水液相下羟基负离子（水分子簇）催化脯氨酸旋光异构的理论研究*

刘军，唐晓文，潘宇，刘芳，张雪娇，马宏源，王佐成

1. 白城师范学院计算机科学学院，吉林 白城 137000

2. 中山大学药学院，广东 广州 510275

3. 白城师范学院物理学院，吉林 白城 137000

脯氨酸（Pro，proline）是手性氨基酸，构成蛋白质的主要成分。按构象分为S-型（S-Pro）和R-型（R-Pro），按旋光性分为左旋（L-Pro）和右旋（D-Pro）。L-Pro 在生命体内具有活性，对促进胶原蛋白的合成及软骨修复具有积极作用［1］，可催化对硝基苯甲醛与丙酮不对称Aldol 以及水杨醛与丙二酸二乙酯的Knoevenagel 等分子间缩合反应［2-3］，还可催化分子内不对称羟醛的缩合反应［4］。D-Pro 用于生物化学研究及甜味食品添加剂，但在生命体内过量的D-Pro会对健康不利［5-7］。

由于不同旋光性的Pro 有不同的作用，人们对其旋光异构进行了研究。文献［8］对L-Pro 旋光异构的实验研究表明，L-Pro 在乙酸和正丁醛水溶液中消旋比在水液相中快得多。文献［9］对气相Pro旋光异构及水分子催化的理论研究表明，气相中性Pro 的构象稳定，水分子对Pro 的旋光异构有催化作用，水汽环境的Pro 可缓慢地消旋。文献［10］的理论研究表明，水分子簇的催化使Pro 旋光异构优势反应的决速步能垒降到101.9 kJ·mol-1，水液相下的Pro可缓慢地实现旋光异构。

已有研究表明，水液相下OH-对赖氨酸和α-丙氨酸等的旋光异构有催化作用［11-15］，这些氨基酸的消旋能垒被降到63.0 kJ·mol-1以下。生命体内有OH-存在，研究水液相下OH-对Pro 消旋的催化有重要意义。一是为实验上实现Pro 的旋光异构在理论上提供一个新途径，二是可为人们补充Pro 提供理论指导。然而，目前对水液相下OH-催化Pro旋光异的理论研究未见报道。文献［10］的研究表明，水液相下两性Pro 构象稳定，基于此，本工作对水液相下OH-催化两性Pro 旋光异构进行理论研究。

1 研究与计算方法

采用杂化泛函M06-2X 方法［16］，结合处理溶剂效应的SMD模型［17］选用6-311+G(d,p)基组，优化水液相下OH-·(H2O)作用的S-Pro 旋光异构的驻点；对过渡态［18］进行IRC［19］计算以确认其可靠性。为计算出精确的反应势能面，用高精度杂化泛函MN15 方法［20］结合6-311++G(3df,2pd)基组计算驻点单点能。总自由能Gtotal是自由能热校正Gtc和单点能ESP之和，自由能校正在298.15 K和1.013 25×105Pa下进行，势能面上每条势能曲线0.0 kJ·mol-1能量对应的驻点为该段曲线上驻点的相对总自由能零点。S-Pro 在a 通道旋光异构的第2 个S-型过渡态记作S-T2a，第2 个S-型中间体记作S-I2a，a、b 和c 通 道 共 用 结 构X 记 作Xa（b，c）；在a 通 道S-I3a与OH-·H2O 氢键作用的体系记作S-I3a·（OH-·H2O）；a通道第4个没有手性的中间体-碳负离子记作I4-a；I4-a与2个水分子簇氢键作用的体系记作I4-a·(H2O)2，其他体系表示法相似。文中计算工作采用Gaussian16程序［21］。

2 结果与讨论

文献［10］的水液相下最稳定的两性脯氨酸手性对映体S-Pro 和R-Pro 的构象，见图1。结构分析表明，S-Pro 和R-Pro 存在一个较强的分子内单氢键（氨基氢和羰基氧）以及2 个分子内弱氢键（五元环氢与羰基氧）；S-Pro的五元环上与α-碳邻对位的碳向内侧凹陷。计算表明，图1所示最稳定的两性脯氨酸构象较次稳定构象（S-Pro 五元环中与α-碳相对的碳处于凸起状态）的能量低0.3 kJ·mol-1，最稳定构象与次稳定构象共存，相互转化的能垒大约是10.0 kJ·mol-1。为节约篇幅，本工作以图1 所示最稳定的S-Pro 为反应物，研究水液相下羟基负离子水分子簇催化的旋光异构。

