手性的本质及其多种表征研究进展.ppt

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,*,Cliquez pour modifier le style du titre du masque,Cliquez pour modifier les styles du texte du masque,Deuxime niveau,Troisime niveau,Quatrime niveau,Cinquime niveau,*,手性的本质,及其多种表征研究进展,总结与展望,手性表征与进展,分子手性相关研究,手性的含义,内 容,-helix,(Pauling 1950),1,1-bi-2-naphthol(BINOL),手性意味着什么?,不能与镜像重合,William Thomson,Lord Kelvin(1824-1907),光学活性:(+)/(-)-对于一对对映体,旋光仪,手性的严格定义,IUPAC,:,物体不能通过纯粹的转动和平动和其沿一点反演的镜像完全重合,;,物体所属对称群不能包含第二类对称操作,(,1,m,3,4,6,),。,Barron,:真实的手性是由存在两个不同对映态的系统显现，这两个对映态通过空间反演内转换，但是不能通过时间反演与任何纯空间转动实现内转换。,几何对称性角度，静态物体,对于运动物体和磁场等很必要,大多数药物都是手性分子。由于药物与细胞靶向分子必须匹配，因此经常只有一种对映体产生药效。在某些特定情况下，另一种对映体甚至可能有害,就像鞋与脚的匹配关系一样，这些分子只与感觉器官的左或右手形式的感受体发生作用,手性的表现,分子手性研究方法,动力学拆分,非经验方法,X-射线,结晶学,旋光色散,手性红外/,拉曼,相对经验方法,HPLC,NMR,圆二色,酶拆分,重原子共振散射,最可信,需要单晶,手性光学方法,需要从头计算方法辅助,光学纯,ee,对映体分离,定性分析,手性固定相,非对映异构体,各项异性,结合HPLC,用ps-fs脉冲X 射线激光研究核酶的构象变化,Robert C.Spitale，Joseph E.Wedekind，Methods 49(2009)87100,X 射线结晶学最新研究,手性核磁共振,将手性底物转换成两个不同物种(非对映异构体或构象体)，从而可以区分(相对经验方法),Cram(1987年Noble化学奖),:,化学位移的差别,符号提供构型信息（各向异性）,HPLC-NMR,在线检测,“Mix and Shake”方法,采用树脂接连的辅助试剂,手性核磁共振新趋势,酶动力学拆分,分子基础：X射线结构显示二级醇结合位点包含大的憎水域对溶剂开放和一个小的域,经验的方法 依赖于与已知构型手性分子的相似性,大多数情况下主要目的是制备对映体纯二级醇,两个取代基差别大,酶的高手性选择性,外消旋分子酰基化；醇解；发色基团功能化等,拆分：,监测拆分进度，在合适的转化率时经手性色谱分离,取代基尺寸(不是RS构型)预测快反应的对映体立体效应为主，也应考虑电子效应,经验规则只适用于二级醇；,最常用的酶是Burkholderia cepacia(BCL)和Candida antarctica lipase B(CAL-B),近半数实验都需要一个已知构型的二级醇作为参考,Candida rugosa lipase(CRL)只适用于环状醇，而不适用于芳香醇，可能是其位点更宽,酶动力学拆分发展现状,手性光学方法,UV-Vis,IR,Raman,Linearly polarized light(LP),线偏振光,Circularly polarized light(CP),圆偏振光,RCP,LCP,电子态信息,更为丰富的振动态信息,手性光谱的理论模拟,寻找稳定构象,（Mnote-Carlo,DFT),与实验结构比较,（NMR或其他）,各构型谱线,（R vs.,),拟合光谱,（线型，带宽）,平均谱图,（Boltzmann,exp.),J.STEPHENS,et al.,CHIRALITY,2008,20,454470,电子圆二色光谱,Exciton Chirality:Fundamentals and Frontiers,Monatsh.Chem.,2005,136(3),Nina Berova,Lorenzo Di Bari,Gennaro Pescitelli,Chem.Soc.Rev.,2007,36,914-931,HPLC-圆二色光谱联用,GERHARDBRINGMANN,TOBIASA.M.GULDER,MATTHIASREICHERT,AND