Unraveling non-covalent interactions within flexible biomolecules: from electron density topology to gas phase spectroscopy

文献情報

出版日 2013-10-11
DOI 10.1039/C3CP52774C
インパクトファクター 3.676
著者

R. Chaudret, B. de Courcy, J. Contreras-García, A. Zehnacker-Rentien, J.-P. Piquemal


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要旨

The NCI (Non-Covalent Interactions) method, a recently-developed theoretical strategy to visualize weak non-covalent interactions from the topological analysis of the electron density and of its reduced gradient, is applied in the present paper to document intra- and inter-molecular interactions in flexible molecules and systems of biological interest in combination with IR spectroscopy. We first describe the conditions of application of the NCI method to the specific case of intramolecular interactions. Then we apply it to a series of stable conformations of isolated molecules as an interpretative technique to decipher the different physical interactions at play in these systems. Examples are chosen among neutral molecular systems exhibiting a large diversity of interactions, for which an extensive spectroscopic characterization under gas-phase isolation conditions has been obtained using state-of-the-art conformer-specific experimental techniques. The interactions presently documented range from weak intra-molecular H-bonds in simple amino-alcohols, to more complex patterns, with interactions of various strengths in model peptides, as well as in chiral bimolecular systems, where invaluable hints for the understanding of chiral recognition are revealed. We also provide a detailed technical appendix, which discusses the choices of cut-offs as well as the applicability of the NCI analysis to specific constrained systems, where local effects require attention. Finally, the NCI technique provides IR spectroscopists with an elegant visualization of the interactions that potentially impact their vibrational probes, namely the OH and NH stretching motions. This contribution illustrates the power and the conditions of use of the NCI technique, with the aim of providing an easy tool for all chemists, experimentalists and theoreticians, for the visualization and characterization of the interactions shaping complex molecular systems.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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