图1 两性脯氨酸手性对映体最稳定的几何构象Fig.1 The most stable geometric conformation of the chiral enantiomers of amphoteric proline

水液相下OH-·(H2O)催化的S-Pro 旋光异构，分为S-Pro 异构成中性亚氨基酸后OH-·(H2O)抽取α-H 质子和OH-·(H2O)直接抽取两性S-Pro 的α-H质子两种情况。第1种情况分为3个通道a、b和c，a是S-Pro 异构成中性亚氨基酸后，接羧羟基旋转，再接亚氨基翻转，而后，OH-·（H2O）抽取α-H 质子；b 是S-Pro 异构成中性亚氨基酸后，接亚氨基翻转，而后，OH-·（H2O）抽取α-H 质子；c 是SPro 异构成中性亚氨基酸后，OH-·（H2O）便抽取α-H质子。第2种情况只有1个通道d，是OH-·（H2O）直接抽取α-H 质子。对于OH-·（H2O）抽取α-H 质子，可以是OH-自己抽取α-H 质子，也可以是OH-·H2O 抽取α-H 质子。在水液相下，绝大多数是OH-和H2O 氢键作用形成OH-·H2O，因此，为节省篇幅，OH-自己抽取α-H 质子的情况我们只在a通道讨论。下面对S-Pro 在a、b、c 和d 通道的旋光异构分别进行讨论。

2.1 羟基负离子（水分子簇）作用下S-Pro在a、b和c通道的旋光异构

2.1.1 a 通道a 通道的反应历程1～4 基元见图2，2～10 基元见图3，反应的势能面见图4。第1～3 基元反应过程文献［10］做了详细讨论。由于本文单点能计算采用MN15 方法，才使势能面发生了较小的变化，这里只做一般讨论。

图2 羟基负离子（水分子簇）作用下脯氨酸在a通道旋光异构的历程（1～4基元）Fig.2 The process of optical isomerization of proline in channel a under the action of hydroxyl anion(water clusters)(1-4 primitives)

图3 羟基负离子（水分子簇）作用下脯氨酸在a通道旋光异构的历程（5～10基元）Fig.3 The process of optical isomerization of proline in channel a under the action of hydroxyl anion(water clusters)(5-10 primitives)

图4 羟基负离子（水分子簇）作用下脯氨酸在a通道旋光异构反应的自由能势能面Fig.4 The free energy potential surfaces of optical isomerization of proline in channel a under the action of hydroxyl anion(water clusters)

第1 基元反应，该基元为a、b、c 通道共用。S-Pro 经过渡态S-T1a(b,c), 11H 从2N 迁移到7O,异构成中间体S-I1a(b,c),S-T1a(b,c)产生的内禀能垒为21.6 kJ·mol-1。

第2 基元反应。S-T1a(b,c)经7O—6C 内旋转的过渡态S-T2ma(或S-T2na)，异构成S-I2a，S-T2ma和S-T2na产生的内禀能垒为52.9和54.7 kJ·mol-1。

第3 基元反应。S-I2a 经亚氨基H 在纸面内外翻转的过渡态S-T3a，10H 从纸面外侧翻转到纸面内，异构成S-I3a，S-T3a 产生的内禀能垒为15.0 kJ·mol-1。

第4 基元反应。此基元是OH-·H2O 抽取S-I3a的α-H 质子，得到I4-a的过程。分为OH-抽α-H 和OH-·H2O 抽α-H 两种情形。其中OH-·H2O 抽α-H，根据OH-·H2O 与S-I3a氢键作用情况，分为OH-·H2O 与α-H 和N 氢键作用的p 情形和OH-·H2O与α-H和O氢键作用的q情形。

OH-抽α-H 的情形。OH-与S-I3a的α-H 氢键作用形成的S-I3a·OH-，经OH-抽α-H 的过渡态T4a·OH-，异构成I4-a与H2O 的络合物I4-a·H2O。从S-I3a·OH-到T4a·OH-，1C—9H 键从0.109 2 nm 拉伸至0.134 2 nm，断裂，T4a·OH-产生的内禀能垒为46.9 kJ·mol-1。

