河北医科大学：《天然药物化学》课程教学资源（课件讲稿）旋光色散光谱法测定天然产物的绝对构型（2010）

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 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，其根本原因就在于其结 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！ 李力更教授 3

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 李力更 教授 3 5 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。 6 有机化合物的数量巨大、结构 类型繁多，其根本原因就在于其结 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！

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 无论在有机合成、药物开发、 天然产物研究，还是在与生命有关 的化学问题等等方面，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！ 李力更教授

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 李力更 教授 4 7 无论在有机合成、药物开发、 天然产物研究，还是在与生命有关 的化学问题等等方面，都必须在三 维空间上明确分子的结构和性能。 8 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！

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 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 非手性法 *紫外光谱法 *红外光谱法 *NMR波谱法 *晶体x-射线衍射法 手性法 旋光色散光谱和圆二色散光谱法 尽管NMR技术在有机化合物结构确证 中有着无可比拟的优势，且近三十年间取得 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 型几乎还是无能为力。 。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。 李力更教授 5

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 李力更 教授 5 9 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 非手性法 手性法 10 尽管NMR技术在有机化合物结构确证 中有着无可比拟的优势，且近三十年间取得 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 型几乎还是无能为力。 ☞ 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

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 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). 法国物理学家，ORD法和CD法的发现者： Aime Auguste Cotton (1869-1951,French) .Cofonccdics of the dispersion (ORD) tion of Cotton 李力更教授

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 李力更 教授 6 11 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）。 12 A. A. Cotton was a French physicist known for his studies of the interaction of light with chiral molecules. In the absorption bands of these molecules, he discovered large values of optical rotatory dispersion (ORD), or variation of optical rotation as a function of wavelength (Cotton effect), as well as circular dichroism or differences of absorption between left and right circularly polarized light. Aimé Auguste Cotton （1869-1951, French） 法国物理学家，ORD法和CD法的发现者：

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 ORD和CD的特点 ①所需要样品量少。 化学法需要的样品量至少要几十毫克甚 至上克，而ORD法和CD法可以在毫克级就 对化合物进行测量。 ②与x-单晶衍射方法相比，ORD法和CD 法可以测定非晶体的立体构型。 ③ORD法比x衍射法更容易学习。 旋光色散光谱 Optical Rotatory Dispersion 李力更教授 7

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 李力更 教授 7 13 ① 所需要样品量少。 化学法需要的样品量至少要几十毫克甚 至上克，而ORD法和CD法可以在毫克级就 对化合物进行测量。 ② 与 x-单晶衍射方法相比，ORD法和CD 法可以测定非晶体的立体构型。 ③ ORD法比 x-衍射法更容易学习。 ORD 和 CD 的特点 14 旋 光 色 散 光 谱 Optical Rotatory Dispersion

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 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。 偏振光的旋转方向： 右旋=dextrorotation(顺时针旋转) 左旋=levorotation (逆时针旋转) 李力更教授

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 李力更 教授 8 15 一、基 本 知 识 Introduction 16 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）： 偏振光的旋转方向： 物质具有使偏振光 发生旋转的性质

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 旋光度(optical rotation): 物质使偏振光偏转的角度，称为旋光度。 。用α表示。 。旋光度受温度、光源、样品池厚度、 样品浓度等许多因素的影响。 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Ia叫表示。 旋光度的测定： 【a网a cxI a旋光仪测得试样的旋光度 c试样的质量浓度，单位gml 1盛液管的长度，单位dm 1测定时的温度，一般为25℃ 1测定用光源的波长（通常用钠光589nm,以D表示） 李力更教授 0

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 李力更 教授 9 17 物质使偏振光偏转的角度，称为旋光度。 ☞ 用 表示。 ☞ 旋光度受温度、光源、样品池厚度、 样品浓度等许多因素的影响。 旋光度（optical rotation）： 比旋光度（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 [] 表示。 18 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 g/ml 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） t   [] = c × l

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 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，.（常用 范围为200~600nm)为横坐标，将各种波 长时物质的比旋光度d或摩尔比旋光度[p 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。 Ip×10-2 A(nm) 300400500600 。呈平坦谱带。 称：A显正性，B显负性。 李力更教授 10

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 李力更 教授 10 19 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[φ] 为纵坐标作出的图谱，即称为旋光色散光 谱（ORD）。 ☞ 见下页例 20 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

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 例：下二化合物在测定波长范围内OD谱图。 C Jlpl×10-2 A(nm) 400 500 。呈所谓Cotton效应谱带。 多称：c显正Cotton效应，D显负Cotton效应。 Cotton Effect(科顿效应)： 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、 波谷交替的不正常现象。 ★即：如果在所测波长范围内有吸收， 其旋光光谱则呈所谓Cotton效应谱线。 。此现象为法国物理学家A, A.Cotton于1895年发现的。 李力更教授

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 李力更 教授 11 21 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。 22 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、 波谷交替的不正常现象。 ☞ 此现象为法国物理学家A. A. Cotton 于 1895 年发现的。 ★ 即：如果在所测波长范围内有吸收， 其旋光光谱则呈所谓 Cotton 效应谱线

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 例：某化合物的旋光光谱。 lpl×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。 A(nm) P=peak T=trough a amplitude b=breadth 正性Cotton效应谱线： 例： 从长波到短波，若谱 线先经过峰尖到峰谷。 正性Cotton效应 负性Cotton效应谱线： 从长波到短波，若谱 负性Cotton效应 线先经过峰谷到峰尖。 ★谱线与旋光零轴的交点对应的波长()，与 该化合物UV吸收光谱中最大吸收峰波长一致。 24 李力更教授 12

河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 李力更 教授 12 23 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 24 0 2 4 -2 -4 300 400 500 600 -6 -8 6 8 10 负性Cotton效应 正性Cotton效应 ▶正性Cotton效应谱线： 从长波到短波，若谱 线先经过峰尖到峰谷。 ▶负性Cotton效应谱线： 从长波到短波，若谱 线先经过峰谷到峰尖。 [φ] ×10-2 λ(nm) 例： ★ 谱线与旋光零轴的交点对应的波长（λ0 ），与 该化合物 UV 吸收光谱中最大吸收峰波长一致。 λ0 λ0