第四章手性化合物絕對構型的測定方法

X—射線晶體衍射法；旋光光譜法；與已知構型的手性化合物關聯法。需要對映體構效關系研究新獲得的光學純化合物必備的理化數據測定

手性識別機理可利用的資料：

1“Atlasofstereochemistry”1500個“key”化合物為結點將7000個手性化合物組成363張構型聯系圖（1976年前發表的絕大部分手性化合物）;2“AsymmetricSynthesisVol.4”.1第一節X—射線晶體衍射法

1951Bijvoet首次用重原子法測定酒石酸銣鈉的絕對構型；1966已有54個手性化合物用X-ray方法確定絕對構型；1979上千個化合物的絕對構型被測定確定。1、原理：重原子法Anomalousdispersion2

1）優點與特點：

A.不依賴其它方法的權威仲裁；

B.確定新類型化合物構型的唯一可靠方法；有機酸

重金屬鹽有機堿

碘化物或溴化物

較輕的原子也有“反常衍射”，但很小，不足以區別；引入高性能計算機，可在短時間內進行大量數據處理，從而實現對含O、N、S、P等原子的化合物結構測定。X—射線晶體衍射法引入重原子的方法2.應用與限制C.含多個手性碳的復雜化合物，可同時確定所有C*的絕對構型；D.用量少（四圓衍射儀——幾毫克一個單晶）。3第二節旋光譜和圓二色性譜在構型測定中的應用一.概述平面偏振光(Planepolarizedlight)平面偏振光特點：

振動方向保持不變,

振幅發生周期性變化.5旋光譜和圓二色性譜在構型測定中的應用平面偏振光(Planepolarizedlight)一束平面偏振光通過光學活性分子后，由于左、右圓偏振光的折射率不同，偏振面將旋轉一定的角度，這種現象稱為旋光(Opticalrotation)，偏振面旋轉的角度稱為旋光度。向著光源方向觀察，偏振面按順時針方向旋轉，稱為右旋，用“+”號表示；偏振面按逆時針方向旋轉的，稱為左旋，用“-”號表示。[α]單位是度?厘米2?10克-1旋光物質的比旋光率[α]6旋光譜和圓二色性譜在構型測定中的應用旋光譜：OpticalRotatoryDispersion(ORD)比旋光度—[a]t200-700nm（[Φ]）隨波長l的變化關系。對同一物質，[α]值的大小與透過光的波長l有關，比旋光率與波長的關系稱為旋光色散(ORD)旋光色散(Opticalrotatorydispersion,ORD)[α]值通常較小，旋光色散常用摩爾比旋光率[Φ]表示。[Φ]=[α]M/100M為旋光物質的分子量。7旋光譜和圓二色性譜在構型測定中的應用圓二色性(CircularDichroism,CD)光學活性分子對左、右圓偏振光的吸收也不同，使左、右圓偏振光透過后變成橢圓偏振光，這種現象稱為圓二色性。疊加原理一束自然光可以分解或看作兩束相互垂直而沒有相位關系的平面偏振光的加和；平面偏振光可以分解成兩束相位相等而旋轉方向相反的圓偏振光的加和；兩束相互垂直而相位相差1/4波長的平面偏振光可以加和成一束圓偏振光；當振幅相等，并同步的左、右圓偏振光相加，則產生平面偏振光；如果這兩束圓偏振光的振幅不等則產生橢圓偏振光(ellipticallypolarizedlight)9旋光譜和圓二色性譜在構型測定中的應用10圓二色性譜:CircularDichroism(CD)

?e

=

e

L

–eR手性分子對左、右圓偏振光的吸收系數不同，稱圓二色性。?e∝λ200-700nm摩爾橢圓度：[q]

=3300

?e?e或[q]隨入射偏振光的入射變化而變化，以?e或[q]為縱坐標，入射光波長l為橫坐標，便得到圓二色性譜——CD譜。旋光譜和圓二色性譜在構型測定中的應用吸收(率)差：ΔA=AL–AR橢圓度θ，摩爾橢圓度[θ]

θ

=2.303(AL–AR)/4

[θ]=3298(εL-εR)