OH-·H2O 抽α-H 的p 情形。OH-·H2O 与S-I3a的α-H 和N 作用形成S-I3a·（OH-·H2O）p，经H2O 辅助OH-抽α-H 的过渡态T4a·（OH-·H2O）p，异构成I4-a·（H2O）2p。从S-I3a·（OH-·H2O）p 到T4a·（OH-·H2O）p，1C—9H键从0.109 1 nm拉伸至0.136 8 nm，T4a·（OH-·H2O）p产生的内禀能垒为54.4 kJ·mol-1。

OH-·H2O 抽α-H 的q 情形。OH-·H2O 与S-I3a的α-H 和O 作用形成S-I3a·（OH-·H2O）q，经H2O 辅助OH-抽α-H 的过渡态T4a·（OH-·H2O）q，异构成I4-a·（H2O）2q。从S-I3a·（OH-·H2O）q 到T4a·（OH-·H2O）q，1C—9H键从0.109 2 nm拉伸至0.136 2 nm，T4a·（OH-·H2O）q产生的内禀能垒为59.1 kJ·mol-1。

T4a·OH-比T4a·（OH-·H2O）p 和T4a·（OH-·H2O）q 产生的内禀能垒低些，原因是从S-I3a·OH-到T4a·OH-过程比从S-I3a·（OH-·H2O）p 到T4a·（OH-·H2O）p 和从S-I3a·（OH-·H2O）q 到T4a·（OH-·H2O）q 过程1C—9H 键的拉伸幅度小些。T4a·（OH-·H2O）p 比T4a·（OH-·H2O）q产生的内禀能垒略低，原因是T4a·（OH-·H2O）p 比T4a·（OH-·H2O）q 的七元环结构共面程度略好、氢键略强（结构分析表明）。

I4-a·H2O、I4-a·（H2O）2p 和I4-a·（H2O）2q 经过分子间的碰撞过程，解离得到I4-a、H2O和（H2O）2。

下面讨论I4-a的镜像对称异构过程。此过程有第5 和第6 两个基元反应，I4-a对称异构有2 个分路径a1 和a2，a1 是先五元环准对称异构，而后亚氨基翻转异构；a2 是先亚氨基翻转异构，而后五元环准对称异构，得到的中间体产物I6-a1和I6-a2相同，记作I6-a。

分路径a1。

第5 基元反应。I4-a经过渡态T5m-a1或T5n-a1，亚甲基12H—3C—11H 从左向右翻转，异构成与I4-a镜像准对称的I5-a1。从I4-a到T5m-a1，二面角2N—3C—4C—5C 从37.3°变为-19.8°，T5m-a1产生的内禀能垒为10.2 kJ·mol-1。相似的T5n-a1产生的内禀能垒为13.4 kJ·mol-1。

第6 基元反应。I5-a1经过渡态T6-a1，9H 从左向右翻转（左视图），异构成与I4-a镜像对称的I6-a。从I5-a1到T6-a1，二面角9H—2N—1C—3C 从-118.5°变为177.4°，T6-a1产生的内禀能垒为17.3 kJ·mol-1。结构分析表明，I6-a和I4-a镜像对称。

分路径a2。

第5 基元反应。与a1 分路径的第6 基元反应相似，I4-a经过渡态T5-a2，9H从左向右翻转（左视图），异构成I5-a2，T5-a2产生的内禀能垒为19.8 kJ·mol-1。

第6 基元反应。与a1 分路径的第5 基元反应相似，I5-a2经过渡态T6m-a2或T6n-a2，五元环的12H—3C—11H 从 左 向 右 翻 转，异 构 成I6-a，T6m-a2和T6n-a2产生的内禀能垒分别是8.8和12.0 kJ·mol-1。

接下来的第7基元反应。I6-a的α-碳1C 抽取纸面里侧H2O 的质子，形成R-型中间体。此基元与第4基元镜像对称，只做一般讨论。

I6-a的α-碳抽取纸面里侧水分子的质子。I6-a·H2O 经过渡态T7a·OH-，I6-a抽取H2O 中的质子，异构成R-I7a·OH-。至此S-Pro 的手性发生了变化，实现了旋光异构。从I6-a·H2O 到T7a·OH-，18O—17H 键从0.097 8 nm 拉伸至0.128 3 nm，T7a·OH-产生的内禀能垒为35.7 kJ·mol-1。

I6-a的α-碳抽取纸面里侧2 个水分子簇的质子的p 情 形。I6-a·(H2O)2p 经 过 渡 态T7a·(OH-·H2O)p，I6-a抽取(H2O)2中的质子,异构成R-I7a·(OH-·H2O)p，S-Pro 实 现 旋 光 异 构。从I6-a·(H2O)2p 到T7a·(OH-·H2O)p，18O—17H键从0.097 9 nm拉伸至0.126 5 nm,T7a·(OH-·H2O)p产生的内禀能垒为35.7 kJ·mol-1。

