手性的本质及其多种表征研究进展

1、 -helix(pauling 1950)1,1-bi-2-naphthol (binol)旋光仪旋光仪几何对称性角度，静态物体对于运动物体和磁场等很必要 动力学拆分动力学拆分nmr重原子共振散射重原子共振散射 最可信最可信需要单晶需要单晶 手性光学方法手性光学方法 需要从头计算方法辅助需要从头计算方法辅助光学纯光学纯 ee 对映体分离对映体分离定性分析定性分析手性固定相手性固定相非对映异构体非对映异构体各项异性各项异性结合结合hplc1950年年bijvoet 采用重原子反常色散采用重原子反常色散 (共振散射共振散射)来解来解决绝对结构问题决绝对结构问题prof. dr. j.m. bijv

2、oet (1892-1980)1953年franklin拍摄dna的x光片1954年dorothy hodgkin(1964年诺贝尔化学奖)解析penicillin的晶体结构x射线角度仪flack 参数参数 (20世纪世纪80年代年代)bijvoet对强度差别对强度差别(最初最初)重原子重原子内层电子对内层电子对x射线散射相移小于射线散射相移小于180度，度，当当x射线频率接近重原子内层电子射线频率接近重原子内层电子(k层层)的共振的共振频率时，散射因子二级效应频率时，散射因子二级效应f 起主要作用起主要作用轻原子共振频率位于长波方向，很难获得轻原子共振频率位于长波方向，很难获得没有没有x射线

3、聚焦棱镜，只能依赖射线聚焦棱镜，只能依赖fraunhofer 衍射花样的反射强度差异衍射花样的反射强度差异工作流程用用ps-fs脉冲脉冲x 射线激光研究射线激光研究核酶的构象变化核酶的构象变化 robert c.spitale，joseph e. wedekind，methods 49 (2009) 87100将手性底物转换成两个不同物种将手性底物转换成两个不同物种( (非对映异构非对映异构体或构象体体或构象体) )，从而可以区分，从而可以区分( (相对经验方法相对经验方法) )cram(1987年noble化学奖):化学位移的差别化学位移的差别,符号提供构型信息（各向异性）符号提供构型信息（

4、各向异性）hplc-nmr在线检测在线检测“mix and shake”方法方法采用树脂接连的辅助试剂采用树脂接连的辅助试剂分子基础：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；外消旋分子酰基化；醇解；发色基团功能化等发色基团功能化等拆分：拆分：监测拆分进度，在合适的转化率监测拆分进度，在合适的转化率时经手性色谱分离时经手性色谱分离经验规则只适用于二级醇；经验规则只适用于二级醇；最常用的酶是最常用的酶是burkholderia cepa

5、cia (bcl) 和和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近半数实验都需要一个已知构型的二级醇作为参考为参考candida rugosa lipase (crl) 只适用于环只适用于环状醇，而不适用于芳香醇，可能是其位点更状醇，而不适用于芳香醇，可能是其位点更宽宽)-i(-)expi(2110kzteeyxr ee)-i(-)expi(2110kzteeyxl eeuv-visirramanlinearly polarized light (lp) 线偏振光线偏振光circularly polarized light (

6、cp)圆偏振光圆偏振光rcplcp 寻找稳定构象寻找稳定构象（mnote-carlo, dft)与实验结构比较与实验结构比较（nmr或其他）或其他）各构型谱线各构型谱线（r vs.)拟合光谱拟合光谱（线型，带宽）（线型，带宽）平均谱图平均谱图（boltzmann, exp. )j. stephens, et al., chirality, 2008, 20, 4544701221212131221123eeeeeerv ,212222102112120rrvexciton chirality: fundamentals and frontiers, monatsh. chem., 2005,

7、136(3)nina berova, lorenzo di bari, gennaro pescitelli chem. soc. rev., 2007, 36, 914-931gerhardbringmann, 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，色谱检测器与电子圆二色在线检测独立，cd采用停留模式采用停留模式电子跃迁发生在电子基态的振动能级之间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 不需要手

