圓二色光譜原理及在藥化中的應(yīng)用教案

1、手性光譜學(xué)原理及在藥化中的應(yīng)用,北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 藥物研究所圓二色譜實(shí)驗(yàn)室,2011年9月16日,1,什么是手性光譜學(xué)（Chiroptic/chiroptical Spectroscopy）？,2,Chiroptic/chiroptical: A term referring to the optical techniques (using refraction, absorption or emission of anisotrop

2、ic radiation) for investigating chiral substances [e.g. measurements of optical rotation at a fixed wavelength, optical rotatory dispersion (ORD), circular dichroism (CD), and circular polarization of luminescence (CPL)]

3、.,3,手性化合物的絕對(duì)構(gòu)型確定（Absolute configuration assignment）和構(gòu)象分析（Conformation analysis）生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能研究材料科學(xué)。。。。。。,手性光譜學(xué)能解決什么問題？,4,手性是自然界的普遍現(xiàn)象。天然產(chǎn)物、合成藥物、生物大分子（蛋白質(zhì)、核酸、糖）大多具有手性。,為什么要進(jìn)行手性光譜學(xué)研究？,紫杉醇,五味子丙素,5,立體化學(xué)手性藥物紫外光譜分子性質(zhì)偏振光,一、

4、基礎(chǔ)知識(shí),6,基礎(chǔ)知識(shí),光學(xué)活性（又稱為手性，chirality）是指化學(xué)分子的實(shí)物與其鏡像不能重疊的現(xiàn)象。,7,7,基礎(chǔ)知識(shí),分子的手性是由于分子中含有手性中心（Chiral center）、手性軸（Chiral axis）或手性面（Chiral plane）所致，非平面環(huán)狀化合物則具有螺旋手性（Spiral chirality）。,8,基礎(chǔ)知識(shí),9,基礎(chǔ)知識(shí),在空間上不能重疊，互為鏡像關(guān)系的立體異構(gòu)體稱為對(duì)映異構(gòu)體。非對(duì)映異構(gòu)體包

5、括幾何異構(gòu)體和具有光學(xué)活性但沒有鏡像關(guān)系的立體異構(gòu)體。,立體異構(gòu)體（Stereoisomer）是指由分子中原子在空間上排列方式不同所產(chǎn)生的異構(gòu)體，可分為對(duì)映異構(gòu)體（Enantiomer）和非對(duì)映異構(gòu)體（Diastereomer, diastereoisomer）兩大類。,10,基礎(chǔ)知識(shí),構(gòu)象（Conformation）：由于分子中的某個(gè)原子（基團(tuán)）繞C-C單鍵自由旋轉(zhuǎn)而形成的不同的暫時(shí)的易變的空間結(jié)構(gòu)形式，不同的構(gòu)象之間可以相互轉(zhuǎn)變。在

6、各種構(gòu)象中，勢(shì)能最低、最穩(wěn)定的構(gòu)象是優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。,單鍵旋轉(zhuǎn)引起,環(huán)的扭曲方向不同引起,11,基礎(chǔ)知識(shí),構(gòu)型（Configuration）：因分子中存在不對(duì)稱元素而產(chǎn)生的異構(gòu)體中的原子或取代基團(tuán)的空間排列關(guān)系。能真實(shí)描述手性分子中各取代基的空間排列情況被稱為絕對(duì)構(gòu)型（Absolute Configuration）。尚未能確定各取代基空間排列真實(shí)情況的構(gòu)型被稱為相對(duì)構(gòu)型（Relative Configuration）。相對(duì)構(gòu)型還包括同分子中

7、各不對(duì)稱碳原子間的相互關(guān)系，如同側(cè)或異側(cè)。,絕對(duì)構(gòu)型的表示方法,左旋體（Levorotatory）和右旋體（Dextrotatory）,12,基礎(chǔ)知識(shí),能使偏振光的偏振面按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的對(duì)映體稱為右旋體，用d-或(+)-表示；反之，稱為左旋體，用l-或(-)-表示。外消旋體（Racemate）由等量的左旋體和右旋體構(gòu)成，沒有旋光性，用dl-或(?)-表示。這種表示方法，直觀地反映了對(duì)映體之間光學(xué)活性的差別，但不能提供手性分子三維空