I6-a的α-碳抽取纸面里侧2 个水分子簇的质子的q 情形。I6-a·(H2O)2q 经过渡态T7a·(OH-·H2O)q，I6-a抽取(H2O)2中的质子，异构成R-I7a·(OH-·H2O)q，S-Pro 实 现 旋 光 异 构。从I6-a·(H2O)2q 到T7a·(OH-·H2O)q，18O—17H 键 从0.0978 nm 拉 伸 至0.126 3 nm，T7a·(OH-·H2O)q 产 生 的 内 禀 能 垒 为37.3 kJ·mol-1。

接下来是R-I7a·OH-、R-I7a·(OH-·H2O)p 和R-I7a·(OH-·H2O)q 经 过 碰 撞 过 程，解 离 成R-I7a、OH-和OH-·H2O 后R-I7a的继续异构。R-I7a经过第8、9、10三个基元反应，异构成S-Pro 的手性对映体，在文献［10］中a1路径的第7、8、9基元已经讨论。与1、2、3基元相似，只做一般讨论。

第8基元反应。R-I7a经过渡态R-T8a，9H从纸面外翻转到纸面内，异构成R-I7a1，R-T8a产生的内禀能垒为14.2 kJ·mol-1。

第9 基元反应。R-I8a经过渡态R-T9ma或R-T9na，7O—6C 俯视逆时针（或顺时针）旋转，异构成R-I9a。R-T9ma和R-T9na产生的内禀能垒分别为42.1和40.3 kJ·mol-1。

第10 基元反应。R-I9a经过渡态R-T10a，11H从7O 迁移到2N，异构成产物R-Proa，S-Pro 实现了手性对映体转变的旋光异构。R-T10a产生的内禀能垒为4.7 kJ·mol-1。

S-Pro在a通道上的驻点构象及势能面关于I5-a1和I5-a2对称，展现了手性对映体转变的对称美。

从图4 可看出，（OH-·H2O）作用下，脯氨酸在a 通道的旋光异构有两个决速步，分别是第2 基元和第4 基元，它们的内禀能垒分别是52.9～54.7和46.9～59.1 kJ·mol-1。因此，脯氨酸在a 通道旋光异构的决速步能垒为46.9～59.1 kJ·mol-1。从图4还可以看出，镜像对称的第4 和第7 基元相比较，（OH-·H2O）抽取α-H 的能垒高于脯氨酸-碳负离子抽取H2O的质子的能垒。由于正负反应能垒小于40.0 kJ·mol-1时反应物和产物可以共存［22］，因此，反应物是S-Pro 和S-I1a共存，只是S-Pro 的分布高，产物是R-I9a和R-Proa共存，只是R-Proa的分布高。

2.1.2 b 通道与2.1.1 节相似，镜像对称的OH-·H2O 抽α-H 和脯氨酸-碳负离子抽取H2O 的质子两个基元反应相比较，前者的能垒高，是反应的决速步。因此，为节省篇幅，本通道只讨论到OH-·H2O 抽α-H 的基元反应。b 通道的主要反应历程见图5，反应过程的势能面见图6。

图5 羟基负离子（水分子簇）作用下脯氨酸在b通道旋光异构决速步的历程Fig.5 The optical isomerization rate-determining process of proline in channel b under the action of hydroxyl anion(water clusters)

图6 羟基负离子（水分子簇）作用下脯氨酸在b通道旋光异构反应主要过程的自由能势能面Fig.6 The free energy potential surfaces of proline in the main process of optical isomerization in channel b under the action hydroxyl anion(water clusters)

第1基元反应。同2.1.1节，从略。

第2 基元反应。与2.1.1 节的第3 基元反应相似，S-I1a(b,c)经过渡态S-T2b，10H 从纸面外侧翻转到纸面内，异构成S-I2b，S-T2b产生的内禀能垒为19.7 kJ·mol-1。S-T2b比S-T3a产生的能垒高些，原因是从S-I1a(b,c)到S-T2b过程要克服来自11H 的空间位阻。

第3 基元反应。与2.1.1 节第4 基元的OH-·H2O 抽α-H 的过程相似，也分为OH-·H2O 与α-H和氨基N氢键作用的p情形和OH-·H2O 与α-H 和羰基O氢键作用的q情形。

