圆二色谱中文版.doc

圆二色谱，判断黄酮类化合物绝对构型的重要手段1简介：手性化合物的旋光性是化合物分子的立体构型的不对称性对平面偏振光的作用。若对组成平面偏振光的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的吸收系数不同，即L R,，这种性质称为手性化合物的圆二色性。当测定的仪器接收透过手性化合物溶液的平面偏振光时，记录的是手性化合物溶液对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的吸收系数之差，或化合物生色团吸收波长附近的摩尔椭圆度即可获得圆二色谱CD。CD即圆二色谱，是以吸收系数之差或摩尔椭圆度为纵坐标，波长为横坐标记录的谱线，其中=（dLdR）C1，dL和dR为吸光度。C为溶液浓度，1为测定用池的池长；=（）M100LC其中（）为所用测定池情况下的平面偏振光的椭圆度，C为溶液浓度，单位g/ml，1为池长，单位dm，M为分子量。它们之间的关系为=3300，而=/33C1。2黄酮类：多酚类是生物体内主要的二次代谢产物。根据他们的碳骨架能划分为几种主要种类。例如，黄酮类与酚酸类。黄酮类根据的氧化情况又可以分为许多种类。已知的黄酮类化合物中都具有的骨架形式，并常有羟基取代，甲氧基取代，苷化及其他修饰和组合。虽然黄酮类化合物的绝对构型在50年代起已经通过旋光性和ORD方法进行解析了，但是更方便，更简易的CD谱方法却在60年代中期更为流行。CD谱现已广泛用于具有旋光性的黄酮类化合物的解析，如：二氢黄酮类，二氢黄酮醇类，黄烷-3-醇类，黄烷-4-醇类，黄烷-3，4-二醇类，黄烷类，异黄烷类，二氢异黄酮类，类鱼藤同类，前花色素类和各种类型的双黄酮类。3二氢黄酮类二氢黄酮类的两个结构特征在判定它们绝对构型时非常重要。一个是之间的单键，一个是位的手性中心，大多数天然二氢黄酮类化合物中在位具有苯基，其为取向时，其绝对构型被定为S。利用CD 或ORD连用NMR光谱数据判定二氢黄酮类化合物绝对构型始于Gaffield。二氢黄酮类化合物的UV最大吸收在270-290处，320-330处有一弱峰，这是由于苯乙酮型和之间的相互转化产生的。八区律规则已经从判定，不饱和酮的手性及它们的长波CE图上扩展到了芳香酮。这样，二氢黄酮类化合物绝对构型为2S时，在构象上就具有杂环的P -螺旋性和C2位芳基处于平伏键，并在CE谱上表现为正性的n-吸收带和负性的-吸收带。利用n-吸收带判定构型的优点是这种转变在芳香环取代系统中是独立的。虽然n-转变处于长波区趋于随构型相反对映体量的增加而消失。杂环上的H2与H3之间的较大偶合常数（J2，3）表明所有天然二氢黄酮类在热力学稳定构象中C2芳香基处于平伏键（fig2）。这说明所有左旋的二氢黄酮类具有2S构型。利用这个信息的例子在确定OBO-二氢黄酮A和二氢黄酮B构型可以清楚的发现。（fig.3 and table1）4二氢黄酮醇类二氢黄酮醇类化合物中具有C2和C3两个手性中心，所以存在四种可能的立体异构体，（2R，3R）异构体在天然界中非常普遍，也有其他类异构体的相关报道。判定二氢黄酮醇类的绝对构型分两步，第一步，通过NMR谱中H2与H3的偶合常数J2，3判定C2和C3取代基的相对构型是反式或顺式。对于反式异构体，热力学稳定型构象为H2与H3处于直立键，这样的构型为（2R，3R）或（2S，3S）。对于顺式异构体，热力学稳定型构象为H2处于直立键，H3处于平伏键，这样的构型为（2R，3S）或（2S，3R）。第二步，根据CD数据来决定C2的绝对构型。CE中在长波方向（300-340）出现正性n-跃迁吸收时表明C2的绝对构型为R，而出现负性n-跃迁吸收时表明C2的绝对构型为S。（表2）对于二氢黄酮醇类应该强调指出n-跃迁取决于杂环的螺旋性，这于相对构型和C2位芳基的平面性有关，这样就确定了绝对构型。还应该强调指出的是（2R，3R）-二氢黄酮醇类和（2S）二氢黄酮类是同手性的。（2R，3R）-二氢黄酮醇类和（2S）二氢黄酮类具有相同的杂环螺旋性和相似的n-跃迁CE峰。