立体有机化学中国科大-04手性化合物绝对构型的测定.ppt

1,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”.,2,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,3,1）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）。,4,2）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,5,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.,6,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210克-1,旋光物质的比旋光率,7,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 at200-700nm（）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。,8,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。,9,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),10,旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,11,圆二色性谱: Circular Dichroism (CD),e = e L eR,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 = ALAR,椭圆度，摩尔椭圆度 = 2.303(ALAR)/4 = 3298(L-R) 3300 (L-R),12,旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用,e = eL eR 0 正Cotton 效应 e = eL eR 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eLeR ，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,13,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,lmax,有发色团特征吸收的UV 、 ORD、CD三者之间存在如下关系：,14,二. 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,15,Rij 发色团间的矢矩； mioa 发色团的电子跃迁偶极矩； Vij 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,16,（二）适用于激发态偶合的发色团,1. 必须有强的pp*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：,17,(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 = e1- e2 ,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/r2,A,18,3、两发色团UV lmax 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,19,（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,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,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,22,2. 用于含两个不同发色团的化合物,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,*,*,23,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,24,3.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,25,2）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,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,26,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,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,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,28,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,Cotton效应,29,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,TMPEA,每一步反应都不涉及手性中心的化学键！,30,S (+),(+),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,31,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,32,二. 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： SN 2 - 构型翻转 邻基参与的取代 - 构型保持,33,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,34,三、含手型面、手型轴化合物的绝对构型测定,化