OH-·H2O 抽α-H 的p 情形。OH-·H2O 与S-I2b的α-H氢键和氨基N作用形成的S-I2b·(OH-·H2O)p,经H2O 辅助OH-抽α-H 的过渡态T3b·(OH-·H2O)p,异 构 成I3-b·(H2O)2p。从S-I2b·(OH-·H2O)p 到T3b·(OH-·H2O)p, 1C—9H 从0.109 9 nm 拉伸至0.137 0 nm,T3b·(OH-·H2O)p产生的能垒为48.8 kJ·mol-1。

OH-·H2O 抽α-H 的q 情形。OH-·H2O 与S-I2b的α-H和羰基O氢键作用形成的S-I2b·(OH-·H2O)q,经H2O 辅助OH-抽α-H 的过渡态T3b·(OH-·H2O) q,异 构 成I3-b·(H2O)2q。从S-I2b·(OH-·H2O)q 到T3b·(OH-·H2O) q, 1C—9H 从0.109 8 nm 拉伸至0.136 2 nm,T3b·(OH-·H2O)q产生的能垒为52.3 kJ·mol-1。

接下来是I3-b·(H2O)2p 和I3-b·(H2O)2q 的(H2O)2解离得到的I3-b的五元环和氨基氢9H 的翻转异构。这相似于2.1.1 节的第5、6 基元，能垒很低，不再赘述。再接下来是脯氨酸-碳负离子抽取(H2O)2的质子，得到R-型中间体产物，S-Pro实现旋光异构。相似于2.1.1 节的第7 基元，与本通道的第3基元镜像对称，正反应能垒为本通道第3基元副反应的能垒，分别为34.6 和36.8 kJ·mol-1，不再赘述。最后，R-型中间体产物经与第2 和1 基元镜像对称的过程，异构成与S-Pro镜像对称的产物R-Pro。

从图6 及前面的讨论可知，OH-·(H2O)作用下，脯氨酸在b 通道旋光异构的决速步是第3 基元，决速步内禀能垒为48.8～52.3 kJ·mol-1。由于正负反应能垒小于40.0 kJ·mol-1时，反应物和产物可以共存，因此，反应物是S-Pro、S-I1a（b，c）和S-I2b三者共存，S-Pro的分布最高。

2.1.3 c通道与2.1.2节的讨论相似，本通道只讨论OH-·H2O 抽α-H 的基元反应。c 通道的主要反应历程见图7，反应过程的势能面见图8。

图7 羟基负离子（水分子簇）作用下脯氨酸在c通道旋光异构决速步的历程Fig.7 The optical isomerization rate-determining process of proline in channel c under the action of hydroxyl anion(water clusters)

第1基元反应。同2.1.1节，从略。

第2 基元反应，OH-·H2O 抽S-I1a(b,c)的α-H 的过程。本基元相似于2.1.2节的OH-·H2O抽α-H的q情形。OH-·H2O与S-I1c的α-H和羰基O氢键作用形 成S-I1c·（OH-·H2O），经 过 渡 态T2c·（OH-·H2O），OH-抽取α-H，形成I2-c·(H2O)2。从S-I1c·(OH-·H2O)到T2c·(OH-·H2O)，1C—9H 键从0.109 2 nm 拉伸至0.139 0 nm，T2c·(OH-·H2O)产生的内禀能垒为58.9 kJ·mol-1。

I2-c·(H2O)2的(H2O)2解离得到的I2-c的异构，与2.1.2节后面的讨论相似，不再赘述。

从图8 及前面的讨论可知，OH-·(H2O)作用下，脯氨酸在c 通道旋光异构的决速步是第2 基元，决速步的内禀能垒为58.9 kJ·mol-1。由于正负反应能垒小于40.0 kJ·mol-1时，反应物和产物可以共存，因此，在c通道反应物是S-Pro 和S-I1a(b,c)共存，SPro的分布高。

图8 羟基负离子（水分子簇）作用下脯氨酸在c通道旋光异构反应主要过程的自由能势能面Fig.8 The free energy potential surfaces of proline in the main process of optical isomerization in channel c under the action hydroxyl anion(water clusters)

2.2 羟基负离子（水分子簇）作用下S-Pro在d通道的旋光异构

d 通道的反应历程见图9，反应过程的势能面见图10。

图9 羟基负离子（水分子簇）作用下脯氨酸在d通道旋光异构的历程Fig.9 The process of optical isomerization of proline in channel d under the action of hydroxyl anion(water clusters)

