手性分子中的宇称破缺:D-和L-丙氨酸的变温中子结构研究(英文)

利用单晶的中子衍射研究295K和60K时丙氨酸对映体的结构特征以及由D到L构型转变的可能性.中子衍射数据揭示了变温过程中产生的晶格扭曲和NH3+的扭转.通过分析宇称破缺能差EPV随二面角及扭角的变化,肯定了D-丙氨酸能量高于L-丙氨酸的结论.降温过程中D-和L-丙氨酸的弱氢键的行为的差异表明,可能是由于电弱相互作用宇称不守恒所引起.丙氨酸中子结构再次证实Cα-H…O氢键的存在.然而,比较295K和60K(高于和低于丙氨酸相变温度250K)的中子衍射结构数据,表明并没有发生D型到L型的构型转化,这意味着Salam相变不是传统意义的结构相变.

比热和直流磁化率证明N^+H…O^-氢键的电子自旋翻转在D-和L-丙氨酸单晶中的不对称相变(英文)

为了解决D-和L-丙氨酸在约270K相变的分岐和机理,对其单晶、多晶粉末及原料利用微分扫描量热仪测定比热.用三线法以蓝宝石作校正,并与手册的D-和L-丙氨酸标准比热值比较.在单晶中,实验观察到吸热相变峰最高处时的温度及热焓为:D-丙氨酸,Tc=272.02K,△H=1.87J·mol-1;L-丙氨酸,Tc=271.85K,△H=1.46J·mol-1;热焓差为0.41J·mol-1.参比晶体D-缬氨酸,Tc=273.59K,△H=1.75J·mol-1;L-缬氨酸,Tc=273.76K,△H=1.57J·mol-1;热焓差为0.18J·mol-1.实验发现已测量过的单晶磨成多晶粉末后再测,相变峰消失.说明相变与晶格有关.变温中子衍射排除了D→L的构型相变,但发现N+H…O-氢键沿D-和L-丙氨酸单晶的c轴反向变化.变温偏振拉曼散射反映相变机制与N+H…O-中电子的轨道磁偶极矩相关,观察到偏振光的不对称散射.在外加磁场强度H为+1T和-1T下,变温测定D-和L-丙氨酸晶体的直流磁化率,证明在270K有电子自旋翻转的相变.电子自旋的向上或向下,取决于晶格中NH+3的扭曲振动及N+H…O-氢键沿晶体c轴的方向.由于自旋的定轴性,可以解释单晶和多晶粉末比热结果的分岐.

D-和L-丙氨酸晶体的突现顺磁性:准一维N^+H…O^-氢键的自旋-轨道分离(英文)

研究了与磁场强度相关的手性丙氨酸晶体的电子轨道运动的磁性质.根据丙氨酸单晶的两性离子(+NH3-C(CH3)H-CO2-)模型的手性和蛋白质中肽键晶格结构的螺旋性,当外加磁场为5T,磁场方向平行于丙氨酸晶轴c(z)的极性N+H…O-氢键,观察到D-丙氨酸晶格中,氢原子的电子自旋翻转,在297.6K直接突现顺磁性.L-丙氨酸则先发生电子自旋转向,然后在303.9K突现顺磁性.实验发现:外加强磁场可以分裂手性丙氨酸晶格中氢键的简并顺磁态,并测出能差.本文进一步证明了准一维极性N+H…O-氢键在晶格中可以发生自旋-轨道分离,表现出一维物理的基本特征.

D-和L-丙氨酸的磁手性相变(英文)

利用变温直流磁化率测定,在外加磁场强度为1T,磁场平行晶体c轴,发现在温度270K,D-和L-丙氨酸发生磁手性相变.结合中子衍射确定磁手性相变机制为,D-和L-丙氨酸中的(N+H)有类金属氢原子特性,在相变点270K,由(N+H)释放的电子自旋有磁手性.用变温偏振拉曼光谱进一步证明,D-丙氨酸中的(N+H)的电子自旋("),而L-丙氨酸中的电子自旋(#),处于高低不同的能态.磁手性相变(宇称和时间反演都破缺)能差为10-4-10-5eV·molecule-1.

D-和L-丙氨酸的低温磁相变--磁场变化下的比热和直流磁化率(英文)

为了解D-和L-丙氨酸单晶晶格在极低温下是否存在磁手性相变,在2-20 K下改变磁场强度(0,1,3,5T)测定其比热.实验结果表明比热和温度之间的函数关系很好地符合C(T)=aT3+b/T2方程,其中aT3项为晶格声子的贡献,可由公式CV=(12/5)π4R(T/ΘD)3来描述(ΘD为德拜温度),b/T2项为磁场对比热的贡献.实验发现,在2-20 K范围内D-和L-丙氨酸单晶在不同磁场强度下均存在Boson峰(在Cp/T3-T曲线中表现为一个最大值).磁的贡献导致D-和L-丙氨酸单晶的四条Cp/T3-T曲线在2-12 K时不重合,且在12-20 K时消失,此即Schottky反常.零磁场下,D-和L-丙氨酸的Boson峰分别为9.44和10.86 K;德拜温度分别为151.5和152.7 K.结合磁场强度1 T下的直流磁化率测定,发现在温度低于5 K时,D-和L-丙氨酸单晶有相反的磁化率行为,反映了核自旋和电子自旋弱相互作用的手性表现.

“宇称-时间不对称”的实验探索:手性丙氨酸单晶N^+H…O氢键的电子自旋翻转相变的不对称拉曼散射(英文)

手性丙氨酸单晶的极性N+H…O氢键在～270K的自发对称性破缺,可用变温拉曼振动光谱在b(cc)b几何条件下在线测定.由于其对手性的灵敏度,可以测定D-和L-丙氨酸的N+H…O氢键在电子自旋翻转相变时的微小能差.晶体定向能量的正/负,在于电子自旋的上/下转向,取决于原子内在磁场的方向.变温拉曼振动光谱可以观察到:在D-和L-丙氨酸单晶之间,拉曼散射光子的波数位移方向相反,散射光子的不对称度约为1/3.由于自旋是轴矢量,样品必须是单晶,沿轴向测定.多晶粉末不能观察到相变.与次甲基(Cα-H)在260K的自旋翻转相变,用变温拉曼振动光谱在c(aa)c几何条件下的相对测量结果接近一致.本实验提供了一条证明真实手性和"宇称-时间(PT)不对称"的新线索.