天然产物绝对构型的测定 -旋光色散光谱法 李力重数经 河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 Determination of Organic Stereoisomers by ORD Li li-geng ● Department of Medicinal Natural Product Chemistry College of Pharmaceutical Science Hebei Medical University
1 河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 天然产物绝对构型的测定 ---------- ----------旋光色散光谱法 李力更 教授 Department of Medicinal Natural Product Chemistry College of Pharmaceutical Science Hebei Medical University Determination of Organic Stereoisomers by ORD Li li-geng
“没有理论上的总结和提高，几乎 所有的研究工作都是低水平上的模仿 或简单的重复”。 LI Ligeng 据文献报道，已确定结构的有机化合 物超过2,000万个。 现在每月公开报道约~7,000个新化 合物。其中90%以上是有机化合物。 有机化合物的数量巨大、结构类型繁 多，原因在于其结构上的加合性（同系 性)和异构性。 其中立体异构是最主要原因之一。 2
2 3 “没有理论上的总结和提高，几乎 所有的研究工作都是低水平上的模仿 或简单的重复”。 LI Ligeng 4 据文献报道，已确定结构的有机化合 物超过 2,000 万个。 现在每月公开报道约 ～7,000 个新化 合物。其中 90% 以上是有机化合物。 有机化合物的数量巨大、结构类型繁 多，原因在于其结构上的加合性（同系 性）和异构性。 其中立体异构是最主要原因之一
无论在有机合成、药物开发、笑 然产物研究方面，还是在与生命有关 的化学问题等方面，都必须在三维空 间上明确分子的结构和性能。 正确地确定一个有机化合物的立 体构型，是有机化学工作者，尤其是 药物研究工作者不可忽视、甚至是不 容推辞的工作！
3 5 无论在有机合成、药物开发、天 然产物研究方面，还是在与生命有关 的化学问题等方面，都必须在三维空 间上明确分子的结构和性能。 6 正确地确定一个有机化合物的立 体构型，是有机化学工作者，尤其是 药物研究工作者不可忽视、甚至是不 容推辞的工作！
测定手性化合物绝对构型的经典方法 *化学相关法 *测定旋光度法 *紫外光谱法 *红外光谱法 *NMR波谱法 *晶体x射线衍射法 。旋光色散光谱和圆二色散光谱法 尽管NMR技术在近三十年间取得迅 猛发展，但是对于确定一些仅仅在光学上 存在差异的异构体（对映异构体）的绝对 构型还是无能为力 。对于光学（对映） 异构体而言，它们的 NMR等数据基本相同， 差别仅仅表现在对光的 性质和生理活性上
4 7 测定手性化合物绝对构型的经典方法： *化学相关法 *测定旋光度法 *紫外光谱法 *红外光谱法 *NMR 波谱法 *晶体 x-射线衍射法 ☞ 旋光色散光谱和圆二色散光谱法 8 尽管 NMR 技术在近三十年间取得迅 猛发展，但是对于确定一些仅仅在光学上 存在差异的异构体（对映异构体）的绝对 构型还是无能为力。 ☞ 对于光学（对映） 异 构 体 而 言 ， 它 们 的 NMR 等数据基本相同， 差别仅仅表现在对光的 性质和生理活性上
随之发展起来的ORD、CD光学鉴别方法 以及进一步发展出来的圆二色散激子手性法 (ECCD)对确定分子的绝对构型有了新突破。 ORD:旋光色散光谱(Optical Rotatory Dispersion) CD:园二色散光谱(Circular Dichroism) 富ORD和CD均属手性光谱 (Chiroptical spectra). ORD和CD的特点] ①所需要样品量少。 一般进行化学方法需要的样品量往往要几 十毫克甚至上克，对于天然产物而言，那将是 十分“奢侈”的！而ORD和CD可以在毫克级 就对化合物进行测量。 ②与x-单晶衍射方法相比，ORD和CD可 以测定非晶体的立体构型。 ③此法比x衍射法更容易学习。 5
5 9 随之发展起来的 ORD、CD 光学鉴别方法 以及进一步发展出来的圆二色散激子手性法 （ECCD）对确定分子的绝对构型有了新突破。 ORD：旋光色散光谱（Optical Rotatory Dispersion） CD：园二色散光谱（Circular Dichroism） ☞ ORD 和 CD 均属手性光谱 （Chiroptical spectra）。 10 ① 所需要样品量少。 一般进行化学方法需要的样品量往往要几 十毫克甚至上克，对于天然产物而言，那将是 十分“奢侈”的！而 ORD 和 CD 可以在毫克级 就对化合物进行测量。 ② 与 x-单晶衍射方法相比， ORD 和 CD 可 以测定非晶体的立体构型。 ③ 此法比 x-衍射法更容易学习。 ORD 和 CD 的特点
旋光色散光谱 Optical Rotatory Dispersion 一、基本知识 Introduction 6