8、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相似结构，不同旋光方向，相同绝对构型相似结构，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bijv

9、oet 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少重原子的分子进行bijvoet x射线结晶学方法分析，手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性红外光谱是确定绝对构型更强大的工具 ir-iliril手性结构测定手性结构测定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

10、-529电子分布高度对称的九构象手性分子电子分布高度对称的九构象手性分子(r)-2h1,2h2,2h3-neopentane所有的手性鉴定方法都有其本身的局限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量，多种鉴定手段互相映证可以有效提高鉴定的准确程度高鉴定的准确程度x射线结晶方法仍是研究单晶手性分子最射线结晶方法仍是研究单晶手性分子最可靠的方法可靠的方法n harada, chirality 2008, 20:691723 x ray crystallography and h1 nmr t wenz

11、el, chirality 2003, 15:256270r riguera, chem. rev. 2004, 104:17117 nmr anistropyh flack, g bernardinelli, chirality 2008,20:681690 x ray crystallographyr spitale, j wedekind, methods 2009,49:87100qing jing, r kazlauskas, chirality 2008,20:724735 enzyme kinetic resolutionj stephens, et al., chirality

12、, 2008, 20:454470 cd theorynina berova, lorenzo di bari, gennaro pescitelli chem. soc. rev., 2007, 36, 914-931 cdg bringmann, t gulder, m reichert, t gulder, chirality, 2008,20:628642 hplc-cdp stephens, f devlin, jian-jung pan, chirality, 2008,20:643663 vcdl barron molecular light scattering and opt

13、ical activity, 2004, 2nd ed (cambridge university, cambridge) true chirality and roa w hug, et al. nature 2007,446:526-529 roadna double helixl-amino acidd-sugarbasephosphateprotein如果单一手性的连续性被打破了会怎样如果单一手性的连续性被打破了会怎样?单晶单晶分子分子凝聚态凝聚态非手性非手性m, mm2, 4, 42m: 是是 其他点群其他点群: 否否否否手性手性是是对映体纯对映体纯:是是外消旋外消旋: 否否对映体混

14、合对映体混合:是是1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/mmm (m3m)4/m 3 6/m (m 3)222 422 32 622 23 4321 2 4 3 64mm 3m 6mm m mm2 4 42m 6 6m2 43m32 geometric crystal classes1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/mmm (m3m)4/m 3 6/m (m 3)222 422 32 622 23 4321 2 4 3 64mm 3m 6mm m mm2 4 42m 6 6m2 43m32 geometric crystal classes1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/

15、mmm (m3m)4/m 3 6/m (m 3)222 422 32 622 23 4321 2 4 3 64mm 3m 6mm m mm2 4 42m 6 6m2 43m32 geometric crystal classes1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/mmm (m3m)4/m 3 6/m (m 3)222 422 32 622 23 4321 2 4 3 64mm 3m 6mm m mm2 4 42m 6 6m2 43m32 geometric crystal classes1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/mmm (m3m)4/m 3 6/m (m 3)222 42

16、2 32 622 23 4321 2 4 3 64mm 3m 6mm m mm2 4 42m 6 6m2 43m32 geometric crystal classes1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/mmm (m3m)4/m 3 6/m (m 3)222 422 32 622 23 4321 2 4 3 64mm 3m 6mm m mm2 4 42m 6 6m2 43m32 geometric crystal classes1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/mmm (m3m)4/m 3 6/m (m 3)222 422 32 622 23 4321 2 4 3 64mm 3m

17、 6mm m mm2 4 42m 6 6m2 43m32 geometric crystal classescancna1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/mmm (m3m)4/m 3 6/m (m 3)222 422 32 622 23 4321 2 4 3 64mm 3m 6mm m mm2 4 42m 6 6m2 43m32 geometric crystal classes1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/mmm (m3m)4/m 3 6/m (m 3)222 422 32 622 23 4321 2 4 3 64mm 3m 6mm m mm2 4 42m 6 6m2 43m32 geometric cry