圆二色光谱原理及在药化中的应用(1)-教案教学资料.ppt

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1、手性光谱学原理手性光谱学原理(yunl)(yunl)及在药化中的应用及在药化中的应用北京协和医学院北京协和医学院 药物药物(yow)(yow)研究所研究所圆二色谱实验室圆二色谱实验室2011年年9月月16日日1第一页，共97页。什什么么(shn(shn me)me)是是手手性性光光谱谱学学（Chiroptic/chiroptical SpectroscopyChiroptic/chiroptical Spectroscopy）？）？2Chiroptic/chiroptical:A term referring to the optical techniques(using refraction

2、,absorption or emission of anisotropic 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).第二页，共97页。3手手 性性 化化 合合 物物 的的 绝绝 对对(judu)构构 型型 确确 定定（Ab

3、solute configuration assignment）和和构构象象分分析析（Conformation analysis）生物大分子的结构和功能研究生物大分子的结构和功能研究材料科学材料科学。手性光谱学能解决什么手性光谱学能解决什么(shn me)问题？问题？第三页，共97页。4手手性性是是自自然然界界的的普普遍遍现现象象。天天然然产产物物、合合成成药药物物(yow)、生物大分子（蛋白质、核酸、糖）大多具有手性。、生物大分子（蛋白质、核酸、糖）大多具有手性。为什么要进行为什么要进行(jnxng)手性光谱学研究？手性光谱学研究？紫杉醇紫杉醇五味子丙素五味子丙素第四页，共97页。5立体化学

4、立体化学手性药物手性药物紫外光谱紫外光谱(gungp)分子性质分子性质偏振光偏振光一、基础知识一、基础知识第五页，共97页。6基础知识基础知识光光学学活活性性（又又称称为为手手性性，chiralitychirality）是是指指化化学学分分子子的的实物与其镜像不能重叠实物与其镜像不能重叠(chngdi)(chngdi)的现象。的现象。COOHNH2CH3HChiral L-alanineCOOHCH3NH2HD-alanine第六页，共97页。77基础知识基础知识分分子子的的手手性性是是由由于于分分子子中中含含有有手手性性中中心心（Chiral center）、手手性性轴（Chiral axi

5、s）或或手手性性面面（Chiral plane）所所致致，非非平平面面环状状化化合合物物则具有具有(jyu)螺旋手性（螺旋手性（Spiral chirality）。）。手性四面体手性四面体手性碳手性碳手性硫手性硫手性叔胺手性叔胺第七页，共97页。8环芳香类手性平面环芳香类手性平面螺旋手性螺旋手性取代丙二烯类取代丙二烯类手性轴手性轴取代联苯手性轴取代联苯手性轴基础知识基础知识第八页，共97页。9基础知识基础知识在空间上不能重叠，互为镜像关系的立体异构体称为对映异构体。在空间上不能重叠，互为镜像关系的立体异构体称为对映异构体。非非对对映映异异构构体体包包括括几几何何异异构构体体和和具具有有光光学学

6、(gungxu)活活性性但但没没有有镜镜像像关关系系的的立立体体异异构构体。体。立立体体异异构构体体（Stereoisomer）是是指指由由分分子子中中原原子子在在空空间间上上排排列列方方式式 不不 同同 所所 产产 生生(chnshng)的的 异异 构构 体体，可可 分分 为为 对对 映映 异异 构构 体体（Enantiomer）和和非非对对映映异异构构体体（Diastereomer,diastereoisomer）两大类。）两大类。（）-赤藓糖赤藓糖（+）-赤藓糖赤藓糖（）-苏糖苏糖（+）-苏糖苏糖第九页，共97页。10基础知识基础知识构构象象（Conformation）：由由于于分分子子

7、中中的的某某个个原原子子（基基团团）绕绕C-C单单键键自自由由旋旋转转(xunzhun)而而形形成成的的不不同同的的暂暂时时的的易易变变的的空空间间结结构构形形式式，不不同同的的构构象象之之间可以相互转变。在各种构象中，势能最低、最稳定的构象是优势构象。间可以相互转变。在各种构象中，势能最低、最稳定的构象是优势构象。单键旋转引起单键旋转引起 环的扭曲方向不同引起环的扭曲方向不同引起第十页，共97页。11基础知识基础知识构构型型（Configuration）：因因分分子子中中存存在在不不对对称称元元素素(yun s)而而产生的异构体中的原子或取代基团的空间排列关系。产生的异构体中的原子或取代基团