8、間排列或絕對(duì)構(gòu)型的信息。,以標(biāo)準(zhǔn)參照物的化學(xué)相關(guān)性確定藥物的立體化學(xué)構(gòu)型。標(biāo)準(zhǔn)參照物有糖類如D-甘油醛，氨基酸如L-絲氨酸。,13,基礎(chǔ)知識(shí),D和L系統(tǒng),由于D/L構(gòu)型表示法與表示旋光方向的d和l系統(tǒng)容易混淆，且意義不甚明確，目前多限于糖和氨基酸的立體化學(xué)命名。,將手性中心的取代基按原子序數(shù)依次排列，A > B > C > D，把D作為手性碳原子的頂端，A、B、C為四面體底部的3個(gè)角，從底部向頂端方向看，若保持從大到

9、小基團(tuán)按順時(shí)針方向排列者，稱為R型；若為逆時(shí)針方向排列者，稱為S型。,14,基礎(chǔ)知識(shí),R和S系統(tǒng),15,對(duì)映體在對(duì)稱的環(huán)境中，物理化學(xué)性質(zhì)完全相同。但在非對(duì)稱的環(huán)境中，例如在偏振光中，對(duì)映體對(duì)偏振光面旋轉(zhuǎn)方向相反；在生物系統(tǒng)中與酶或受體相互作用時(shí)，由于蛋白質(zhì)分子的非對(duì)稱性，與對(duì)映體的識(shí)別方向和結(jié)合位點(diǎn)不同，導(dǎo)致生物活性的差異。非對(duì)映體之間，彼此屬于不同結(jié)構(gòu)的化合物，所以物理化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)均不相同。,基礎(chǔ)知識(shí),16,臨床藥物1850

10、種,天然和半合成藥物523種,化學(xué)合成藥物1327種,非手性6種,手性517種,非手性799種,手性528種,以單個(gè)對(duì)映體給藥509種,以外消旋體給藥8種,以單個(gè)對(duì)映體給藥61種,以外消旋體給藥467種,基礎(chǔ)知識(shí),17,基礎(chǔ)知識(shí),在分子水平上，生物系統(tǒng)是由生物大分子組成的手性環(huán)境。光學(xué)異構(gòu)體進(jìn)入生物體內(nèi)，將被手性環(huán)境識(shí)別為不同的分子，從而表現(xiàn)出不同的藥效學(xué)、藥物動(dòng)力學(xué)、毒理學(xué)行為。各國(guó)藥政部門規(guī)定在申報(bào)手性新藥時(shí)，需同時(shí)呈報(bào)各光

11、學(xué)異構(gòu)體的藥理學(xué)、毒理學(xué)、藥物動(dòng)力學(xué)資料。如果對(duì)映體之間的藥效與毒性無明顯區(qū)別，才可考慮應(yīng)用外消旋體，否則必須應(yīng)用單一的手性化合物。我國(guó)藥品管理法已明確規(guī)定，對(duì)手性藥物必須研究光學(xué)純異構(gòu)體的藥代、藥效和毒理學(xué)性質(zhì)，擇優(yōu)進(jìn)行臨床研究和批準(zhǔn)上市。停留在外消旋體藥物的研究與開發(fā)水平，已不符合國(guó)際與國(guó)內(nèi)藥品法規(guī)的要求。,18,基礎(chǔ)知識(shí),對(duì)映體有相同的藥理活性,R和S型異構(gòu)體的抗心率失常和對(duì)心肌鈉通道作用相同，吸收、分布、代謝、排泄性質(zhì)亦無顯著

