天然产物绝对构型的测定 -一圆二色散光谱法 李力更教授 河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 Determination of Organic Stereoisomers by CD Li Ligeng ● Department of Medicinal Natural Product Chemistry College of Pharmaceutical Science Hebei Medical University 1
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 ---------- 圆二色散光谱法 李力更 教授 Department of Medicinal Natural Product Chemistry College of Pharmaceutical Science Hebei Medical University Determination of Organic Stereoisomers by CD Li Ligeng
“没有理论上的总结和提高， 几乎所有的工作都是低水平上的 模仿或简单的重复”。 by LI Ligeng 目 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 3 “没有理论上的总结和提高， 几乎所有的工作都是低水平上的 模仿或简单的重复”。 by 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、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。 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
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 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）。 4
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 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）
ORD和CD的特点] ①所需要样品量少。 一般化学法需要的样品量往往要几十毫克 甚至更多，而ORD和CD法可以在毫克级进 行测量。 ②与x-单晶衍射法相比，ORD和CD可以 测定非晶体的立体构型。 ③ORD和CD法比x-衍射法更容易学习。 圆二色散光谱 Circular Dichroism 5
5 9 ① 所需要样品量少。 一般化学法需要的样品量往往要几十毫克 甚至更多，而 ORD 和 CD 法可以在毫克级进 行测量。 ② 与 x-单晶衍射 法相比，ORD 和 CD 可以 测定非晶体的立体构型。 ③ ORD 和 CD 法比 x-衍射法 更容易学习。 ORD 和 CD 的特点 10 圆 二 色 散 光 谱 Circular Dichroism
一、基本知识 Introduction 处个 11 平面偏振光实际是由两个相反的圆形偏振光组 成，即：左旋圆形偏振光和右旋圆形偏振光。 光源单色器 起偏器磁光调节器样品 检测器 0+☒→☑0→ 米1 8 单色光直线偏振光左右圆偏光喝衡无的差 ★偏振光实际为：左旋圆偏振光与右旋圆偏 振光的矢量合！ 6
6 11 一、基 本 知 识 Introduction 12 平面偏振光 实际是由两个相反的圆形偏振光组 成，即：左旋圆形偏振光和右旋圆形偏振光。 光源 单色器 起偏器 磁光调节器 样 品 检测器 单色光 直线偏振光 左右圆偏光 产生左右 圆偏光的差 ★ 偏振光实际为：左旋圆偏振光与右旋圆偏 振光的矢量合！
★左旋、右旋圆偏振光通过手性分子时，手 性分子对它们的吸收是不同的。 ★即：左旋、右旋圆偏振光通过手性分子的 速度和吸光度或吸光系数是不同的，当再失量 合成平面偏振光时就变成椭圆的了。 富如果仅考虑速度（或折射率）的差，两者 合成的矢量相当于在倾斜α度（称为旋光角） 的直线上移动。 童见下页图 左旋、右旋圆偏振光的合成矢量和偏光面示意图 V、Vg表示左 右圆偏光的速度 行圆偏 失量振隔 称为旋光角 表示倾斜角度 通喜爽智 7