8、的空间排列关系。能能真真实实描描述述手手性性分分子子中中各各取取代代基基的的空空间间排排列列情情况况被被称称为为绝绝对对构构型型（Absolute Configuration）。尚尚未未能能确确定定各各取取代代基基空空间间排排列列真真实实情情况况的的构构型型被被称称为为相相对对构构型型（Relative Configuration）。相相对对构构型型还包括同分子中各不对称碳原子间的相互关系，如同侧或异侧。还包括同分子中各不对称碳原子间的相互关系，如同侧或异侧。相对构型的表示方法相对构型的表示方法绝对构型的表示方法绝对构型的表示方法第十一页，共97页。绝对绝对(judu)(judu)构型的表示方

9、法构型的表示方法左旋体（左旋体（Levorotatory）和右旋体）和右旋体（Dextrotatory）12基础知识基础知识能能使使偏偏振振光光的的偏偏振振面面按按顺时针方方向向旋旋转的的对映映体体称称为右右旋旋体体，用用d-或或(+)-表示；反之，称表示；反之，称为左旋体，用左旋体，用l-或或(-)-表示。表示。外外消消旋旋体体（Racemate）由由等等量量的的左左旋旋体体和和右右旋旋体体构构成成，没没有有旋旋光光性性，用用dl-或或()-表示。表示。这种种表表示示方方法法，直直观地地反反映映了了对映映体体之之间光光学学活活性性的的差差别，但但不不能能提供手性分子提供手性分子(fnz)三三

10、维空空间排列或排列或绝对构型的信息。构型的信息。第十二页，共97页。以以标标准准参参照照物物的的化化学学相相关关性性确确定定药药物物的的立立体体化化学学(l(l t t hu hu xu)xu)构型。构型。标准参照物有糖类如标准参照物有糖类如D-D-甘油醛，氨基酸如甘油醛，氨基酸如L-L-丝氨酸。丝氨酸。13基础知识基础知识D和和L系统系统(xtng)由由于于D/L构构型型表表示示法法与与表表示示旋旋光光方方向向的的d和和l系系统容容易易混混淆淆，且且意意义不甚明确，目前不甚明确，目前(mqin)多限于糖和氨基酸的立体化学命名。多限于糖和氨基酸的立体化学命名。第十三页，共97页。将将手手性性中

11、中心心(zhngxn)(zhngxn)的的取取代代基基按按原原子子序序数数依依次次排排列列，A A B B C C D D，把把D D作作为为手手性性碳碳原原子子的的顶顶端端，A A、B B、C C为为四四面面体体底底部部的的3 3个个角角，从从底底部部向向顶顶端端方方向向看看，若若保保持持从从大大到到小小基基团团按按顺顺时时针针方方向向排排列列者者，称称为为R R型型；若若为为逆逆时时针针方方向向排列者，称为排列者，称为S S型。型。14基础知识基础知识R和和S系统系统(xtng)第十四页，共97页。15对对映映体体在在对对称称的的环环境境中中，物物理理化化学学(w l hu xu)性性质质

12、完完全全相相同同。但但在在非非对对称称的的环环境境中中，例例如如在在偏偏振振光光中中，对对映映体体对对偏偏振振光光面面旋旋转转方方向向相相反反；在在生生物物系系统统中中与与酶酶或或受受体体相相互互作作用用时时，由由于于蛋蛋白白质质分分子子的的非非对对称称性性，与与对对映映体体的的识识别别方向和结合位点不同，导致生物活性的差异。方向和结合位点不同，导致生物活性的差异。非非对对映映体体之之间间，彼彼此此属属于于不不同同结结构构的的化化合合物物，所所以以物物理理化化学学(w l hu xu)和生物学性质均不相同。和生物学性质均不相同。基础知识基础知识第十五页，共97页。16临床床(ln chun)药

13、物物1850种种天天 然然 和和 半半合合成成(hchng)药物物523种种化化学学合合成成药物物(yow)1327种种非手性非手性6种种手性手性517种种非手性非手性799种种手性手性528种种以以单个个对映映体体给药509种种以以外外消消旋旋体体给药8种种以以单个个对映映体体给药61种种以以外外消消旋旋体体给药467种种基础知识基础知识第十六页，共97页。17基础知识基础知识在分子水平上，生物系统是由生物大分子组成的手性环境。在分子水平上，生物系统是由生物大分子组成的手性环境。光光学学异异构构体体进进入入生生物物体体内内，将将被被手手性性环环境境识识别别为为不不同同的的分分子子，从从而而表

14、表现现出不同的药效学、药物动力学、毒理学行为。出不同的药效学、药物动力学、毒理学行为。各各国国药药政政部部门门规规定定在在申申报报手手性性新新药药时时，需需同同时时呈呈报报各各光光学学异异构构体体的的药药理理学学、毒毒理理学学、药药物物动动力力学学资资料料。如如果果对对映映体体之之间间的的药药效效与与毒毒性性无无明明显显区区别，才可考虑应用外消旋体，否则必须应用单一的手性化合物。别，才可考虑应用外消旋体，否则必须应用单一的手性化合物。我我国国药药品品管管理理法法已已明明确确规规定定，对对手手性性药药物物必必须须研研究究光光学学纯纯异异构构体体的的药药代代、药药效效和和毒毒理理学学性性质质，择择