12、區(qū)別，兩者及外消旋體的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果相當(dāng)，所以臨床使用消旋的氟卡尼。,19,對(duì)映體活性類型相同但強(qiáng)度不同,基礎(chǔ)知識(shí),S-(-)-氧氟沙星抑制細(xì)菌拓?fù)洚悩?gòu)酶II的活性是R-(+)-型的9.3倍，是外消旋體的1.3倍。對(duì)各種細(xì)菌的抑菌活性S型強(qiáng)于R型8～128倍。左氧氟沙星已取代消旋氧氟沙星。,S-(+)-萘普生的抗炎和解熱鎮(zhèn)痛活性約為R-(-)-型的10～20倍，因此，臨床用其S-(+)-對(duì)映體。,,,20,基礎(chǔ)知識(shí),只有一個(gè)對(duì)映體有藥理活

13、性,(+)-聯(lián)苯雙酯,(-)-聯(lián)苯雙酯,由于聯(lián)苯基存在阻轉(zhuǎn)作用，形成兩個(gè)阻轉(zhuǎn)異構(gòu)體，室溫下可穩(wěn)定存在。右旋體為活性體。,21,基礎(chǔ)知識(shí),對(duì)映體有不同或相反的藥理活性,左旋咪唑（Levamisole）有驅(qū)蟲和免疫刺激作用，而右旋咪唑（Dextramisole）有抗抑郁作用。,奎寧-奎尼?。≦uinine-Quinidine）兩個(gè)異構(gòu)體都有抗瘧、解熱、氧化毒性和骨骼肌及心肌抑制作用?？鼘幹饕糜诮鉄岷涂汞懀岫?duì)心肌作用更強(qiáng)，用于心房纖顫

14、和其他心律不齊。,,,22,基礎(chǔ)知識(shí),在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的沙立度胺事件是藥學(xué)史上的沉痛教訓(xùn)。,S-(-)-沙立度胺的二酰亞胺進(jìn)行酶促水解，生成鄰苯二甲酰亞胺基戊二酸，后者可滲入胎盤，干擾胎兒的谷氨酸類物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿~酸的生化反應(yīng)，從而干擾胎兒發(fā)育，造成畸胎。,23,基礎(chǔ)知識(shí),偶極矩（Dipole moment）是正、負(fù)電荷中心間的距離r和電荷中心所帶電量q的乘積，μ = r × q。它是一個(gè)矢量，方向規(guī)定為從負(fù)電荷中心指向正電

15、荷中心。偶極矩的單位是D（德拜）。偶極矩可以指鍵偶極矩，也可以是分子偶極矩。分子偶極矩可由鍵偶極矩經(jīng)矢量加法后得到。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的偶極矩可以用來判斷分子的空間構(gòu)型。,偶極矩,24,生色團(tuán)和助色團(tuán),基礎(chǔ)知識(shí),生色團(tuán)（Chromophoric group）是指分子中含有的，能對(duì)光輻射產(chǎn)生吸收、具有躍遷的不飽和基團(tuán)。通常表現(xiàn)為n→π*和π→π*躍遷，因而吸收范圍多在200～800nm之間。助色團(tuán)（Auxochrome group）是含孤對(duì)電子

16、的基團(tuán)，如氨基、羥基和鹵素等。這些基團(tuán)與生色團(tuán)上的不飽和鍵作用，使顏色加深。,25,基礎(chǔ)知識(shí),光是一種電磁波—橫波,,,,,,,,,,,,機(jī)械波穿過狹縫,26,平面偏振光（又稱線偏振光）,基礎(chǔ)知識(shí),17世紀(jì)，Huggens，發(fā)現(xiàn)偏振光；1812年，Biot，發(fā)現(xiàn)石英能使偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)；1934年，Lowry，旋光測(cè)定；1953年，制備了第一臺(tái)偏振光檢測(cè)儀；19世紀(jì)60年代以后，圓二色譜儀出現(xiàn)。,自然光----光振動(dòng)沿各個(gè)方向