（fig.4）根据CD谱中正性n-跃迁CE判断出phellodensin-A和 phellodensin-C的绝对构型都是（2R，3R）。（fig.5，表3）5黄烷-3-醇类5.1 简介目前在各种天然化合物中苯并二氢吡喃发色团在O-杂环上（fig.6）苯并二氢吡喃衍生物属于具有第二手性球的苯发色团。非手性苯环发色团受手性O-杂环和O-杂环上取代基的影响。这就产生了在260-280处（Lb带）和200-240处（La带）能观察到的CE谱带。如果非芳香性环的平面结构与CD中Lb带的关系已知的话手性环的构象就能通过CD谱推断。然后绝对构型就能通过NMR数据提供的手性中心取代基的相对构型而归属。如果苯环C4位没有假不对称取代且苯环再无其他取代时，杂环的P-螺旋性（半椅式构象）产生正性CE Lb带，M-螺旋性产生负性CE Lb带。（fig.6）黄烷-3-醇类（儿茶素类）（17）具有两个芳基发色团，分别为芳环A和芳环B，这些发色团的吸收带位于280（Lb转变）和240（La转变）。两个芳基发色团在每个区域内均给出两个吸收带。黄烷-3-醇具有两个立体中心和四个异构体，分别为（2R，3S）-2，3-反式；（2S，3R）-2，3-反式；（2R，3R）-2，3-顺式；（2S，3S）-2，3-顺式。5.2 Lb吸收带黄烷-3-醇类（17）的CD谱能通过3，4-二氢苯并吡喃环系统的平面规则来阐明。处于半椅式构象或沙发构象的C环为P-螺旋性时将产生正性CE Lb带，M-螺旋性将产生负性CE Lb带，这些是通过一系列1，2，3，4-四氢萘类衍生物的测定而得到的.黄烷-3-醇类的2R和2S绝对构型分别对应为P-和M-螺旋性。（fig.8）但是 Korver and wilkins,1971; van rensburg et al, 1999报道的A发色团的CD数据却表明2R和2S的绝对构型分别产生负性和正性CE Lb带（fig.9；fig.10，表5），这个结果与已知的1，2，3，4-四氢萘类遵循的螺旋性规则相反。这种情况可能是由于二氢苯并吡喃类较1，2，3，4-四氢萘类缺少C2V对称性。C环上O的PZ轨道跃迁到*轨道发生的N-*跃迁对这个反规则也产生影响。2，3-顺式-黄烷-3-醇类的A-构象是一个相对稳定构象，将产生在长波方向上CE峰高降低的现象，这是由于平面从E-构象向A-构象转化的结果。（fig.8；fig.10）5.3 La吸收带与Lb吸收带（280）相比（2R，3S）-和（2S，3R）-反式对映体具有相反的CE属性，（2R，3R）-和（2S，3S）-顺式对映体具有相同的La吸收（240）属性。位于240区的正性和负性CE能分别表明3S和3R的绝对构型（表6 fig.9；fig.10），当A环无任何羟基化取代时这个规则不再适用。一个新从大麦中分离出来的黄烷-3-醇葡萄糖苷通过利用NMR，FAB-MS，UV，和CD确定为（2R，3R）-儿茶素类-7-O-D-吡喃葡萄糖苷（18），J2，3偶合常数为7.4HZ证实2,3为-反式构型.280负性CE表明C2位构型为2R.( fig.11)6. 黄烷-4-醇类6.1. 2,4-顺式-黄烷-4-醇类(+)-(2R，4R)-4-氨基黄烷盐酸盐(19),(+) -(2R，4R)-4acetamidoflavan(20), -(2R，4R)-flavan-4-ol各自的NMR光谱和J2,4偶合常数建立了顺式相对构型, 二氢吡喃C环此时或是半椅式或是沙发构象.( fig.12)C环具有半椅式构象时(fig.13),C4-OH可能被迫处于不利的-平伏键位置(H2和H4处于直立键),当为另一种可能的半椅式构象时,C2苯基采用不利的直立键(H2和H4处于平伏键).通过构象分析同样可以排除船式构象.在沙发构象中, C4-OH遵循避免迫位影响这样一种方式.于是沙发构象转为半椅式构象更为合理.( fig.14)通过实验可以发现C4位的差向异构化作用将改变Lb吸收带属性,这样就能假设C2是对称二氢苯并吡喃分子的good approximation.(2R，4R)-顺式非对映体(22)在La和Lb带中都能得到来自C4-OH对CE的正性贡献( fig.15).