15、优优进进行行临临床床(ln chun)研研究究和和批批准准上上市市。停停留留在在外外消消旋旋体体药药物物的的研研究究与与开开发发水水平平，已已不不符符合合国国际际与与国国内内药药品品法法规规的的要要求。求。第十七页，共97页。18基础知识基础知识u对对映映体体有有相相同同(xin tn)的的药药理理活性活性R R和和S S型型异异构构体体的的抗抗心心率率失失常常和和对对心心肌肌钠钠通通道道作作用用相相同同，吸吸收收、分分布布、代代谢谢、排排泄泄性性质质亦亦无无显显著著区区别别，两两者者及及外外消消旋旋体体的的综综合合评评价价结结果果相相当当(xingdng)(xingdng)，所以临床使用消旋

16、的氟卡尼。，所以临床使用消旋的氟卡尼。第十八页，共97页。19u对映体活性类型相同但强度对映体活性类型相同但强度(qingd)不同不同基础知识基础知识S-(-)-氧氧氟氟沙沙星星抑抑制制(yzh)细细菌菌拓拓扑扑异异构构酶酶II的的活活性性是是R-(+)-型型的的9.3倍倍，是是外外消消旋旋体体的的1.3倍倍。对对各各种种细细菌菌的的抑抑菌菌活活性性S型型强强于于R型型8128倍倍。左左氧氧氟氟沙沙星星已已取取代消旋氧氟沙星。代消旋氧氟沙星。S-(+)-萘萘普普生生的的抗抗炎炎和和解解热热(ji r)镇镇痛痛活活性性约约为为R-(-)-型型的的1020倍倍，因因此此，临临床用其床用其S-(+)

17、-对对映体。映体。第十九页，共97页。20基础知识基础知识u只有一个只有一个(y)对映体有药理活性对映体有药理活性(+)-联苯双酯联苯双酯(-)-联苯双酯联苯双酯由由于于联苯苯基基存存在在阻阻转作作用用(zuyng)，形形成成两两个个阻阻转异异构构体体，室温下可室温下可稳定存在。右旋体定存在。右旋体为活性体。活性体。第二十页，共97页。21基础知识基础知识u对映体有不同对映体有不同(b tn)或相反的药理活性或相反的药理活性左左 旋旋(zu xun)咪咪 唑（Levamisole）有有驱虫虫和和免免疫疫刺刺激激作作用用，而而右右旋旋咪咪唑（Dextramisole）有抗抑郁作用。）有抗抑郁作用

18、。奎奎 宁宁-奎奎 尼尼 丁丁（Quinine-Quinidine）两两个个异异构构体体都都有有抗抗疟、解解热、氧氧化化毒毒性性和和骨骨骼骼肌肌及及心心肌肌抑抑制制作作用用。奎奎宁宁主主要要(zhyo)用用于于解解热和和抗抗疟，奎奎尼尼丁丁对心心肌肌作作用用更更强，用于心房用于心房纤颤和其他心律不和其他心律不齐。第二十一页，共97页。22基础知识基础知识在在20世世纪纪60年年代代(nindi)出出现现的的沙沙立立度度胺胺事事件件是是药药学学史史上上的的沉沉痛痛教训。教训。S-(-)-沙沙立立度度胺胺的的二二酰酰亚亚胺胺进进行行酶酶促促水水解解，生生成成邻邻苯苯二二甲甲酰酰亚亚胺胺基基戊戊二二

19、酸酸，后后者者可可渗渗入入胎胎盘盘，干干扰扰胎胎儿儿的的谷谷氨氨酸酸类类物物质质转转变变为为叶叶酸酸的的生生化化反反应应，从从而而(cng r)干干扰扰胎胎儿儿发发育育，造造成成畸畸胎。胎。第二十二页，共97页。23基础知识基础知识偶偶极极矩矩（Dipole moment）是是正正、负电荷荷中中心心间的的距距离离r和和电荷荷中中心心所所带电量量q的的乘乘积，=r q。它它是是一一个个矢矢量量，方方向向规定定为从从负电荷中心指向正荷中心指向正电荷中心。偶极矩的荷中心。偶极矩的单位是位是D（德拜）。（德拜）。偶偶极极矩矩可可以以指指键偶偶极极矩矩，也也可可以以是是分分子子偶偶极极矩矩。分分子子偶偶

