Mise en évidence expérimentale d’une liaison hydrogène bifide intramoléculaire dans quelques composés peptidiques modèles

Laboratoire de Chimie-Physique Macromoléculaire, CNRS, ERA n° 23, ENSIC, 1, rue Grandville, 54000 Nancy, France.

Résumé

On a identifié, par spectrométrie infrarouge et par résonance magnétique nucléaire, les conformations les plus stables adoptées par les peptides de formules I et II, lorsqu’ils sont dissous dans un solvant inerte comme le tétrachlorure de carbone.

I : R₁CO-LPro-Y-OMe II : R₁CO-LPro-Y-NMe₂

où Y est un résidu l ou D-alanine, ou un segment achiral glycine (G).

Deux formes différentes ont été reconnues.

La première est une structure semi-ouverte où le résidu Y prend une disposition habituellement désignée C₅ stabilisée par une contrainte attractive interne de type i → i entre le site N — H médian et le groupe carbonyle C-terminal.

La seconde, indexée C₇²C₅³, est une conformation dans laquelle le segment proline adopte la disposition C₇ équatoriale alors que le second résidu demeure dans l’état C₅. Cette structure est donc stabilisée par une liaison hydrogène bifide intramoléculaire où le même oscillateur N — H médian participe simultanément à deux interactions de type i + 2 → et de type i → i avec les sites carbonyle extrêmes. Cette double perturbation abaisse la fréquence de vibration de valence ν(N – H) correspondante qui se manifeste alors sous la forme d’une bande d’absorption située entre 3 270 et 3 300 cm^–1.

La stabilité relative des deux conformères dépend de la configuration des centres asymétriques contenus dans la molécule étudiée. Les dérivés LD et LG, G désignant un résidu glycine achiral, adoptent plus facilement la disposition C₇²C₅³ que ne le font les modèles LL.

En outre, la substitution d’une fonction ester C-terminale (modèles I) à un groupe amide N-diméthylé (modèles II) accroît la proportion des conformères C₇²C₅³ qui deviennent alors largement majoritaires.

Abstract

Infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance are used to investigate the conformational states of several peptide model molecules I and II containing a N-acylated L-prolyl residue bound to a chiral (L- or D-alanyl) or achiral (glycyl) methyl ester or N-dimethylamide as C-terminal moiety.

I : R₁CO-LPro-Y-OMe II : R₁CO-LPro-Y-NMe₂

R₁ = Me, lBu, Y = L-Ala, D-Ala, Gly.

In order to avoid any aggregation of the solute, experiments are achieved with very dilute solutions in an inert solvent such as carbon tetrachloride.

Two different conformers have been identified.

The first one is a half-opened structure in which the Y residue accomodates the C₅ mode stabilized by a i → i internal interaction.

In the second one (C₇²C₅³ form), the proline unit and the C-terminal Y residue are in the equatorial C₇ and the C₅ conformations respectively, so that the N — H vibrator, of the middle amide linkage, is involved in an intramolecular bifurcate H-bond with two different oxygen atoms. This perturbation results in a large bathochromic frequency shift for the corresponding ν(N — H) absorption maximum which is then observed between 3 270 and 3 300 cm^–1.

The relative stability of the two conformers depends on the configurations of the chiral atoms in the investigated compounds. The C₇²C₅³ form is more easily accomodated by LD and LG sequences and is favoured when a methyl ester function (in models I) is substituted for a N-dimethylamide terminal group (as in II).