对于Lb带具有沙发构象的手性环来讲,第二个球面的影响教临近A环发色团的C4-OH影响小, C4-OH影响称为第三个sphere影响.antus et al (2001)认为2,4-顺式对映体具有半椅式平面构象(fig.13),由C2-苯基的平伏键取向所决定,但是却得到了以下相同结论:当O-杂环采用一个半椅式构象且在合并芳香环上无任何取代时, 苯并二氢吡喃发色团中O-杂环的P-/M-螺旋性受到苯环Lb吸收带产生正性/负性CE影响.（表7）6.2 2,4-反式-黄烷-4-醇类NMR光谱分析表明2，4-反式-黄烷-4-醇类的构象或为半椅式（fig.16）或为沙发型（fig.17）。构象分析上不能区分这两种形式。C4-OH对（2R，4S）-2，4-反式对映体（23/25）的半椅式和沙发型构象的贡献在La和Lb吸收带上表现为负性CE。Antus et al报道了2，4-反式-黄烷-4醇类采用与2，4-顺式-黄烷-4-醇类（半椅式或沙发构象）不同的规则（fig.13， fig.14），这是由于处于竖直键的C4-OH迫使O-杂环采用沙发构象（fig.17）。因此，当O-杂环采用沙发构象且稠合芳环上无任何取代时P-/M-螺旋性分别表现出正性或负性的苯环Lb吸收带CE。3个黄烷-4-醇类化合物的CD数据见表8（fig.15）。7. 黄烷-3，4-二醇类黄烷-3，4-二醇类的相对构型能通过C-环中JH，H三根键的质子偶合常数来判断。2，3-顺式-3，4-反式和2，3-顺式-3，4-顺式类似物的相对构型细微差别能通过NOE效应来区别。7.1 Lb吸收带与2，3-反式-3，4-顺式类相黄烷类C-环取代的Lb吸收带（280）常用于构型的判断。构象为半椅式或沙发型的C-环为P-螺旋型时（C2位绝对构型为R）将在Lb吸收带产生负性CE，M-螺旋型（C2位绝对构型为S）时将产生正性CE。（fig.18-20，table9）。所有反式E-构型化合物如：（2R，3S，4R）-和（2S，3R，4S）-2，3-反式-3，4-反式-黄烷-3，4-二醇类在C4-OH和H5之间为烯丙键。这就将引发半椅式和沙发型相对稳定构象的转变以消除烯丙键的影响，于是M-螺旋型对应所有的2R-反式黄烷-3，4-二醇类，P-螺旋型对应所有的2S-反式黄烷-3，4-二醇类。（fig.21）比2-3，3-4-全为反式构型的化合物类构象的转变所产生的影响是位于Lb吸收带的CE峰高降低。2，4-顺式双直立键A-构型类似物如：（2R，3R，4R）-和（2S，3S，4S）-2，3-顺式-3，4-顺式-黄烷-3，4-二醇，（2R，3S，4R）-和（2S，3R，4S）-2，3-反式-3，4-反式-黄烷-3，4-二醇可能通过C4-OH与芳B环之间的氢键而稳定（fig.22）。一旦C4-OH被衍生化，氢键和A-构型将消失，Lb吸收带的CE峰高较La吸收带的CE峰高将增加。所有顺式E-构型化合物如：（2R，3R，4R）-和（2S，3S，4S）-2，3-顺式-3，4-顺式-黄烷-3，4-二醇通过C3-OH直立键和C-环中的O-杂原子之间的氢键而稳定。（fig.23）7.2 La吸收带除2，3-反式-3，4-顺式-无色花色素类以外，2，3-反式-3，4-顺式-黄烷-3，4-二醇类的La吸收带（240）的属性与Lb吸收带（280）相反，同样也可以得知化合物的CE并不总遵循deangelis-wildman芳香象限规则。8. 黄烷类Antus et al 证实了黄烷类具有半椅式构象且C2-苯基处于平伏键，并遵循熟知的二氢苯并吡喃发色团O-杂环P-/M-螺旋型规则，在Lb吸收带处产生正性或负性CE。即Lb吸收带处的负性CE表明C2位绝对构型为S，Lb吸收带处的正性CE表明C2位绝对构型为R（fig.24.table10）。 sashida et al 报道的从buckleya lanceolata 的叶中分离得到的黄烷苷类其C2位绝对构型就是通过CD谱来确定的。（fig.25）9. 