Квантовомеханические особенности строения биомолекул

Живые системы на 99 % состоят из атомов . Большую роль биохимических процессов играют атомы Для атомов и характерно наличие не поделенной пары электронов и способность образовывать кратные связи. Состояние электронов в атоме описывается волновыми функциями АО. Эти атомные орбиты (АО) характеризуют движение электронов вокруг ядра. В зависимости от орбитального квантового числа, АО могут быть . АО, которые используются для образования связей, называются валентными орбитами.

Состав электронов в молекуле также может быть описан с помощью волновой функции, которые именуются молекулярными орбитами МО. МО образуются путем перекрытия атомных орбиталей, в зависимости от того, какие атомные орбитали образуют данную МО различают и орбитали. Необходимо отметить, что именно электроны находятся на орбитали обусловливая образование кратных связей. Для атомов характерно наличие не поделенной пары электронов и образование кратных связей.

Все многоатомные молекулы могут быть разделены на две группы:

1) несопряженные системы;

2) сопряженные системы.

Несопряженные системы содержат только одинарные связи или же, в них имеются изолированные кратные связи, отделенные друг от друга или от атомов с неподеленной парой электронов, по крайней мере, одним атомом с насыщенной валентностью. Такие молекулы можно рассматривать, как состоящие из примыкающих друг к другу и почти независимых друг от друга, связей. Каждая связь описывает локализованную двуцентровую МО, аналогично молекулярным орбитам в двухатомной молекуле. Свойства образующих молекулярных связей постоянны и для одной и той же связи, входящей в разные молекулы, свойства меняются незначительно.

Сопряженные системы представляют собой молекулы, содержащие несколько кратных связей, в которых участвуют соседние атомы или же молекулы, в состав которых входят атомы с неподеленными электронными парами, расположенными рядом с кратной связью. Для таких систем характерно нелокализованные многоцентровые молекулярные орбитали, которые относятся к молекуле в целом или к большей ее части.

Если молекула с сопряженными связями, содержит атомы, обладающие неподеленными электронными парами, то электронами этих пар могут включаться в общую систему - электронов. Существование делокализованных-электронов является важнейшим свойством молекул с сопряженными связями. Основные химические, физико-химические и биохимические свойства таких систем определяются - электронами, так как они более подвижны, по сравнению с -электронами и с большей легкостью вступают в химические реакции.