3300(εL-εR)11旋光譜和圓二色性譜在構型測定中的應用產生CD,ORDCotton效應的本質原因可以根據譜線的Cotton效應性質，推知分子的立體構型。其中建立在嚴格理論計算基礎上的CD激發態偶合方法在測定手性分子的絕對構型上最有用。發色團能級躍遷受到不對稱環境的影響[j]ORDlmax有發色團特征吸收的UV、ORD、CD三者之間存在如下關系：(+)-Cotton(-)-Cotton[q]CD013二.CD激發態偶合方法確定手性分子絕對構型旋光譜和圓二色性譜在構型測定中的應用（一）方法簡介：手性分子含兩個發色團有強的p—p*躍遷；處于相互有關的手性環境。發色團電子躍遷偶極矩相互作用激發態偶合產生的CD在發色團UV在lmax處分裂成符號相反的兩個吸收峰長波處的吸收——第一Cotton效應短波處的吸收——第二Cotton效應14CD裂分Cotton效應發色團的空間取向存在如下關系：Rij—發色團間的矢矩；mioa—發色團的電子躍遷偶極矩；Vij

—發色團間的相互作用能。CD激發態偶合方法在確定手性分子絕對構型上的應用15(三）影響激發態偶合作用的因素CD激發態偶合方法在確定手性分子絕對構型上的應用1.兩發色團之間距離大小的影響振幅

A=

?e1-?e2

2.兩發色團偶極矩之間夾角大小的影響夾角為70°時，A最大;夾角為0°,180°時，A=0.1/r2A173、兩發色團UV

lmax

之差的影響CD激發態偶合方法在確定手性分子絕對構型上的應用A18（四）應用實例CD激發態偶合方法在確定手性分子絕對構型上的應用負Cotton效應19CD激發態偶合方法在確定手性分子絕對構型上的應用實例正Cotton效應212.用于含兩個不同發色團的化合物N*HHONH實例-1CD激發態偶合方法在確定手性分子絕對構型上的應用實例OOClHOC-C鍵可旋轉優勢構象(大基團出于對位交叉)SR**22用于含兩個不同發色團的化合物實例-2CD激發態偶合方法在確定手性分子絕對構型上的應用實例232）非環的二醇、二胺、胺基醇類化合物以正確的構象分析為基礎最有利的構象但θ=180°無激發態偶合對激發態偶合貢獻最大空間障礙太大存在幾率小CD激發態偶合方法在確定手性分子絕對構型上的應用實例25當兩發色團距離增大，這種對應關系的性質不變，但振幅降低。CD激發態偶合方法在確定手性分子絕對構型上的應用實例26第三節用化學相關法確定絕對構型一.用不涉及手性中心的化學反應由已知構型確定特定化合物的絕對構型(+)STMPEACOOHPhCF3OCH3MTPACNOCH3PhCF3CoCl2NaBH4dl?每一步反應都不涉及手性中心的化學鍵！29BrMg(CH2)5MgBrS–(+)S(+)

S(-)

R(+)由已知構型確定特定化合物的絕對構型化學相關法確定絕對構型(+)-乳酸與(-)-苦杏仁酸的構型相關苦杏仁酸乳酸?構型不變30已知S-(+)待測S-(-)中介化合物由已知構型確定特定化合物的絕對構型化學相關法確定絕對構型甲基特丁基甲醇與甲基異丙基甲醇的構型相關甲基異丙烯基甲醇31二.用涉及手性中心的化學反應化學相關法確定絕對構型反應過程的立體化學反應物構型產物構型任知二者可推知第三者---可用于絕對構型測定

反應過程的立體化學必須是經證明是可靠的，如：SN2---構型翻轉鄰基參與的取代---構型保持32已證明可靠的構型保持的反應：涉及手性中心的化學反應化學相關法確定絕對構型Hoffmann重排：NaOBrCurtius重排：-N3HClDBeckmann重排：NH2OHH2SO4D33三、含手型面、手型軸化合物的絕對構型測定化學相關法確定絕對構型例1.Rh-Al2O3H21)CH2N22)t-BuO-DMSO3S已知