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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第四章,手性化合物绝对构型的测定,方法,X 射线晶体衍射法；旋光光谱法；,与已知构型的手性化合物关联法。,需要,对映体构效关系研究,新获得的光学纯化合物必备的理化数据,测定,手性识别机理,可利用的资料：,1“ Atlas of stereochemistry” 1500个“key”化合物为结点将7000个手性化合物组成363张构型联系图（1976年前发表的绝大部分手性化合物）;,2 “Asymmetric Synthesis Vol.4”.,1,第一节 X 射线晶体衍射法,1951 Bijvoet 首次用重原子法测定酒石酸铷钠的绝对构型；,1966 已有54个手性化合物用X-ray方法确定绝对构型；,1979 上千个化合物的绝对构型被测定确定。,1、原理：,重原子法,Anomalous dispersion,2,1）优点与特点：,A.,不依赖其它方法的权威仲裁；,B.,确定新类型化合物构型的唯一可靠方法；,有机酸,重金属盐,有机碱,碘化物或溴化物,较轻的原子,也有“反常衍射”，,但很小,，不足以区别；,引入,高性能计算机,，可在短时间内进行大量数据处理， 从而实现对含,O、N、S、P,等原子的化合物结构测定。,X 射线晶体衍射法,引入重原子的方法,2. 应用与限制,C.,含多个手性碳的复杂化合物，可同时确定,所有C,*,的绝对构型；,D.,用量少（,四圆衍射仪,几毫克一个单晶,）。,3,2）限制与不足,A. 仪器不普及，费时、价高；,B. 许多有机物实际上不能以晶体形式存在，或难以,获得符合要求的单晶；(,含有适当原子的合适晶体,),C. 不能区分H与D（只有用中子衍射）；,D. 结果也可能有错。,X 射线晶体衍射法,应用实例,4,第二节 旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,一. 概述,平面偏振光(Plane polarized light),平面偏振光特点：,振动方向保持不变,振幅发生周期性变化.,5,旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,平面偏振光(Plane polarized light),一束平面偏振光通过光学活性分子后，由于左、右圆偏振光的折射率不同，偏振面将旋转一定的角度，这种现象称为,旋光,(Optical rotation)，偏振面旋转的角度称为,旋光度,。,向着光源方向观察，偏振面按顺时针方向旋转，称为,右旋,，用“,+,”号表示；偏振面按逆时针方向旋转的，称为,左旋,，用“,-,”,号表示。,单位是度厘米,2,10克,-1,旋光物质的比旋光率,6,旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,旋光谱：,Optical Rotatory Dispersion (ORD),比,旋光度,a,t,200-700nm,（,）随,波长,l,的变化关系。,对同一物质，,值的大小与透过光的波长,l,有关，,比旋光率与波长的关系称为,旋光色散,(,ORD,),旋光色散(Optical rotatorydispersion, ORD),值通常较小，旋光色散常用摩尔比旋光率,表示。, = ,M,/100,M,为旋光物质的分子量。,7,圆偏振光(Circular polarized light),旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,振幅保持不变，而方向周期变化，电场矢量绕传播方向螺旋前进.,向着光源方向观察，,电场矢量,方向按,顺时针方向旋转,的，称为,右圆偏振光,；,电场矢量,方向按,逆时针方向旋转,的，称为,左圆偏振光,。,8,旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,圆二色性(Circular Dichroism, CD),光学活性分子对左、右圆偏振光的吸收也不同，使左、右圆偏振光透过后变成椭圆偏振光，这种现象称为,圆二色性,。,叠加原理,一束,自然光,可以分解或看作两束相互垂直而没有相位关系,的,平面偏振光,的加和；,平面偏振光,可以分解成两束相位相等而旋转方向相反的,圆偏振光,的加和；,两束相互垂直而相位相差1/4波长的,平面偏振光,可以加和成一束,圆偏振光；,当振幅相等，并同步的,左、右圆偏振光,相加，则产生,平面,偏振光,；如果这两束,圆偏振光,的,振幅不等,则产生,椭圆偏振光,(elliptically polarized light),9,旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,10,圆二色性谱: Circular Dichroism (CD),e,=,e,L,e,R,手性分子对左、右圆偏振光的吸收系数不同，称,圆二色性。,e, ,200-700nm,摩尔椭圆度,：,q,=,3300,e,e,或,q,随入射偏振光的入射变化而变化，以,e,或,q,为纵坐标，入射光波长,l,为横坐标，便得到,圆二色性谱CD谱,。,旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,吸收(率)差：,A = A,L,A,R,椭圆度，摩尔椭圆度,=,2.303(A,L,A,R,)/4,=,3298(,L,-,R,),3300 (,L,-,R,),11,旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,e,=,e,L,e,R, 0 正Cotton 效应,e,=,e,L,e,R, 0 负Cotton效应,左、右圆偏振光通过不对称介质（手性物质）时，介质对左、右圆偏振光的吸收不同，即消光系数值不同,e,L,e,R,，,两者之差,可为,正值,，也可为,负值,；但其正值或负值是其,结构特征上的,不同的,反映,称之为,Cotton 效应,。,Cotton 效应,12,旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,产生CD,ORD Cotton效应的本质原因,可以根据谱线的Cotton效应性质，推知分子的立体构型。,其中建立在严格理论计算基础上的CD激发态偶合方法在测定手性分子的绝对构型上最有用。