielectrics

Implicit solvent models

Explicit solvent models

Zahrnutí rozpouštědla do výpočtu

28

stanovení absolutní konfigurace bez krystalizace(v roztoku)

ROA – základní aplikace

29

ROA – určení absolutní konfiguraceChirálně deuterovaný neopentan (R)-[2H1, 2H2, 2H3]-neopentan

Haesler et al., Nature 446, 526 (2007).

Ramanova a ROA spektra (R)-[2H1,2H2,2H3]-neopentanu. Dvě horní křivky ukazují změřená spektra. Spodní křivkyukazují jednotlivá vypočítaná spektra devíti rotamerů R1 to R9 a zprůměrované spektrum směsi všech rotamerů.

vlnočet (cm-1) vlnočet (cm-1)

30

stanovení absolutní konfigurace bez krystalizace(v roztoku)

přímé měření enantiomerního přebytku bez nutnosti separace enantiomerů

ROA – základní aplikace

31

Měření enantiomerní čistoty

wavenumber [cm-1]

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

( IR-IL ) x

10-6

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

vlnočet (cm-1)

ROA [ ] %R SEE

R S

c cfc c−

=+

Soubor ROA spekter 19 vzorků trans-pinanu o různé enantionerní čistotě.

enantiomerní čistota

from ROA data

enantiomeric excess (%)-100 -50 0 50 100

scor

e V i1

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.99912R =

Lineární regrese

J. Hrudíková, Bakalářská práce (2007).Korelace mezi hodnotami fEE* určenými z ROAspekter a hodnotami fEE stanovenými vážením.

fEE (%)100 -50 0 50 100

fEE* (%)

-100

-50

0

50

100

32

wavenumber [cm-1]

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

( IR-IL ) /

( IR

+IL ) x

103

-2

-1

0

1

2

vlnočet (cm-1)

podíl ROA/Raman

Měření enantiomerní čistoty

Soubor podílových (ROA/Raman) spekter diferenční cirkulární intenzity Δ 19 vzorků trans-pinanu o různé enantionerní čistotě.

from CID data

enantiomeric excess (%)-100 -50 0 50 100

scor

e V i1

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.99938R =

1288917854

Lineární regrese

Korelace mezi hodnotami fEE* určenými z CID spekter a hodnotami fEE stanovenými vážením.

fEE (%)100 -50 0 50 100

fEE* (%)

-100

-50

0

50

100

J. Hrudíková, Bakalářská práce (2007).

33

stanovení absolutní konfigurace bez krystalizace(v roztoku)

přímé měření enantiomerního přebytku bez nutnosti separace enantiomerů

určení konformace biologických molekul v roztoku(proteinů, nukleových kyselin, cukrů, virů …)

ROA – základní aplikace

34Kapitán et al., J. Phys. Chem. 110 (2006) 4689.

L-Alanin - plocha potenciální energie

B3LYP/COSMO/6-31++G**

1D scan

2D scan

Dependencies of molecular energy (E, left) and dihedral angles (right) on the angles ϕ, ψ, and χ. The remaining coordinates in the one-dimensional scans were allowed to fully relax.

35

Wavenumber

400 800 1200 1600

IR +

IL

0

4

Wavenumber

400 800 1200 1600

(IR -

IL ) × 1

04

-1

0

1

Wavenumber

400 800 1200 1600

IR +

IL

0

4

Wavenumber

400 800 1200 1600

(IR -

IL ) × 1

04

-1

0

1

Wavenumber

400 800 1200 1600

IR +

IL

0

4

vlnočet (cm-1)

400 800 1200 1600

(IR -

IL ) × 1

04

-1

0

1

3 4 5 6 7 8 9 11 12,1310 14,15 16 1718,1920,21

22,23 24 25,26

68 128153

98

175

128

180140113

88

135

105138

65 to 85

173 135

113 85

-60-35

25 15

-80

20

-15

6015

60

70

-5

0

70

40

-55

0

70

10-65

60

-25

70

-25

10 -40 to -90

20-75 -55

25

2510

-40-15

-30

60

85

25-60

1525

65 -3525 60

-35 45

20

55 to 90-90 to -30

Číslo módu:

60

105

600

115

25

95

25

10 75 115

55

25 60

60

520

70

20

85105

5530

30

8085

35

15

ϕ (NH3+)

ψ (COO-)

χ (CH3)

NH3+

COO-

CH3

Kapitán et al., J. Phys. Chem. 110 (2006) 4689.

Simulovaná spektra L-Alaninu

36

Wavenumber

400 800 1200 1600

IR +

IL

Wavenumber

400 800 1200 1600

IR -

IL

12,13 24

20,2

1

25,26

22,2

3

12,13

17

20,21

Wavenumber

400 800 1200 1600

IR +

IL

vlnočet (cm-1)400 800 1200 1600

IR -

IL

Experiment

Výpočet

114

89

10

12,13 16

17

19

181415

22

23

20,21

2,3

4 56 8 9

10

11 12,1314 17 24

18

20,21 25,26

22,2

3

1915 16

7

4 65

7

8 9 11

10

1415

1718

19

4

8 910

11

1415

16

18

19 22

23

Srovnání experimentálních Ramanových a ICP ROA spekter 1,6M roztoku zwitterionického L-alaninu ve vodě se simulovanými spektry (ab initio DFT, implicitní model rozpouštědla, Boltzmannovo konformační středování).