20、极极矩矩可可由由键偶偶极极矩矩经矢矢量量加加法法后后得得到到(d do)。实验测得得的的偶偶极极矩矩可可以以用用来来判断分子的空判断分子的空间构型。构型。偶极矩偶极矩第二十三页，共97页。24生生 色色(shngs)团团和助色团和助色团基础知识基础知识生生色色团（Chromophoric group）是是指指分分子子中中含含有有的的，能能对光光辐射射产生生吸吸收收、具具有有跃迁迁的的不不饱和和基基团。通通常常(tngchng)表表现为n*和和*跃迁，因而吸收范迁，因而吸收范围多在多在200800nm之之间。助助色色团（Auxochrome group）是是含含孤孤对电子子的的基基团，如如氨氨基

21、基、羟基基和和卤素素等等。这些些基基团与与生生色色团上上的的不不饱和和键作作用用，使使颜色加深。色加深。第二十四页，共97页。25基础知识基础知识u光是一种光是一种(y zhn)(y zhn)电磁波电磁波横波横波机机械械波波穿穿过过(chun u)狭狭缝缝第二十五页，共97页。26u平平面面(pngmin)(pngmin)偏偏振振光光（又又称称线线偏偏振振光）光）基础知识基础知识1717世纪，世纪，HuggensHuggens，发现偏振光；，发现偏振光；18121812年，年，BiotBiot，发现石英能使偏振光的偏振面旋转；，发现石英能使偏振光的偏振面旋转；19341934年，年，Lowry

22、Lowry，旋光测定；，旋光测定；19531953年，制备年，制备(zhbi)(zhbi)了第一台偏振光检测仪；了第一台偏振光检测仪；1919世纪世纪6060年代以后，圆二色谱仪出现。年代以后，圆二色谱仪出现。自自然然光光-光光振振动动沿沿各各个个方方向向(fngxing)均匀分布均匀分布偏偏 振振 光光-光光 振振 动动 沿沿 着着 特特 定定 的的 方方 向向(fngxing)第二十六页，共97页。27基础知识基础知识当当只只有有一一块块偏偏振振片片时时，以以光光的的传传播播(chunb)(chunb)方方向向为为轴轴旋旋转转偏偏振片，透射光的强度不变。振片，透射光的强度不变。当当两两块块

23、偏偏振振片片的的透透振振方方向向平平行行时时，透透射射(tu(tu sh)sh)光光的的强强度度最最大，但比通过一块偏振片时弱。大，但比通过一块偏振片时弱。当当两两块块偏偏振振片片的的透透振振方方向向垂垂 直直 时时，透透 射射 光光 的的 强强 度度(qingd)(qingd)最弱，几乎为零。最弱，几乎为零。第二十七页，共97页。28基础知识基础知识偏振光的应用偏振光的应用(yngyng)：立：立体电影体电影两两个个(lin)摄摄像像机机+偏振片偏振片两两个个(lin)放放像像机机+偏振片偏振片眼睛眼睛+偏振片偏振片第二十八页，共97页。29基础知识基础知识u左旋左旋(zu xun)(zu

24、xun)圆偏振光和右旋圆偏振圆偏振光和右旋圆偏振光光振振幅幅相相同同、周周期期(zhuq)(zhuq)相相同，但运动方向相反同，但运动方向相反第二十九页，共97页。二、旋光光谱二、旋光光谱(gungp)与圆二色谱测定原理与圆二色谱测定原理30比旋光度比旋光度旋旋 光光 光光 谱谱(gungp)圆二色谱圆二色谱Cotton效应效应第三十页，共97页。平面偏振光在手性环境平面偏振光在手性环境(hunjng)中的传中的传播特性播特性使使平平面面偏偏振振(pin zhn)光光的的偏偏振振(pin zhn)平面发生偏转平面发生偏转反映了手性化合物的圆双折射性反映了手性化合物的圆双折射性(1)左旋左旋(z

25、u xun)、右旋、右旋圆圆偏振光的折射率不同偏振光的折射率不同 nL nR31ORD&CD原理原理第三十一页，共97页。式式中中，是是波波长长，nL和和nR分分别别为为左左旋旋圆圆偏偏振振光光和和右右旋旋圆圆偏偏振振光光在在介介质质(jizh)中的折射率，中的折射率，的单位是的单位是rad/cm，的单位是的单位是/dm。32偏振平面所偏振平面所转过的角度的角度(jiod)可用下式可用下式计算：算：ORD&CD原理原理(yunl)=(/)(nL nR)=1800/=(1800/)(nL nR)将将的的单位由位由rad转变为，即，即实验测定的旋定的旋转角度角度为：第三十二页，共97页。33(2)