7 13 ☞ 如果仅考虑速度（或折射率）的差，两者 合成的矢量相当于在倾斜α 度（称为旋光角） 的直线上移动。 ★ 左旋、右旋圆偏振光 通过手性分子时，手 性分子对它们的吸收是不同的。 ★ 即：左旋、右旋圆偏振光 通过手性分子的 速度和吸光度或吸光系数是不同的，当再矢量 合成平面偏振光时就变成椭圆的了。 ☞ 见下页图。 14 a E 原来的 偏光面 通过手性溶液 后的偏振面 ER ER ER EL EL EL E VL EL、ER 表示左 VR 右圆偏光的电子 矢量振幅 VL、VR 表示左 右圆偏光的速度 左旋、右旋圆偏振光的合成矢量和偏光面示意图 α称为旋光角， 表示倾斜角度
当圆偏振光的速度（或折射率）和光吸收率 同时随左旋、右旋圆偏光的不同而变化时，两者 合成的矢量在“接近直线”的椭圆圆周上移动。 ★椭圆的长轴为左、右旋圆偏光的矢量和。 ★椭圆的长轴为左、右旋圆偏光的矢量差。 ★圆二色性的大小为椭圆长轴和短轴之比， 即椭圆度(9)。 。见下页图。 左旋、右旋圆偏振光的合成矢量和偏光面示意图 VR 因为吸收 故振幅：EL<ER 此时通过的光速：VL<VR 短轴：ER-EL 长轴：ER+EL 短轴：ER~E 长轴：ER+EL ★椭圆度日随样品浓度、样品池厚度而变化！ 8
8 15 当圆偏振光的速度（或折射率）和光吸收率 同时随左旋、右旋圆偏光的不同而变化时，两者 合成的矢量在“接近直线”的椭圆圆周上移动。 ☞ 见下页图。 ★ 椭圆的长轴为左、右旋圆偏光的矢量和。 ★ 椭圆的长轴为左、右旋圆偏光的矢量差。 ★ 圆二色性的大小为椭圆长轴和短轴之比， 即椭圆度（θ）。 16 a VL VR 长轴：ER+EL 短轴：ER - EL ER EL 因为吸收光,，故振幅：EL<ER 此时通过的光速：VL<VR 短轴：ER - EL 长轴：ER+EL θ 左旋、右旋圆偏振光的合成矢量和偏光面示意图 ★椭圆度θ 随样品浓度、样品池厚度而变化！
测出椭圆度日后，可通过下列公式计算出 比椭圆率【A和摩尔椭圆率[以。 [8]=0/c1[9=I8M/100 [):比椭圆率(specific ellipticity) [网：摩尔椭圆率(moecuar ellipticity) c：样品浓度，单位为gml 1：样品池厚度，单位为dm M:样品的分子量 ★以偏振光的波长为横坐标、以[或[叫为 纵坐标绘图，即得圆二色散谱图。 例：3B羟基5a-雄甾17酮的UV和CD谱， I◆1×10 ★手性分子在不同波长下对左、右两个圆形 偏振光的不同吸收有关，所以只在UV最大吸 收波被长附近呈现CD谱线
9 17 [θ ] = θ / c · l [ψ] = [θ ]· M / 100 c ：样品浓度，单位为 g/ml l ：样品池厚度，单位为 dm M ：样品的分子量 ★ 以偏振光的波长为横坐标、以 [θ] 或 [ψ] 为 纵坐标绘图，即得圆二色散谱图。 测出椭圆度θ 后，可通过下列公式计算出 比椭圆率 [θ]和摩尔椭圆率[ψ] 。 [θ]：比椭圆率（specific ellipticity） [ψ] ：摩尔椭圆率（molecular ellipticity） 18 260 280 300 320 0 3 6 9 12 UV CD 0 10 20 30 40 波长 nm [ψ]×10-3 例：3β-羟基-5α-雄甾-17-酮 的 UV 和 CD 谱。 ★ 手性分子在不同波长下对左、右两个圆形 偏振光的不同吸收有关，所以只在 UV 最大吸 收波长附近呈现 CD 谱线。 H HO O H
ORD谱：仅不正常谱线部分呈Cotton效应。 CD谱：整条谱线均呈Cotton效应（吸收峰向 上为正Cotton效应，向下为负Cotton效应)。 大。 正Cotton效应 负Cotton效应 对于同一手性分子，其ORD谱与CD谱存 在对应吸收峰且相同符号的Cotton效应。 例：同一化合物的ORD和CD谱对照。 手性分子B 手性分子A ★CD谱的最高吸收峰的波长相当于ORD中 的λ。(ORD谱线和零轴交点处的波长)
10 19 0 + _ ORD CD 人 nm 负Cotton效应 0 + _ ORD CD 人 nm 正Cotton效应 ORD 谱：仅不正常谱线部分呈 Cotton 效应。 CD 谱：整条谱线均呈 Cotton 效应（吸收峰向 上为正Cotton效应，向下为负Cotton效应）。 λ0 λ0 20 0 + _ ORD CD 人 nm 0 + _ ORD CD 人 nm 对于同一手性分子，其 ORD 谱与 CD 谱存 在对应吸收峰且相同符号的 Cotton 效应。 ★ CD 谱的最高吸收峰的波长相当于 ORD 中 的λ0（ORD 谱线和零轴交点处的波长）。 例：同一化合物的 ORD 和 CD 谱对照。 λ0 λ0 手性分子A 手性分子B