17、均勻分布偏振光----光振動(dòng)沿著特定的方向,27,基礎(chǔ)知識(shí),當(dāng)只有一塊偏振片時(shí)，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片，透射光的強(qiáng)度不變。,當(dāng)兩塊偏振片的透振方向平行時(shí)，透射光的強(qiáng)度最大，但比通過一塊偏振片時(shí)弱。,當(dāng)兩塊偏振片的透振方向垂直時(shí)，透射光的強(qiáng)度最弱，幾乎為零。,28,基礎(chǔ)知識(shí),偏振光的應(yīng)用：立體電影,兩個(gè)攝像機(jī) + 偏振片兩個(gè)放像機(jī) + 偏振片眼睛 + 偏振片,29,基礎(chǔ)知識(shí),左旋圓偏振光和右旋圓偏振光,振幅相同、周期相同，但運(yùn)

18、動(dòng)方向相反,二、旋光光譜與圓二色譜測(cè)定原理,30,比旋光度旋光光譜圓二色譜Cotton效應(yīng),平面偏振光在手性環(huán)境中的傳播特性,使平面偏振光的偏振平面發(fā)生偏轉(zhuǎn)反映了手性化合物的圓雙折射性,(1) 左旋、右旋圓偏振光的折射率不同 nL ≠ nR,31,ORD & CD原理,式中，λ是波長(zhǎng)，nL和nR分別為左旋圓偏振光和右旋圓偏振光在介質(zhì)中的折射率，Φ的單位是rad/cm，α的單位是?/dm。,32,偏振平面所轉(zhuǎn)過的角度

19、可用下式計(jì)算：,ORD & CD原理,Φ = (π/λ)(nL – nR),α = 1800Φ/π = (1800/λ)(nL – nR),將Φ的單位由rad轉(zhuǎn)變?yōu)?，即實(shí)驗(yàn)測(cè)定的旋轉(zhuǎn)角度為：,33,(2) 左旋、右旋圓偏振光的吸收系數(shù)不同 εL ≠ εR,形成橢圓偏振光反映了手性化合物的圓二色性,ORD & CD原理,形成具有一定偏轉(zhuǎn)角度的橢圓偏振光,34,ORD & CD原理,(3) 左旋、右旋

20、圓偏振光的折射率和吸收系數(shù)均不同 nL ≠ nR，εL ≠ εR,35,圓二色性是摩爾吸收系數(shù)的差值，在手性介質(zhì)中，,ORD & CD原理,Δε = εL – εR ≠ 0,橢圓度（?）定義為：,tanθ = tanh[(π/λ)(κL – κR)lcm),式中κ是吸收指數(shù)，l是光程長(zhǎng)度，?單位是?/cm。,吸收指數(shù)κ與消光系數(shù)k的關(guān)系為：,由于(κL – κR)lcm << 1，可近似為：,θ = (π/λ

21、)(κL – κR),k = (4π/λ)κ,吸收系數(shù)之差(εL – εR)通常只是ε的10-2到10-4。,36,將橢圓度?的單位由rad轉(zhuǎn)變?yōu)?，換算公式如下：,θ = (1800/λ)(κL – κR) = (1800/4π)(kL – kR),摩爾橢圓度[?]的計(jì)算公式如下：,[θ] = (θ/cl)(M/100),由于消光系數(shù)k = 2.303εc，摩爾橢圓度[?]的計(jì)算公式如下：,[θ] = 2.303(4500/π)(εL

22、 – εR) = 3300(Δε),ORD & CD原理,37,比旋光度測(cè)定,儀器記錄的是旋光率α，計(jì)算公式為：[α]D = α/(l×c)[α]D 比旋光度，D: 589 nm l:池長(zhǎng)，dmc: 溶液濃度，g/mL,常用光源：鈉燈（589nm）汞燈（365nm、436nm、546nm、578nm）,比旋光度（Specific optical rotatory ）,,[α] D17 = + 213 &#