图10 羟基负离子（水分子簇）作用下脯氨酸在d通道旋光异构反应的自由能势能面Fig.10 The free energy potential surfaces of optical isomerization of proline in channel d under the action of hydroxyl anion(water clusters)

第1 基元反应。此基元与2.1.3 节的第2 基元相似，OH-·H2O 与S-Pro 的α-H 和羰基O 氢键作用形 成 的S-Prod·(OH-·H2O)，经 过 渡 态T1d·(OH-·H2O), OH-抽取α-H, 9H 从1C 迁移到18O, 异构成I1-d·(H2O)2。从S-Prod·(OH-·H2O)到T1d·(OH-·H2O),1C—9H 键从0.108 9 nm 拉伸至0.147 5 nm, 断裂,T1d·(OH-·H2O)产生的内禀能垒为70.8 kJ·mol-1。

接下来的过程是I1-d·(H2O)2的2 聚水解离出去，形成I1-d五元环的异构。

第2基元反应。I1-d经五元环的3个亚甲基翻转的过渡态T2-d，亚甲基14H—4C—13H 从五元环左侧异构到右侧，二面角2N—3C—4C—5C 从30.8°变为-39.3°，异构成I2-d。从I1-d到T2-d，二面角2N—3C—4C—5C 从30.8°变为-9.9°，T2-d产生的内禀能垒为6.6 kJ·mol-1。

第3 基元反应。I2-d经1C 左右翻转的过渡态T3-d，1C向右运动，同时带动3个亚甲基团从1C—6C—7O—8O 的左侧翻转到右侧，二面角1C—2N—5C—6C从-26.3°变为29.3°，形成I3-d。从I2-d到T3-d，二面角1C—2N—5C—6C 从-26.3°变为1.8°，T3-d产生的内禀能垒为7.8 kJ·mol-1。结构分析表明，I3-d和I1-d镜像对称。

第4 基元反应。I3-d_W 与(H2O)2氢键作用形成的络合物I3-d·(H2O)2，经与第一基元镜像对称的过程，异 构 成 产 物 络 合 物R-Prod·(OH-·H2O)。I3-d·(H2O)2经I3-d抽(H2O)2的 质 子 的 过 渡 态T4d·(OH-·H2O), 异 构 成R-Prod·(OH-·H2O)。从I3-d·(H2O)2到T4d·(OH-·H2O), 18O—17H 键从0.104 6 nm 拉伸至0.115 7 nm, T4d·(OH-·H2O)产生的内禀能垒为6.7 kJ·mol-1。R-Prod·（OH-·H2O）的OH-·H2O 与R-Prod的氢键解离，得到R-Prod，S-Pro 在d 通道实现手性对映体转变的旋光异构。

从图10 可知，OH-·(H2O) 作用下，S-Pro 在d通道旋光异构的决速步是第1基元反应，决速步的内禀能垒为70.8 kJ·mol-1。

综合前面的讨论可知，OH-·(H2O)抽取α-H 导致S-Pro旋光异构的能垒为46.9～70.8 kJ·mol-1，比水液相下S-Pro旋光异构优势通道的能垒101.9 kJ·mol-1大幅降低，说明OH-对脯氨酸的旋光异构有很好的催化作用。46.9～70.8 kJ·mol-1的能垒小于温和反应能垒80.0 kJ·mol-1［22］，因此，水液相下OH-存在时脯氨酸很容易消旋。

3 结 论

采用密度泛函理论的M06-2X 和MN15 方法与自洽反应场理论的SMD 模型方法，研究了OH-·（H2O）抽取α-H，而后脯氨酸-碳负离子抽取H2O的质子，S-Pro旋光异构的势能面，得到如下结论：

1）S-Pro 异构成中性亚氨基酸后，OH-·(H2O)抽取α-H，而后脯氨酸-碳负离子抽取H2O 的质子的反应通道具有优势，S-Pro 消旋反应能垒在46.9至59.1 kJ·mol-1。

2）OH-·(H2O)直接抽取S-Pro 的α-H，而后脯氨酸-碳负离子抽取H2O 的质子的反应通道略具劣势，S-Pro消旋反应能垒为70.8 kJ·mol-1。

结果表明，水液相下OH-存在时脯氨酸很容易旋光异构，碱性环境不利于生命体健康。