TANJAGULDER，CHIRALITY 20:628642(2008),色谱检测器与电子圆二色在线检测独立，CD采用停留模式,手性红外光谱,电子跃迁发生在,电子基态的振动能级之间,不仅需要电荷的线性震荡，还同时需要电荷的角度震荡，即磁偶极的跃迁,相比较于常用的电子圆二色光谱：,不需要手性化合物有生色基团,振动跃迁比电子跃迁有小得多的谱带宽度，高得多的分辨率；,强度计算只依赖于电子基态波函数，而电子圆二色光谱还依赖于电子激发态波函数，基态波函数的计算要比电子激发态波函数的计算更为准确,(+)-plumericin,=+204,=-136,(-)-prismatomerin,甲酰化,四种构象加权平均,确定分子绝对构型和构象方面更为可靠,手性红外光谱研究进展,相似结构，不同旋光方向，相同绝对构型,Mason等用电子圆二色光谱结合耦合振子模型理论判断Trger碱绝对构型为R,R(+),Stephens等用手性红外光谱显示其绝对构型为,R,R(-)/S,S(+)，与Mason的归属正好相反,Besse等采用Bijvoet X射线结晶学方法判断构型为R(-)/S(+),但Stephens等用手性红外光谱确定其乙酸衍生物绝对构型为R(+)/S(-)，正好与Besse等的归属相反。,相比较采用经验的耦合振子模型的电子圆二色光谱和缺少重原子的分子进行Bijvoet X射线结晶学方法分析，手性红外光谱是确定绝对构型更强大的工具,手性红外光谱研究进展,手性拉曼光谱,手性拉曼光谱测量手性分子对入射左旋和右旋圆偏振激光的拉曼光谱的微小差别,I,R,-I,L,I,R,I,L,手性结构测定,立体结构敏感,检测分子构象特别适合于水体系中的生物分子,检测绝对构型而无需结晶,检测,E.E(,对映体过量,),值而无需手性分离,由于不同构型的手性分子的磁偶极矩和电四极矩的不同产生的,W.Hug,et al.Nature 2007,446:526-529,电子分布高度对称的九构象手性分子,手性拉曼光谱研究进展,(R)-,2,H,1,2,H,2,2,H,3,-neopentane,所有的手性鉴定方法都有其本身的局限性，结果的可信程度完全依赖于数据质量，多种鉴定手段互相映证可以有效提高鉴定的准确程度,手性光学方法结合量子化学计算，特别是多种手性光学方法结合，将在不久的未来成为最流行的鉴定手性结构的方法,X射线结晶方法仍是研究单晶手性分子最可靠的方法,结论与展望,参考文献,N Harada,chirality,2008,20:691723 X ray crystallography and H1 NMR,T Wenzel,chirality,2003,15:256270,R Riguera,Chem.Rev.2004,104:17117 NMR anistropy,H Flack,G Bernardinelli,chirality 2008,20:681690 X ray crystallography,R Spitale,J Wedekind,Methods 2009,49:87100,Qing Jing,R Kazlauskas,chirality 2008,20:724735 enzyme kinetic resolution,J Stephens,et al.,chirality,2008,20:454470 CD theory,Nina Berova,Lorenzo Di Bari,Gennaro Pescitelli,Chem.Soc.Rev.,2007,36,914-931,CD,G Bringmann,T Gulder,M Reichert,T Gulder,chirality,2008,20:628642 HPLC-CD,P Stephens,F Devlin,Jian-Jung Pan,chirality,2008,20:643663 VCD,L Barron Molecular light scattering and optical activity,2004,2nd ed(Cambridge University,Cambridge)true chirality and ROA,W Hug,et al.Nature 2007,446:526-529 ROA,谢谢大家,欢迎提出宝贵意见,生命手性形式的单一性,DNA double helix,L-amino acid,D-sugar,base,phosphate,protein,手性空间,手性中心,如果单一手性的连续性被打破了会怎样?,手性不对称催化合成,通常实验室化学过程产生外消旋体-热力学定律的必然结果,2001年诺贝尔化学奖授予W.S.Knowles,R.Noyori 