,发色团能级跃迁受到不对称环境的影响,j,ORD,l,max,有发色团特征吸收的,UV,、,ORD,、,CD,三者之间存在如下关系：,(,+,),-,C,o,t,t,o,n,(,-,),-,C,o,t,t,o,n,q,C,D,0,13,二.,CD激发态偶合,方法确定手性分子绝对构型,旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,（一）方法简介：,手性分子含两个,发色团,有强的,p,p,*,跃迁；,处于相互有关的手性环境。,发色团电子跃迁偶极矩相互作用,激发态偶合,产生的,CD,在发色团,UV,在,l,max,处分裂成符号相反的两个吸收峰,长波,处的吸收,第一,Cotton效应,短波,处的吸收,第二,Cotton效应,14,CD,裂分,Cotton,效应,发色团,的,空间取向,存在如下关系：,R,ij,发色团,间的矢矩；,m,ioa,发色团,的电子跃迁偶极矩；,V,ij,发色团,间的相互作用能。,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的应用,15,（二）适用于激发态偶合的发色团,1. 必须有强的,p,p,*,跃迁吸收带；,2. 跃迁的偶极矩在分子的几何形状上有确定的方向。,偶极矩方向,不,确定,偶极矩方向,确定,常用的,发色团,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的应用,例：,16,(三）影响激发态偶合作用的因素,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的应用,1. 两发色团之间距离大小的影响,振幅,A,=,e,1,-,e,2,2. 两发色团偶极矩之间夹角大小的影响,夹角为,70 ,时，,A,最大;,夹角为,0,180,时，A=0.,1/r,2,A,17,3、两,发色团,UV,l,max,之差的影响,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的应用,A,18,（四）应用实例,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的应用,负Cotton 效应,19,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的,应用实例,正Cotton 效应,20,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的,应用实例,正Cotton 效应,21,2. 用于含,两个不同发色团,的化合物,N,*,H,H,O,N,H,实例-1,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的,应用实例,O,O,Cl,HO,C-C键可旋转,优势构象,(大基团出于对位交叉),S,R,*,*,22,用于含,两个不同发色团,的化合物,实例-2,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的,应用实例,23,3.其它情况下的应用,1）含三个以上发色团的化合物,整个分子的手征性 = 每一对发色团之间手征性之和,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的,应用实例,24,2）非环的二醇、二胺、胺基醇类化合物,以正确的构象分析为基础,最有利的构象但=180,无激发态偶合,对激发态偶合贡献最大,空间障碍太大存在几率小,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的,应用实例,25,当两发色团距离增大，这种对应关系的性质不变，但振幅降低。,CD激发态偶合,方法,在确定手性分子绝对构型上的,应用实例,26,旋光谱和圆二色性谱在饱和环酮类化合物上的应用,饱和环酮,八区律,内酯,扇形区规律,a,b,-不饱和酮,八区律,共轭双烯和共轭不饱和酮,的螺旋规律,Cotton效应与羰基化合物间的半经验规律,27,旋光谱和圆二色性谱在饱和环酮类化合物上的应用,饱和环酮八区律,1,2,3,4,5,6,Cotton效应,+,-,-,+,后四区,+,-,-,+,前四区,28,第三节,用化学相关法确定绝对构型,一.用不涉及手性中心的化学反应,由已知构型确定特定化合物的绝对构型,(+) S,TMPEA,C,O,O,H,P,h,C,F,3,O,C,H,3,MTPA,CN,O,C,H,3,P,h,C,F,3,CoCl,2,NaBH,4,dl,?,每一步反应都不涉及手性中心的化学键！,29,BrMg(CH,2,),5,MgBr,S,(,+,),S,(,+,),S,(,-,),R,(,+,),由已知构型确定特定化合物的绝对构型,化学相关法确定绝对构型,(+)-乳酸与(-)-苦杏仁酸的构型相关,苦杏仁酸,乳酸,?,构型不变,30,已知,S-(+),待测,S-(,-,),中介化合物,由已知构型确定特定化合物的绝对构型,化学相关法确定绝对构型,甲基特丁基,甲醇,与,甲基异丙基,甲醇,的构型相关,甲基异丙烯基,甲醇,31,二. 用涉及手性中心的化学反应,化学相关法确定绝对构型,反应过程的立体化学,反应物构型,产物构型,任知二者可推知第三者-可用于绝对构型测定,反应过程的立体化学必须是经证明是可靠的，如：,S,N,2 -,构型翻转,邻基参与的取代 -,构型保持,32,已证明可靠的构型保持的反应：,涉及手性中心的化学反应,化学相关法确定绝对构型,Hoffmann重排：,NaOBr,Curtius重排：,-,N,3,HCl,D,Beckmann重排：,NH,2,OH,H,2,SO,4,D,33,三、含手型面、手型轴化合物的绝对构型测定,化学相关法确定绝对构型,例1.,Rh-Al,2,O,3,H,2,1)CH,2,N,2,2) t-BuO,-,DMSO,3S,已知,cis-(1S,3R),3R-(+),(-),S,34,R-(+),欲知构型,?,R-(+),手型轴化合物的绝对构型测定,化学相关法确定绝对构型,SOCl,2,35,第四节 动力学拆分Horeau方法测定绝对构型,光学活性二级醇,的绝对构型,可通过用过量外消旋,a,-苯基丁酰氯,与之反应，反应较慢，剩下较多的那种酰氯经温和水解，得到,a,-苯基丁酸。,剩下较多的酸与被测二级醇的构型存在如下关系：,R-(-)-,S-(+)-,36,
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