23、177; 0.3 （c= 5.77, 氯仿）,38,注意：一個(gè)手性化合物的比旋光度隨測(cè)定溫度、濃度、溶劑而變化，因此測(cè)定時(shí)應(yīng)當(dāng)注意選擇與文獻(xiàn)報(bào)告相同或相近的溫度、相同的溶劑，以及配置相近濃度的溶液，否則難以比較。比旋光度的符號(hào)與該分子的絕對(duì)構(gòu)型沒有直接關(guān)系。,比旋光度報(bào)告形式：,比旋光度測(cè)定,旋光測(cè)定的應(yīng)用,確定樣品的光學(xué)純度，用于工業(yè)生產(chǎn)過程對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)。確定手性分子的絕對(duì)構(gòu)型（某些類化合物已總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)性的結(jié)構(gòu)與旋光性的

24、關(guān)系規(guī)則）。測(cè)定不對(duì)稱合成中的某種產(chǎn)物的光學(xué)純度百分率或?qū)τ丑w過量百分率。,39,光學(xué)純度百分率(%O.P.) = [α]觀察 / [α]最大 X 100%對(duì)映體過量百分率(%e.e.) = ([R] - [S]) / ([R] + [S]) X 100 % = %R - %S,比旋光度測(cè)定,旋光光譜（Optical rotatory dispersion，ORD）,40,ORD圖譜測(cè)定,以比旋光度[α]或摩爾旋光度[φ]

25、為縱坐標(biāo)，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，獲得的譜線即為旋光光譜。,41,ORD圖譜測(cè)定,旋光光譜是非吸收光譜，不具有紫外吸收的手性化合物也可測(cè)定ORD光譜?；衔餆o發(fā)色團(tuán)時(shí)，對(duì)旋光度為負(fù)值的化合物，ORD譜線從紫外到可見光區(qū)呈單調(diào)上升；而旋光值為正的化合物是單調(diào)下降，這類ORD譜線稱為正常的或平坦的旋光譜線。,42,ORD圖譜測(cè)定,分子中有一個(gè)簡(jiǎn)單的發(fā)色團(tuán)的ORD譜線，在紫外光譜λmax處越過零點(diǎn)，進(jìn)入另一個(gè)相區(qū)，形成的一個(gè)峰和一個(gè)谷組成的ORD譜線

26、。,Cotton效應(yīng)（CE）：在接近所測(cè)化合物的紫外最大吸收波長(zhǎng)處出現(xiàn)的異常S曲線。（法國(guó)Aime Cotton）,43,ORD圖譜測(cè)定,44,ORD圖譜測(cè)定,實(shí)際的ORD曲線是分子中各個(gè)發(fā)色團(tuán)CE的加合結(jié)果。因此，ORD譜線常呈復(fù)雜情況。,45,CD圖譜測(cè)定,圓二色譜（Circular dichroism，CD）,以摩爾橢圓度[?]或吸光度差Δε為縱坐標(biāo)，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，獲得的譜線為圓二色譜。,摩爾橢圓度[?]與吸光度差Δε的換算關(guān)系

27、為：[?] ? 3300 ??,46,ECD檢測(cè)波長(zhǎng)：175 ~ 900nm,Δε=εL-εR = ΔA / C×l = (dL-dR) / C ×l d 為光密度；C 為物質(zhì)的量濃度 mol/L；l 為池長(zhǎng)。,CD儀器記錄橢圓偏振光的橢圓度?（millidegrees，mdeg），文獻(xiàn)報(bào)道通常使用摩爾橢圓度[?]：[?]= ?(λ)M/100×l×c

28、 c單位：g/mL，l單位：dm,CD圖譜測(cè)定,47,CD圖譜測(cè)定,48,光源：氙燈起偏器：Nicole棱鏡（天然方解石）、Rochon棱鏡（結(jié)晶狀石英）調(diào)制解調(diào)器（CDM）：在其上施加幾萬赫茲的高頻交變電壓，作用是將單色的平面偏振光以這種頻率交替地變化為左旋、右旋圓偏振光。光電倍增管（PM）樣品池氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置,CD圖譜測(cè)定,Cotton效應(yīng)：平滑曲線在所測(cè)化合物的最大吸收波長(zhǎng)處出現(xiàn)的異常峰狀或谷狀曲線。,49,CD圖譜測(cè)