26、左旋左旋(zu xun)、右旋、右旋圆圆偏振光的吸收系数不同偏振光的吸收系数不同 L R形成形成(xngchng)椭圆偏振光椭圆偏振光反映了手性化合物的圆二色性反映了手性化合物的圆二色性ORD&CD原理原理(yunl)第三十三页，共97页。形形成成具具有有一一定定(ydng)偏偏转转角角度的椭圆偏振光度的椭圆偏振光34ORD&CD原理原理(yunl)(3)左旋左旋(zu xun)、右旋、右旋圆圆偏振光的折射率和吸收系数均偏振光的折射率和吸收系数均不同不同 nL nR，L R第三十四页，共97页。35圆二色性是摩二色性是摩尔(m r)吸收系数的差吸收系数的差值，在手性介，在手性介质中，中，ORD

27、&CD原理原理(yunl)=L R 0椭圆(tuyun)度（度（）定）定义为：tan=tanh(/)(L R)lcm)式中式中是吸收指数，是吸收指数，l是光程是光程长度，度，单位是位是/cm。吸收指数吸收指数与消光系数与消光系数k的关系的关系为：由于由于(L R)lcm 1，可近似，可近似为：=(/)(L R)k=(4/)第三十五页，共97页。吸吸收收系系数数之之差差(L R)通通常常(tngchng)只只是是的的10-2到到10-4。36将将椭圆(tuyun)度度的的单位由位由rad转变为，换算公式如下：算公式如下：=(1800/)(L R)=(1800/4)(kL kR)摩摩尔椭圆(tuy

28、un)度度的的计算公式如下：算公式如下：=(/cl)(M/100)由于消光系数由于消光系数k=2.303c，摩，摩尔椭圆度度 的的计算算公式如下：公式如下：=2.303(4500/)(L R)=3300()ORD&CD原理原理第三十六页，共97页。37比旋光度测定比旋光度测定(cdng)仪器器记录(jl)的是旋光率的是旋光率，计算公式算公式为：D=/(lc)D 比旋光度，比旋光度，D:589 nm l:池池长，dmc:溶液溶液浓度，度，g/mL 常用常用(chn yn)光源：光源：钠灯（灯（589nm）汞汞 灯灯（365nm、436nm、546nm、578nm）比旋光度（比旋光度（Specif

29、ic optical rotatory）第三十七页，共97页。D17=+213 0.3（c=5.77,氯仿氯仿(l fn)）38注意：注意：一个手性化合物的比旋光度随一个手性化合物的比旋光度随测定温度、定温度、浓度、溶度、溶剂而而变化，因化，因此此测定定时应当注意当注意选择与文献与文献报告相同或相近的温度、相同告相同或相近的温度、相同的溶的溶剂，以及配置相近，以及配置相近浓度的溶液，否度的溶液，否则难以以(nny)比比较。比旋光度的符号与比旋光度的符号与该分子的分子的绝对构型没有直接关系。构型没有直接关系。比比旋旋光光度度报报告告(bogo)形式：形式：比旋光度测定比旋光度测定第三十八页，共9

30、7页。旋光测定旋光测定(cdng)(cdng)的应用的应用1.确定样品的光学纯度，用于工业生产过程对产品质量的检测。确定样品的光学纯度，用于工业生产过程对产品质量的检测。2.确确定定手手性性分分子子(fnz)的的绝绝对对构构型型（某某些些类类化化合合物物已已总总结结出出一一些些经验性的结构与旋光性的关系规则）。经验性的结构与旋光性的关系规则）。3.测测定定不不对对称称合合成成中中的的某某种种产产物物的的光光学学纯纯度度百百分分率率或或对对映映体体过过量量百分率。百分率。39光学光学(gungxu)纯度百分率度百分率(%O.P.)=观察察 /最大最大 X 100%对映体映体过量百分率量百分率(%

31、e.e.)=(R-S)/(R+S)X 100%=%R-%S比旋光度测定比旋光度测定第三十九页，共97页。旋光光谱旋光光谱(gungp)（Optical rotatory dispersion，ORD）40ORD图谱图谱(tp)测定测定以以比比旋旋光光度度(gungd)或或摩摩尔旋旋光光度度(gungd)为纵坐坐标，以以波波长为横坐横坐标，获得的得的谱线即即为旋光光旋光光谱。摩摩尔旋旋光光度度与与比比旋旋光光度度的的换算关系：算关系：=M 100式中，式中，M为待待测物物质分子量。分子量。第四十页，共97页。41ORD图谱图谱(tp)测定测定旋旋光光光光谱是是非非吸吸收收光光谱，不不具具有有紫紫

32、外外吸吸收收的的手手性性化化合合物物也也可可测定定ORD光光谱。化化合合物物无无发色色团时，对旋旋光光度度为负值的的化化合合物物，ORD谱线从从紫紫外外到到可可见光光区区呈呈单调上上升升；而而旋旋光光值为正正的的化化合合物物是是单调下下降降，这类ORD谱线称称为(chn wi)正正常常的或平坦的旋光的或平坦的旋光谱线。第四十一页，共97页。42ORD图谱图谱(tp)测定测定分分子子中中有有一一个个简简单单的的发发色色团团的的ORD谱谱线线，在在紫紫外外光光谱谱(gungp)max处处越越过零点，进入另一个相区，形成的一个峰和一个谷组成的过零点，进入另一个相区，形成的一个峰和一个谷组成的ORD谱