Raman

ROA

Simulovaná versus změřená spektra

L-Alanin

Kapitán et al., J. Phys. Chem. 110 (2006) 4689.

37

ROA a flexibilita molekul

Gly-Pro Pro-Gly

×ψ ψϕ ϕ

rigidita versus flexibilita

vlnočet (cm-1) vlnočet (cm-1)

Kapitán et al., J. Phys. Chem. 110 (2006) 4689.

38

ROA a flexibilita molekul

vlnočet (cm-1) vlnočet (cm-1)

Ala-Pro Pro-Ala

rigidita versus flexibilita

ψ × ψϕ ϕ

Kapitán et al., J. Phys. Chem. 110 (2006) 4689.

39

L-prolin

proline exhibits two major conformations with very similar energies (ΔE < 0.3 kcal/mol)

conformational space of proline was investigated in detail by rotating the COO- group and ring puckering

checked influence of water molecules

Conformation A Conformation B

40

L-prolin - zkrabacení kruhu

Dependent rotation of COO- group:

ring puckering phase1

ring puckering amplitude1

1Altona et al., JACS 94 (1972) 8205

Kapitán et al., JACS 128 (2006) 13451.

41

in polyproline II (PPII) conformation (φ=-78°, ψ=149°) left-handed 31-helix

Schematic representation of thetensor transfer technique.Atomic property tensors in thetripeptides were obtained abinitio and transferred bypropagation of these smallerfragments along the longerpolypeptide chain.

Poly(L-prolin)

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR+IL

0

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR-IL

x103

-10

0

10

A B

generated 20-mer sequences with different A/B conformational content

averaging over 50 generated sequences

ROARaman

Poly(L-prolin)

42

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR+IL

0

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR-IL

x103

-10

0

10

A B

ROA

generated 20-mer sequences with different A/B conformational content

averaging over 50 generated sequences

Raman

Poly(L-prolin)

43

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR+IL

0

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR-IL

x103

-10

0

10

A B

ROARaman

Poly(L-prolin)

generated 20-mer sequences with different A/B conformational content

averaging over 50 generated sequences

44

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR+IL

0

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR-IL

x103

-10

0

10

A B

ROARaman

Poly(L-prolin)

generated 20-mer sequences with different A/B conformational content

averaging over 50 generated sequences

45

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR+IL

0

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR-IL

x103

-10

0

10

A B

ROA

generated 20-mer sequences with different A/B conformational content

averaging over 50 generated sequences

Raman

Poly(L-prolin)

46

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR+IL

0

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR-IL

x103

-10

0

10

A B

ROA

generated 20-mer sequences with different A/B conformational content

averaging over 50 generated sequences

Raman

Poly(L-prolin)

47

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR+IL

0

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR-IL

x103

-10

0

10

A B

ROA

generated 20-mer sequences with different A/B conformational content

averaging over 50 generated sequences

Raman

Poly(L-prolin)

48

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR+IL

0

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR-IL

x103

-10

0

10

A B

ROA

generated 20-mer sequences with different A/B conformational content

averaging over 50 generated sequences

Raman

Poly(L-prolin)

49

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR+IL

0

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR-IL

x103

-10

0

10

A B

ROA

generated 20-mer sequences with different A/B conformational content

averaging over 50 generated sequences

Raman

Poly(L-prolin)

50

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR+IL

0

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR-IL

x103

-10

0

10

A B

ROA

generated 20-mer sequences with different A/B conformational content

averaging over 50 generated sequences

Raman

Poly(L-prolin)

51

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR+IL

0

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600

IR-IL

x103

-10

0

10

A B

Raman ROA

generated 20-mer sequences with different A/B conformational content

averaging over 50 generated sequences

Poly(L-prolin)

52

53

Comparison of experimental data with simulated 20-mer A:B=1:1

Exp

Calc

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 16000

5

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 16000

2

1633

1452

1465

1349

1271

104873550

140

3314 12

00

533

876

978

929

1200

1215

953

886

532

Wavenumber (cm-1)

400 800 1200 1600-5

0

5

400 800 1200 1600-2

0

2

325

403

999

1327

1459

1481

1606

1622

945

921

1195

1207

IR+ILIR-IL × 103

144

72

198

989

Kapitán et al., JACS 128 (2006) 2438.

(+-++-)

(++-)

Poly(L-prolin) – velké finále

vlnočet (cm-1)

54

Ramanova optická aktivita představuje unikátní a dynamicky se rozvíjejícímetodu studia struktury chirálních molekul v roztoku s velkým aplikačnímpotenciálem nejen v základním výzkumu.

Sledování enantiomerní čistoty představuje jednu z možných analytickýchaplikací ROA, která může být zajímavá pro farmaceutický průmysl.

V kombinaci s ab initio výpočty je možné pomocí ROA stanovit absolutníkonfiguraci malých až středně velkých chirálních molekul v roztoku.

V České republice je dostupný nekomerční ROA spektrometr, vybudovaný naFyzikálním ústavu Univerzity Karlovy v Praze. Spektrometr umožňuje měřit iv dosud málo prozkoumaných oblastech nízkých vlnočtů (100-600 cm-1) avalenčních vibrací vodíkových atomů (2400-3500 cm-1).

Závěr