29、定,CD光譜是吸收光譜，只有具有紫外吸收的手性化合物可以測(cè)定CD光譜。,紫外光譜、旋光光譜及圓二色譜的關(guān)系,50,Cotton效應(yīng),在化合物紫外最大吸收處，是ORD產(chǎn)生Cotton效應(yīng)譜線跨越基線的位置；是CD產(chǎn)生Cotton效應(yīng)譜線的位置。,51,Cotton效應(yīng),在紫外可見區(qū)域，用不同波長(zhǎng)的左旋、右旋圓偏振光測(cè)量CD和ORD的主要目的是研究有機(jī)化合物的絕對(duì)構(gòu)型或構(gòu)象。在這方面，ORD和CD所提供的信息是等價(jià)的，實(shí)際上它們之間有固定的

30、關(guān)系。 CD譜比較簡(jiǎn)單明確，容易解析。ORD譜比較復(fù)雜，但它能提供更多的立體結(jié)構(gòu)信息。對(duì)于有多個(gè)紫外吸收峰的化合物，就會(huì)有多個(gè)連續(xù)變化的CD譜線和相應(yīng)的ORD譜線。,52,CE是研究手性化合物絕對(duì)構(gòu)型及優(yōu)勢(shì)構(gòu)象的依據(jù)，有機(jī)手性化合物具有以下三種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)即可產(chǎn)生具有CE的CD圖譜。,Cotton效應(yīng),含有結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的生色團(tuán)，如共軛的二烯類、α,β-不飽和酮類、六螺旋烴等，可研究骨架的立體化學(xué)。,53,Cotton效應(yīng),含有處于不對(duì)稱環(huán)境

31、中的結(jié)構(gòu)對(duì)稱的生色團(tuán)，如酮基類、β,γ-不飽和酮類、雙鍵類、苯甲酸酯類、芳香化合物等，可研究手性中心的立體化學(xué)。,54,Cotton效應(yīng),含有兩個(gè)或多個(gè)具有π→π* 躍遷的生色團(tuán)，當(dāng)其電子躍遷偶極矩不平行時(shí)具有相互作用，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)手征性圖譜，可研究骨架及手性中心的立體化學(xué)。,55,CD解譜方法,三、圓二色譜解譜方法,經(jīng)驗(yàn)規(guī)則：八區(qū)律、扇形規(guī)則、螺旋規(guī)則半經(jīng)驗(yàn)方法：激發(fā)態(tài)手征性量化計(jì)算：ORD、ECD、VCD計(jì)算,56,CD解譜方法,

32、基本原則之一：對(duì)映性規(guī)則（Antipodality）,57,對(duì)結(jié)構(gòu)類似的一系列化合物，如果已知一個(gè)化合物的絕對(duì)構(gòu)型，其類似物的絕對(duì)構(gòu)型可通過比較CD確定。具有相同CE，表明它們的絕對(duì)構(gòu)型相同；具有相反CE，表明它們的絕對(duì)構(gòu)型相反。,CD解譜方法,58,基本原則之二：附近性規(guī)則（Vicinity）,CD解譜方法,,對(duì)于生色團(tuán)羰基，影響其CE符號(hào)的不對(duì)稱因素的權(quán)重可依1 ? 2 ? 3 ? 4考慮。距生色團(tuán)較遠(yuǎn)的不對(duì)稱碳原子基本不影響。因

33、此，對(duì)生色團(tuán)CE有影響的不對(duì)稱碳原子的絕對(duì)構(gòu)型可利用該生色團(tuán)的CE特征來確定。,紅點(diǎn)為不對(duì)稱碳原子,59,CD解譜方法,1、八區(qū)律規(guī)則,八區(qū)律是通過飽和環(huán)酮中羰基生色團(tuán)的CE，解析與其附近手性中心的絕對(duì)構(gòu)型的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則。它建立在n?π*電子躍遷（~290nm）理論研究的基礎(chǔ)之上。,在平面上的原子對(duì)CE貢獻(xiàn)為0，在前四區(qū)和后四區(qū)的原子對(duì)CE的貢獻(xiàn)具有加合性。,60,CD解譜方法,61,CD解譜方法,62,CD解譜方法,(+)-3-methy