和 K.B.Sharpless 以表彰他们发展了催化不对称合成方法,在手性催化剂存在的条件下，产物倾向于一种对映体,单晶,分子,凝聚态,非手性,m,mm,2,4,42,m,:,是,其他点群,:,否,否,手性,是,对映体纯,:,是,外消旋,:,否,对映体混合,:,是,晶体和分子的光学活性,1 2/,m,mmm,4/,mmm,3,m,6/,mmm,(,m,3,m,),4/,m,3 6/,m,(,m,3),222 422 32 622 23 432,1 2 4 3 6,4,mm,3,m,6,mm m mm,2,4,42,m,6,6,m,2,43,m,32 geometric crystal classes,1 2/,m,mmm,4/,mmm,3,m,6/,mmm,(,m,3,m,),4/,m,3 6/,m,(,m,3),222 422 32 622 23 432,1 2 4 3 6,4,mm,3,m,6,mm m mm,2,4,42,m,6,6,m,2,43,m,32 geometric crystal classes,1 2/,m,mmm,4/,mmm,3,m,6/,mmm,(,m,3,m,),4/,m,3 6/,m,(,m,3),222 422 32 622 23 432,1 2 4 3 6,4,mm,3,m,6,mm m mm,2,4,42,m,6,6,m,2,43,m,32 geometric crystal classes,1 2/,m,mmm,4/,mmm,3,m,6/,mmm,(,m,3,m,),4/,m,3 6/,m,(,m,3),222 422 32 622 23 432,1 2 4 3 6,4,mm,3,m,6,mm m mm,2,4,42,m,6,6,m,2,43,m,32 geometric crystal classes,1 2/,m,mmm,4/,mmm,3,m,6/,mmm,(,m,3,m,),4/,m,3 6/,m,(,m,3),222 422 32 622 23 432,1 2 4 3 6,4,mm,3,m,6,mm m mm,2,4,42,m,6,6,m,2,43,m,32 geometric crystal classes,1 2/,m,mmm,4/,mmm,3,m,6/,mmm,(,m,3,m,),4/,m,3 6/,m,(,m,3),222 422 32 622 23 432,1 2 4 3 6,4,mm,3,m,6,mm m mm,2,4,42,m,6,6,m,2,43,m,32 geometric crystal classes,1 2/,m,mmm,4/,mmm,3,m,6/,mmm,(,m,3,m,),4/,m,3 6/,m,(,m,3),222 422 32 622 23 432,1 2 4 3 6,4,mm,3,m,6,mm m mm,2,4,42,m,6,6,m,2,43,m,32 geometric crystal classes,CA,NC,NA,1 2/,m,mmm,4/,mmm,3,m,6/,mmm,(,m,3,m,),4/,m,3 6/,m,(,m,3),222 422 32 622 23 432,1 2 4 3 6,4,mm,3,m,6,mm m mm,2,4,42,m,6,6,m,2,43,m,32 geometric crystal classes,1 2/,m,mmm,4/,mmm,3,m,6/,mmm,(,m,3,m,),4/,m,3 6/,m,(,m,3),222 422 32 622 23 432,1 2 4 3 6,4,mm,3,m,6,mm m mm,2,4,42,m,6,6,m,2,43,m,32 geometric crystal classes,1 2/,m,mmm,4/,mmm,3,m,6/,mmm,(,m,3,m,),4/,m,3 6/,m,(,m,3),222 422 32 622 23 432,1 2 4 3 6,4,mm,3,m,6,mm m mm,2,4,42,m,6,6,m,2,43,m,32 种晶体学点群,ChemicalReviews,1998,Vol.98,No.7,Absolute Asymmetric Synthesis under Physical Fields:Facts and Fictions,ChemicalReviews,1998,Vol.98,No.7,