33、线。谱线。Cotton效效应应（CE）：在在接接近近所所测测化化合合物物的的紫紫外外最最大大吸吸收收波波长长处处出出现现的的异异常常(ychng)S曲线。（法国曲线。（法国Aime Cotton）第四十二页，共97页。43ORD图谱图谱(tp)测定测定第四十三页，共97页。44ABCORD图谱图谱(tp)测定测定实实际际的的ORD曲曲线线是是分分子子中中各各个个发发色色团团CE的的加加合合结结果果。因因此此，ORD谱谱线线常常呈复杂呈复杂(fz)情况。情况。第四十四页，共97页。45CD图谱图谱(tp)测定测定圆二色谱圆二色谱(s p)（Circular dichroism，CD）以以摩摩尔尔

34、椭椭圆圆(tuyun)(tuyun)度度 或或吸吸光光度度差差为为纵纵坐坐标标，以以波波长长为为横坐标，获得的谱线为圆二色谱。横坐标，获得的谱线为圆二色谱。摩摩尔尔椭椭圆圆度度 与与吸吸光光度度差差的的换算关系算关系为：3300 第四十五页，共97页。46ECD检测检测(jin c)波波长长：175 900nm=L-R=A/Cl=(dL-dR)/C l d 为为光密度；光密度；C 为为物物质质(wzh)的量的量浓浓度度 mol/L；l 为为池池长长。CD仪仪器器(yq)记记录录椭椭圆圆偏偏振振光光的的椭椭圆圆度度（millidegrees，mdeg），文文献献报报道通常使用摩道通常使用摩尔尔椭

35、圆椭圆度度：=()M/100lc c单单位：位：g/mL，l单单位：位：dm CD图谱测定图谱测定第四十六页，共97页。47CD图谱图谱(tp)测定测定 Prism Slit第四十七页，共97页。481.光源光源(gungyun)：氙灯：氙灯2.起偏器：起偏器：Nicole棱棱镜（天然方解石）、（天然方解石）、Rochon棱棱镜（结晶状石英）晶状石英）3.调制制解解调器器（CDM）：在在其其上上施施加加几几万万赫赫兹的的高高频交交变电压，作作用用是是将将单色色的平面偏振光以的平面偏振光以这种种频率交替地率交替地变化化为左旋、右旋左旋、右旋圆偏振光。偏振光。4.光光电倍增管（倍增管（PM）5.样

36、品池品池6.氮气保氮气保护装置装置CD图谱图谱(tp)测测定定第四十八页，共97页。Cotton效效应应：平平滑滑曲曲线线在在所所测测化化合合物物的的最最大大吸吸收收波波长长(bchng)处处出现的异常峰状或谷状曲线。出现的异常峰状或谷状曲线。49CD图谱图谱(tp)测定测定CD光光谱谱是是吸吸收收光光谱谱(x shu un p)，只只有有具具有有紫紫外外吸吸收收的的手手性性化化合合物物可可以以测定测定CD光谱。光谱。第四十九页，共97页。紫外光谱、旋光光谱及圆二色谱紫外光谱、旋光光谱及圆二色谱(s p)(s p)的关系的关系50Cotton效应效应(xioyng)在在化化合合物物紫紫外外最最

37、大大吸吸收收处处，是是ORD产产生生Cotton效效应应谱谱线线跨跨越越(kuyu)基线的位置；是基线的位置；是CD产生产生Cotton效应谱线的位置。效应谱线的位置。第五十页，共97页。51Cotton效应效应(xioyng)在在紫紫外外可可见区区域域，用用不不同同波波长的的左左旋旋、右右旋旋圆偏偏振振光光测量量CD和和ORD的的主主要要目目的的是是研研究究有有机机化化合合物物的的绝对构构型型或或构构象象。在在这方方面面，ORD和和CD所所提提供供的的信信息息是是等等价价的的，实际上它上它们之之间有固定的关系。有固定的关系。CD谱比比较简单明明确确，容容易易解解析析。ORD谱比比较复复杂，但

38、但它它能能提提供供更更多多的的立立体体结构构信信息息。对于于有有多多个个紫紫外外吸吸收收峰峰的的化化合合物物，就就会会有有多多个个连续(linx)变化化的的CD谱线和和相相应的的ORD谱线。第五十一页，共97页。52CE是是研研究究手手性性化化合合物物绝绝对对构构型型及及优优势势(yush)构构象象的的依依据据，有有机手性化合物具有以下三种机手性化合物具有以下三种结结构特点即可构特点即可产产生具有生具有CE的的CD图谱图谱。Cotton效应效应(xioyng)1.含含有有结结构构不不对对称称的的生生色色团团，如如共共轭轭的的二二烯烯类类、,-不不饱饱和和酮酮类类、六六螺螺旋旋烃烃等等，可研究骨