34、lcyclohexanone,[α]24D = +13.5?, UV: 0.0245mol/L in MeOH, λmax 282nm, ε 18.,63,(+)-3-Methylcyclohexanone的CD圖譜,(+)-3-Methylcyclohexanone的ORD圖譜,CD解譜方法,(+)-3-methylcyclohexanone is R.,64,CD解譜方法,注意如何將結(jié)構(gòu)式放入八區(qū)空間，并如何觀察各區(qū)的貢獻(xiàn)。,膽甾

35、酮-2,65,CD解譜方法,66,膽甾酮-3,CD解譜方法,飽和環(huán)戊酮的八區(qū)律及投影,67,CD解譜方法,羰基兩側(cè)的平伏?–鹵素（或乙酰氧）取代基對(duì)CE影響較小，但可以使振幅A增加；直立α–鹵素取代基則可以使CE紅移，并使CE符號(hào)改變。,68,CD解譜方法,直立鹵代酮規(guī)則,69,CD解譜方法,X-單晶衍射表明化合物（13）Br-為平展鍵，如構(gòu)象A；但CD表明為（-）-CE，即溶液中為構(gòu)象B。,,α,β-不飽和環(huán)己酮有兩個(gè)Cotton效應(yīng)

36、帶：,70,CD解譜方法,320-350nm (n→π*) Cotton效應(yīng)可應(yīng)用八區(qū)律解析圖譜220-260nm (π→π*) Cotton效應(yīng)可應(yīng)用螺旋規(guī)則解析圖譜,α,β-不飽和環(huán)己酮的八區(qū)律,71,-,,,,當(dāng)共軛雙鍵與羰基在一個(gè)平面上，而其它環(huán)碳在平面外時(shí)，則環(huán)碳的位置決定CE的正負(fù)。,,當(dāng)雙鍵與羰基不在一個(gè)平面上，雙鍵的位置決定CE的正負(fù)。適用于六元和七元環(huán)的α,β-不飽和環(huán)酮。,注意：后四區(qū)符號(hào)與飽和環(huán)己酮的相反。,

37、CD解譜方法,72,CD解譜方法,注意：后四區(qū)符號(hào)與飽和環(huán)己酮的相同，但與?,?-不飽和環(huán)己酮的相反。,α,β-不飽和環(huán)戊酮的八區(qū)律,可應(yīng)用于不飽和酮、二烯、螺（扭曲）烯、二硫化物等π→π*躍遷生色團(tuán)的CE判斷。,73,CD解譜方法,2、螺旋規(guī)則,74,化合物1-methyl-19norprogesterones(VII)及其C-1異構(gòu)體（VIII）,CD解譜方法,VII,VIII,對(duì)于α,β-不飽和環(huán)己酮，可觀察320-350nm處

38、CE的正負(fù)，判斷環(huán)上突出平面的碳原子在環(huán)上方還是環(huán)下方。,75,CD解譜方法,化合物VII及其C-1異構(gòu)體（VIII）的C=C-C=O生色團(tuán)具有相反的手性（240-260nm)，應(yīng)用螺旋規(guī)則可以確定它們的絕對(duì)構(gòu)型。,,76,CD解譜方法,內(nèi)酯基團(tuán)在210-220nm范圍內(nèi)有一弱的吸收帶，為n→π*電子躍遷，其CE可用八區(qū)-扇形規(guī)則以及另一經(jīng)驗(yàn)規(guī)則預(yù)測(cè)。,八區(qū)分布：,77,CD解譜方法,3、內(nèi)酯的八區(qū)-扇形規(guī)則,78,扇形分布：,注意：從