6 11 旋 光 色 散 光 谱 Optical Rotatory Dispersion Optical Rotatory Dispersion 12 一、基 本 知 识 Introduction
光学活性or旋光性(optical activeity): 物质具有使偏振光 发生旋转的性质。 的*e 偏振光的旋转方向： r右旋=dextrorotation(顺时针旋转) 左旋=levorotation (逆时针旋转) 旋光度(optical rotation): 物质使偏振光偏转的角度，称为旋光度，用 a表示。 。旋光度受温度、光源、样品浓度、管长等 许多因素的影响。 比旋光度(specific rotation): 被测物质在盛液管长为1分米、浓度为 1gml时的旋光度，称为比旋光度，用[a叫表示
7 13 右 旋 = dextrorotation（顺时针旋转） 左 旋 = levorotation （逆时针旋转） 光学活性 or：旋光性（optical activeity optical activeity）： 偏振光的旋转方向： 物质具有使偏振光 发生旋转的性质。 14 物质使偏振光偏转的角度，称为旋光度，用 a 表示。 ☞ 旋光度受温度、光源、样品浓度、管长等 许多因素的影响。 旋光度（optical rotation optical rotation）： 比旋光度（specific rotation specific rotation）： 被测物质在盛液管长为 1 分米、浓度为 1g/ml 时的旋光度，称为比旋光度，用 [a] 表示
旋光度的测定： a旋光仪测得试样的旋光度 c试样的质量浓度，单位gml l盛液管的长度，单位dm t测定时的温度，一般为25℃ 测定用光源的波长（通常用钠光589nm,以D表示） 有机化合物的比旋光度随用于测定的 偏振光的波长不同而变化。 ★如果以测定的偏振光的波长λ（常用 范围为200-600nm)为横坐标，将各种波 长时物质的比旋光度[α]或摩尔比旋光度 【!为纵坐标作出的图谱，即称为旋光色 散光谱(ORD)。 霉见下页例， 8
8 15 旋光度的测定： α 旋光仪测得试样的旋光度 c 试样的质量浓度，单位 g/ml l 盛液管的长度，单位 dm t 测定时的温度，一般为 25℃ l 测定用光源的波长（通常用钠光 589nm，以D表示） t a l [a] = c × l 16 有机化合物的比旋光度随用于测定的 偏振光的波长不同而变化。 ★ 如果以测定的偏振光的波长λ（常用 范围为 200~600 nm）为横坐标，将各种波 长时物质的比旋光度 [α] 或 摩尔比旋光度 [φ] 为纵坐标作出的图谱，即称为旋光色 散光谱（ORD）。 ☞ 见下页例
例：下二化合物在测定波长范围内ORD谱图。 【1X102 A λ(nm) 300400500800 。呈平坦谱带。 窜称：A显正性，B显负性 例：下二化合物在测定波长范围内ORD谱图。 lΦ1×102 D D A(nm 500 。呈所谓Cotton效应谱带。 章称：C显正Cotton效应，D显负Cotton效应 9
9 17 例：下二化合物在测定波长范围内ORD谱图。 0 2 4 -2 -4 300 400 500 600 B A λ(nm) [φ] ×10-2 ☞ 呈平坦谱带。 ☞ 称：A 显正性，B 显负性。 COOH OH HO A O B O 18 0 2 4 -2 -4 300 400 500 600 -6 -8 6 8 10 C D [φ] ×10-2 λ(nm) ☞ 呈所谓 Cotton 效应谱带。 ☞ 称：C显正 Cotton 效应，D 显负 Cotton 效应。 C O C8H17 D C8H17 AcO O 例：下二化合物在测定波长范围内ORD谱图
Cotton Effect(斜颜效应)： 指某些化合物在比旋光度为0时的波长 (1。)附近，其旋光光谱的谱线呈现波峰、 波谷交替不正常现象。 ★即：如果在所测波长范围内有吸收，其 旋光光谱则呈现所谓Cotton效应谱线。 霉此现象为法国物理学家A.Cotton于 1895年发现的。 例：某化合物的旋光光谱。 I1×102 a:称为振幅，指从峰尖P 到峰谷T间的高度。 b:称为宽幅，指从峰尖P 到峰谷T的宽度。 λ(m) P=peak T=trough a amplitude b breadth 10
10 19 Cotton Effect Cotton Effect（科顿效应）： 指某些化合物在比旋光度为 0 时的波长 （λ0）附近，其旋光光谱的谱线呈现波峰、 波谷交替不正常现象。 ☞ 此现象为法国物理学家 A. Cotton 于 1895 年发现的。 ★ 即：如果在所测波长范围内有吸收，其 旋光光谱则呈现所谓 Cotton 效应谱线。 20 例：某化合物的旋光光谱。 0 2 4 -2 -4 300 400 500 600 -6 -8 6 8 10 P T a b [φ] ×10-2 λ(nm) λ0 a：称为振幅，指从峰尖 P 到峰谷 T 间的高度 。 b：称为宽幅，指从峰尖 P 到峰谷 T 的宽度。 P ＝ peak T ＝ trough a ＝ amplitude b ＝ breadth