《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Structural elucidation and thermal behavior of l-tyrosine hydroiodide: Hirshfeld surface analysis, halogen-dependent stability, and vibrational dynamics
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本文系统研究了L-酪氨酸碘盐（LTHI）的晶体结构、热稳定性和振动特性，并与其氯化物（LTHCl）和溴化物（LTHBr）进行对比分析。单晶X射线衍射显示LTHI为单斜晶系（P2?），分子间通过O-H···O和N-H···I作用连接。DSC表明LTHI分解温度达591 K，因碘离子半径较大形成稳定C-H···π接触。拉曼光谱显示低频位移（102 cm?1），Hirshfeld分析指出H···I作用占比26.3%。电子结构计算表明碘的极化性降低化学硬度（η=2.83 eV），加热循环中振动响应可逆。这些发现揭示了卤素依赖的稳定机制，对生物材料设计有应用价值。
卡洛斯·A.A.S.桑托斯|亚历杭德罗·P.阿亚拉|布鲁诺·S.阿劳霍|卡洛斯·E.S.诺盖拉|保罗·T.C.弗莱雷|何塞·A.利马|里卡多·J.C.利马|阿德尼尔松·O.多斯桑托斯|若昂·G.德奥利维拉·内托|若纳坦·O.卡瓦略|佩德罗·F.法桑尼亚·菲略
巴西马拉尼昂联邦大学因佩拉特里斯科学中心，因佩拉特里斯，MA 65900-410
摘要
本研究阐明了L-酪氨酸氢碘化物（LTHI）的晶体结构、热行为和振动动力学，并将其与氯化物（LTHCl）和溴化物（LTHBr）类似物进行了比较。单晶X射线衍射分析证实了LTHI的单斜晶系（P21）对称性，其特征是通过O-H氢键和N-H-I键连接的不对称单元。差示扫描量热法（DSC）显示LTHI具有更高的热稳定性（分解温度为591 K），这归因于I?的大离子半径，该半径延长了H-I键（3.54 ?），并有助于稳定C-Hπ键。拉曼光谱数据揭示了随着卤素尺寸的增加，LTHI的低频振动位移（102 cm?1），表明由于碘化物的极化性，晶格刚性降低。Hirshfeld表面分析量化了分子间相互作用，强调了H-I/H-I（26.3%）和H-C/H-H（13.6%）键的关键贡献。电子结构计算将碘化物的极化性与较低的化学硬度（η = 2.83 eV）和加热循环中的可逆振动响应联系起来。这些发现突出了卤素依赖性稳定性机制在氨基酸盐生物材料设计中的应用。
引言
新材料的研究与开发最近在健康、科学和材料工程等多个领域引起了广泛关注。这些发展与技术进步密切相关，氨基酸及其衍生物晶体因其多功能性和广泛应用性而成为有前景的候选材料。[1],[2]。
L-酪氨酸是一种芳香族非必需氨基酸，是多巴胺、肾上腺素和黑色素等生物分子的前体，在代谢和神经过程中起重要作用，并在化工和制药工业中得到广泛应用[3][1][2]。除了作为神经递质生物合成的前体外，L-酪氨酸还是合成甲状腺激素（如甲状腺素T4和三碘甲状腺原氨酸T3）所必需的，这些激素对生长发育和体温调节至关重要[4][5][6]。
酪氨酸以游离氨基酸的形式存在于血浆中，也是蛋白质多肽链的组成部分[7]。这种氨基酸是一种流行的食品补充剂，已被研究用于预防和治疗自闭症谱系障碍等认知和行为障碍[8][9]。
蛋白质的卤化是一种非酶促的翻译后修饰，与细胞衰老、氧化应激病理和致癌作用有关[10][11]。由于其芳香结构的反应性，酪氨酸残基成为优先的分子修饰位点，有利于氧化卤化反应。蛋白质系统中的卤化改变会影响细胞功能，并有助于阐明氧化损伤的调控机制[10]。卤化芳香材料在制药、化工、染料和农业工业中有广泛的应用[12]。含有芳香苯环的结构在强光源照射下会表现出非线性光学现象[13][14]。在生物系统中也有具体的卤化例子：一项研究详细描述了甲状腺球蛋白中酪氨酸的氧化碘化，这是一种功能相关且不破坏性的修饰[15]；另一项研究探讨了髓过氧化物酶对酪氨酸的选择性卤化作用，与其他残基的氧化进行了对比[16]。