39、分子結(jié)構(gòu)上面投影觀察,CD解譜方法,注意：沿著O-C-O 角的平分線觀察，按照八區(qū)律方式投影。,79,CD解譜方法,80,,注意：從上面觀察分子，投影到內(nèi)酯的平面上。,CD解譜方法,γ或δ內(nèi)酯中C-CO-O-C傾向于共平面成為一個(gè)穩(wěn)定的構(gòu)象，β碳原子或處于該平面上或下，可用于CE的預(yù)測(cè)。β碳原子在該內(nèi)酯平面上呈現(xiàn)（+）-CE，在該內(nèi)酯平面下呈現(xiàn)（-）-CE。,內(nèi)酯的另一經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的應(yīng)用,經(jīng)驗(yàn)證明：決定n→π*電子躍遷產(chǎn)生的CE正負(fù)的主要

40、是內(nèi)酯環(huán)的手性，而不是α或β位的取代基的位置。,81,CD解譜方法,82,橋環(huán)內(nèi)酯基團(tuán)處于平面狀態(tài)時(shí)，有兩種構(gòu)型。一般主要以ε-內(nèi)酯為觀察對(duì)象，β碳原子在該內(nèi)酯平面上呈現(xiàn)（+）-CE，在該內(nèi)酯平面下呈現(xiàn)（-）-CE。,CD解譜方法,83,CD解譜方法,4、裂分的圓二色譜 - 激發(fā)態(tài)手征性方法（ECCD）,必須具有兩個(gè)帶π→π*躍遷的生色團(tuán)；兩生色團(tuán)必須處于相互有關(guān)的環(huán)境中，可以產(chǎn)生電子躍遷偶極矩間的激發(fā)態(tài)偶合圖譜。,84,在生色團(tuán)UV

41、λmax處裂分為兩部分符號(hào)相反的吸收（即裂分的圓二色譜，注意它與紫外圖譜的關(guān)系）。處于波長(zhǎng)較長(zhǎng)的吸收稱為第一CE，波長(zhǎng)較短處的吸收為第二CE。第一CE為正，第二CE為負(fù)，稱為正的手征性；第一CE為負(fù)，第二CE為正，稱為負(fù)的手征性。,CD解譜方法,85,典型的裂分CD譜,CD解譜方法,86,常用作激發(fā)態(tài)手征性方法的生色團(tuán)的電子性質(zhì),CD解譜方法,87,CD解譜方法,總的要求：強(qiáng)的???*躍遷吸收帶；躍遷偶極矩方向明確；分子立體結(jié)構(gòu)確定

42、；生色團(tuán)有高的對(duì)稱性。,88,CD解譜方法,89,CD解譜方法,優(yōu)勢(shì)構(gòu)象決定ECCD的符號(hào),90,CD解譜方法,91,隨著兩個(gè)發(fā)色團(tuán)的λmax之差的擴(kuò)大，裂分的CD 信號(hào)逐漸拉開距離，振幅降低，直到變成兩個(gè)相互獨(dú)立的CD吸收譜。但它們相互作用產(chǎn)生的手征性圖譜的性質(zhì)不變，因此需要仔細(xì)辨認(rèn)。,CD解譜方法,影響ECCD的因素之一：兩生色團(tuán)λmax之差值,92,當(dāng)兩個(gè)羥基處于鄰位，引入的兩生色團(tuán)裂分的CE 振幅A值最大，達(dá)到94.9。,CD

43、解譜方法,影響ECCD的因素之二：兩生色團(tuán)的距離,93,當(dāng)兩個(gè)羥基相距3個(gè)單鍵時(shí)，引入的兩生色團(tuán)裂分的CE振幅A為56.8。,CD解譜方法,94,當(dāng)兩個(gè)羥基相距7個(gè)單鍵時(shí)，引入的兩生色團(tuán)相距達(dá)12.8Å，仍可有明顯的裂分，但振幅A減小為26.4。,CD解譜方法,95,裂分的CE的振幅A隨兩生色團(tuán)電子躍遷偶極矩間二面角大小而變化。二面角大約70?時(shí)，振幅A最大。 二面角為0?或180?時(shí)，不產(chǎn)生明顯的裂分CE（振幅接近于0?