39、架可研究骨架(gji)的立体化学。的立体化学。第五十二页，共97页。53Cotton效应效应(xioyng)2.含含有有处处于于不不对对称称环环境境(hunjng)中中的的结结构构对对称称的的生生色色团团，如如酮酮基基类类、,-不不饱饱和和酮酮类类、双双键键类类、苯苯甲甲酸酸酯酯类类、芳芳香香化化合合物物等等，可可研研究究手手性性中心的立体化学。中心的立体化学。第五十三页，共97页。54Cotton效应效应(xioyng)3.含含有有两两个个或或多多个个具具有有*跃迁迁(yuqin)的的生生色色团，当当其其电子子跃迁迁(yuqin)偶偶极极矩矩不不平平行行时具具有有相相互互作作用用，产生生激激

40、发态手手征征性性图谱，可可研究骨架及手性中心的立体化学。研究骨架及手性中心的立体化学。第五十四页，共97页。55CD解谱方法解谱方法(fngf)三、圆二色谱三、圆二色谱(s p)解谱方法解谱方法经验规则：八区律、扇形：八区律、扇形规则、螺旋、螺旋规则半半经验方法方法(fngf)：激：激发态手征性手征性量化量化计算：算：ORD、ECD、VCD计算算第五十五页，共97页。56化合物类型化合物类型解谱方法解谱方法饱和环己酮、饱和环戊酮类饱和环己酮、饱和环戊酮类八区律八区律,-不饱和环酮类不饱和环酮类八区律，螺旋规则八区律，螺旋规则,-不饱和环酮类不饱和环酮类八区律八区律烯丙醇及其酯类烯丙醇及其酯类螺

41、旋规则螺旋规则苯乙烯及共轭同系物苯乙烯及共轭同系物螺旋规则螺旋规则内酯类内酯类八区律，扇形规则八区律，扇形规则CD解谱方法解谱方法(fngf)第五十六页，共97页。基本基本(jbn)原则之一：对映性规则原则之一：对映性规则（Antipodality）57对对结结构构类类似似的的一一系系列列化化合合物物，如如果果已已知知一一个个化化合合物物的的绝绝对对构构型型，其其类类似似物物的的 绝绝 对对 构构 型型 可可 通通 过过 比比 较较 CD确确 定定(qudng)。具具有有相相同同CE，表表明明它它们们的的绝绝对对构构型型相相同同；具具有有相相反反CE，表表明明它它们们的的绝绝对对构构型相反。型

42、相反。CD解谱方法解谱方法(fngf)第五十七页，共97页。58基本基本(jbn)原则之二：附近性规则原则之二：附近性规则（Vicinity）CD解谱方法解谱方法(fngf)对于于生生色色(shngs)团羰基基，影影响响其其CE符符号号的的不不对称称因因素素的的权重重可可依依1 2 3 4考考虑。距距生生色色(shngs)团较远的的不不对称称碳碳原原子子基基本本不不影影响响。因因此此，对生生色色(shngs)团CE有有影影响响的的不不对称称碳碳原原子子的的绝对构构型型可可利利用用该生生色色(shngs)团的的CE特征来确定。特征来确定。红点点为不不对称碳原子称碳原子第五十八页，共97页。59C

43、D解谱方法解谱方法(fngf)1 1、八区律规则、八区律规则(guz)(guz)八八区区律律是是通通过饱和和环酮中中羰基基生生色色团的的CE，解解析析与与其其(yq)附附近近手手性性中中心心的的绝对构构型型的的经验规则。它它建建立立在在n*电子子跃迁迁（290nm）理理论研究的基研究的基础之上。之上。第五十九页，共97页。在在平平面面(pngmin)上上的的原原子子对对CE贡贡献献为为0，在在前前四四区区和和后后四四区区的的原原子子对对CE的贡献具有加合性。的贡献具有加合性。60CD解谱方法解谱方法(fngf)第六十页，共97页。61CD解谱方法解谱方法(fngf)第六十一页，共97页。62C

44、D解谱方法解谱方法(fngf)(+)-3-methylcyclohexanone24D=+13.5,UV:0.0245mol/L in MeOH,max 282nm,18.第六十二页，共97页。63(+)-3-Methylcyclohexanone的的CD图图谱谱(tp)(+)-3-Methylcyclohexanone的的ORD图谱图谱(tp)CD解谱方法解谱方法(fngf)第六十三页，共97页。(+)-3-methylcyclohexanone is R.64CD解谱方法解谱方法(fngf)第六十四页，共97页。注意如何将结构式放入八区空间注意如何将结构式放入八区空间(kngjin)，并如