最近，L-酪氨酸及其盐类受到了广泛研究，重点关注其结构、光学、热学和振动性质[17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27]。虽然组氨酸和半胱氨酸等氨基酸也可以发生卤化，但酪氨酸因其芳香环上的卤化反应在热力学上更稳定而脱颖而出[28]。
相同氨基酸的氯化物、溴化物、碘化物和氟化物阴离子在晶体盐中表现出不同的晶体环境和相互作用[20]。因此，阴离子的变化可以影响晶体堆积和分子间接触，从而合成具有新性质和多样晶体结构的材料[29]。
LTHI的晶体结构早先已被预测[30]，但其晶格参数尚未在晶体学数据库中记录。L-酪氨酸与碘离子结合形成的L-酪氨酸氢碘化物（LTHI），为该化合物的稳定性及其与其他化学和生物系统的相互作用提供了新的视角。将碘离子纳入L-酪氨酸的晶体结构中，可以模拟甲状腺中的生物化学条件，这可能有助于模拟内源性过程并开发治疗甲状腺功能障碍的药物[31][32]。
许多研究探讨了氨基酸与碘的相互作用[6][20][33][34][35]，发现形成了由短O-H氢键（O-O ≈ 2.43–2.48 ?）稳定的二聚体或四聚体阳离子，如在L-半胱氨酸、L-色氨酸和L-脯氨酸的盐中观察到的那样。这些化合物通常在极性空间群（如P21、P212121）中结晶，并具有涉及NH3+、COOH等功能基团和碘化物（I?）或三碘化物（I3?）阴离子的氢键网络。I3?的存在还通过卤素促进了超分子相互作用，影响光学和电子性质[4][6][33]。这些发现强调了研究类似系统（如LTHI）的重要性，其中芳香基团、碘离子和氢键模式之间的相互作用可以调节结构和功能性质，拓宽了在光学和光子材料中的潜在应用。
本研究通过结合单晶X射线衍射、Hirshfeld表面分析、差示扫描量热法（DSC）和温度依赖性拉曼光谱的多技术方法，全面阐明了L-酪氨酸碘化物（LTHI）的晶体结构、热稳定性和振动动力学。通过系统地将LTHI与其氯化物（LTHCl）和溴化物（LTHBr）类似物进行比较，我们试图建立由卤素依赖性相互作用控制的结构-性质关系，特别强调了碘化物的大离子半径在稳定C-Hπ键和调节晶格刚性方面的作用，从而为了解卤素大小如何决定氨基酸盐的热稳定性提供了基本见解。
部分摘录
晶体生长
采用缓慢溶剂蒸发技术合成了L-酪氨酸及其卤化物盐。所用试剂为L-酪氨酸（Sigma-Aldrich，98%）、盐酸（Sigma-Aldrich，37%）、氢溴酸（Sigma-Aldrich，48%）和氢碘酸（Sigma-Aldrich，57%）。L-酪氨酸先溶解在去离子水中，然后在363 K下加热至1:5的化学计量比，并在343 K下以500 RPM的转速搅拌48小时。随后使用1:1的化学计量比进行后续反应
LTH、LTHCl和LTHBr晶体的PXRD
在室温条件下，LT化合物以正交晶系（P212121空间群）稳定，每个单元格包含四个分子。从精修得到的晶格参数为a = 6.923 (9) ?、b = 21.146 (3) ?和c = 5.839 (3) ?。相比之下，LTHCl和LTHBr盐以单斜晶系（P21空间群）结晶，每个单元格包含两个分子（Z = 2）。LTHCl的晶格参数为a = 11.063 (4) ?、b = 9.075 (3) ?、c = 5.010 (3) ?
结论
L-酪氨酸氢碘化物（LTHI）以单斜晶系P21空间群结晶，其特征是O-H氢键和延长的H-I键（3.54 ?），这与它的氯化物和溴化物类似物形成鲜明对比。其增强的热稳定性（分解温度为591 K）归因于碘化物的大离子半径，该半径减少了静电排斥，从而稳定了C-Hπ键。振动分析证实LTHI的晶格刚性降低
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢巴西高等教育人员培训协调委员会（CAPES，财务代码001，PDPG-POSDOC（战略博士计划）项目编号：88887.927831/2023-00）、马拉尼昂科学研究和技术发展基金会（FAPEMA，Universal Fapema 002/2018）以及塞阿拉州科学研究和技术发展基金会（FUNCAP，资助编号BP6-0241-00116.01.00/25）对卡洛斯·E.S.诺盖拉博士的支持。