45、何观察各区的贡献。，并如何观察各区的贡献。胆甾胆甾酮-265CD解谱方法解谱方法(fngf)第六十五页，共97页。66胆甾酮胆甾酮-3CD解谱方法解谱方法(fngf)第六十六页，共97页。a)饱饱和和(boh)环环戊戊酮酮的的八八区区律律及及投影投影67CD解谱方法解谱方法(fngf)第六十七页，共97页。羰基基两两侧的的平平伏伏卤素素（或或乙乙酰氧氧）取取代代(qdi)基基对CE影影响响较小小，但但可可以以使振幅使振幅A增加；直立增加；直立卤素取代素取代(qdi)基基则可以使可以使CE红移，并使移，并使CE符号改符号改变。68CD解谱方法解谱方法(fngf)b)直立直立(zh l)卤代代酮规

46、则第六十八页，共97页。69CD解谱方法解谱方法(fngf)X-单单晶晶衍衍射射表表明明化化合合物物（13）Br-为为平平展展(pngzhn)键键，如如构构象象A；但但CD表明表明为为（-）-CE，即溶液中，即溶液中为为构象构象B。第六十九页，共97页。,-不不饱饱和和环环己己酮酮有两个有两个(lin)Cotton效效应带应带：70CD解谱方法解谱方法(fngf)u320-350nm(n*)Cotton效效应应u可可应应用八区律解析用八区律解析图谱图谱u220-260nm(*)Cotton效效应应u可可应应用螺旋用螺旋(luxun)规则规则解析解析图谱图谱c),-不不饱和和环己己酮的八区律的八

47、区律第七十页，共97页。71-当当共共轭轭双双键键与与羰羰基基在在一一个个平平面面(pngmin)上上，而而其其它它环环碳碳在在平平面面(pngmin)外外时时，则则环环碳碳的的位位置置决决定定CE的正负。的正负。当当双双键键与与羰羰基基不不在在一一个个平平面面上上，双双键键的的位位置置决决定定CE的的正正负负(zhn f)。适适用用于于六六元元和和七七元元环环的的,-不不饱饱和和环环酮。酮。注意注意(zh y)：后四区符号与饱和环己酮的相反。：后四区符号与饱和环己酮的相反。CD解谱方法解谱方法第七十一页，共97页。+-+-+72CD解谱方法解谱方法(fngf)注注意意：后后四四区区符符号号与

48、与饱饱和和(boh)环环己己酮酮的的相相同同，但但与与,-不不饱饱和和(boh)环己酮的相反。环己酮的相反。d),-不不饱和和环戊戊酮的八区律的八区律第七十二页，共97页。可可应用用于于不不饱和和酮、二二烯、螺螺（扭扭曲曲）烯、二二硫硫化化物物等等*跃迁生色迁生色(shngs)团的的CE判断。判断。220-260nm (+)-CE220-260nm (-)-CECisoid transoid Cisoid transoid 73CD解谱方法解谱方法(fngf)2 2、螺旋、螺旋(luxun)(luxun)规则规则第七十三页，共97页。74化合物化合物1-methyl-19norprogeste

49、rones(VII)及其及其C-1异构体（异构体（VIII）CD解谱方法解谱方法(fngf)VIIVIII第七十四页，共97页。对于于,-不不饱和和环己己酮，可可观察察320-350nm处CE的的正正负，判判断断(pndun)环上突出平面的碳原子在上突出平面的碳原子在环上方上方还是是环下方。下方。75CD解谱方法解谱方法(fngf)第七十五页，共97页。化化合合物物VII及及其其C-1异异构构体体（VIII）的的C=C-C=O生生色色团团具具有有相相反反的的手手性（性（240-260nm)，应用螺旋，应用螺旋(luxun)规则可以确定它们的绝对构型。规则可以确定它们的绝对构型。76CD解谱方法

50、解谱方法(fngf)第七十六页，共97页。内内酯基基团在在210-220nm范范围内内有有一一弱弱的的吸吸收收带，为n*电子子跃迁，其迁，其CE可用八区可用八区-扇形扇形规则以及以及(yj)另一另一经验规则预测。八区分布：八区分布：77CD解谱方法解谱方法(fngf)3 3、内内酯酯的的八八区区-扇扇形形(shn(shn xn)xn)规则规则第七十七页，共97页。78扇形扇形(shn xn)分布：分布：注意：从分子结构上面投影注意：从分子结构上面投影(tuyng)观察观察CD解谱方法解谱方法(fngf)第七十八页，共97页。注注意意：沿沿着着O-C-O 角角的的平平分分线观察察(gunch)，