异黄烷类通过与环己烯比较及最小扭应变力基础上并结合其他大多数黄酮类化合物认为异黄烷类中O-杂环的优势构象为半椅式（fig.26），当苯基位于C3直立键并不象环己烷和环己烯系统那样由于1，3-二直立键产生不稳定性时就不能认为E-或A-可能具有较低的自由能。异黄烷类临近质子的偶合常数（J2，3， J3，4）并不与理想中的C3处于平伏键的半椅式构象一致。异黄烷类的ORD和CD数据揭示异黄烷类遵循的螺旋型规则与前面讨论的黄酮类苯并二氢吡喃发色团螺旋型规则相反。O-杂环的P-/M-螺旋型在Lb吸收带区域内（260-320）产生正性或负性CE，在La吸收带区域内（220-260）产生负性或正性CE（fig.26.table11）。虽然这一规则在归属异黄烷类化合物绝对构型时较为有用，但是当在B-环上有2，6-双取代将在O-杂环上因为立体效应产生不同的构象。（fig.27）在这些化合物的NMR谱上也反映了这种效应。Versteeg et al 合成了6个异黄烷类和其对应体（31a/b-36a/b）且利用标准的3S和3R-vestiol 衍生物确正了合成的异黄烷类C3绝对构型（fig.28）。在A环和B环有含氧取代的（3S）-异黄烷类（34a，35a，36a）在La吸收带（240）和Lb吸收带（270-280）区域内分别显示正性和负性CE。相反地，（3R）-异构体在La吸收带（240）和Lb吸收带（270-280）区域内分别显示负性和正性CE。（fig.29）7-脱氧3S-异黄烷类在B环上具有单氧取代（31a）和双氧取代（32a和33a）时，在La吸收带（230-240）和Lb吸收带（270-280）区域内都显示负性CE，而3R-对映体则与之相反（31 b,32b,33b）。（fig.30）10. 二氢异黄酮类CD数据对于二氢异黄酮类绝对构型的归属极为重要。用于芳基稠环的修改八区律规则预测B环处于平伏键的3R-二氢异黄酮类其羰基的n*跃迁将表现出正性CE,( fig.31)B环的平伏取代可以通过H2和H3在NMR光谱中的偶合常数为11HZ判定出H2和H3处于反式双直立键。虽然其他种方法如La吸收带，Lb吸收带，-跃迁等已被用在归属上面，但仍然建议采用n-吸收带去归属。（table 12）11. 紫檀烷类紫檀素（40），6a-OH-紫檀素（41）（fig.33）,鱼藤酮类（42），12a -OH鱼藤酮类（43）（fig.34）是黄酮类化合物中四环黄酮型化合物。11.1 紫檀素类紫檀素类中含有两个手性中心，但自然界中仅发现（6aR,11aR）-顺式和（6aS，11aS）-顺式两种构型。B环和C环的反式稠合方式已经合成出来了且是外消旋体，已知所有左旋紫檀素类的绝对构型为（6aR,11aR），右旋的构型为（6aS，11aS）。简单的紫檀素类在UV光谱的285-310处给出一强峰，280-287给出一弱峰，而ORD谱在250-350区域内表现出一复合峰，这也能用于归属绝对构型。在顺式环合紫檀素类中苯并二氢吡喃和2，3-苯并b二氢呋喃手性基团影响非手性发色团。这些化合物的CD谱归属如下：La吸收带位于220-240，Lb吸收带位于260-310，Bb带位于200处。主要谱带Lb吸收带/La吸收带的正性/负性CE反映（6aR,11aR）构型，Lb吸收带/La吸收带的负性/正性CE反映（6aS，11aS）构型。芳香C环的O取代（O11）采用非对称的直力键来避免C1位上迫位羟基的立体影响。（fig.35）苯环上存在一个假不对称直立键取代时在CD中的La吸收带，Lb吸收带遵循苯并二氢吡喃发色团的属性。在自然界中（-）-（6aR,11aR）顺式-紫檀素类的B环与其正性Lb吸收带和负性La吸收带相关。（fig.36）若根据在芳环位置取代（C11a位于苯并二氢吡喃，C6a位于2，3-苯并b二氢呋喃分子中）在顺式紫檀素类中两个发色团都表现出反常行为，对顺式紫檀素类适用的螺旋型规则与已知的苯并二氢吡喃规则相反。2，3-苯并b二氢呋喃发色团要求无直立苯基取代存在。（table13）通过H6a和H11a质子的NMR偶合常数（J=13.4HZ）可知在（6aS，11aR）-反式-紫檀素类中（45）H6a和H11a为反式双直立键，O11和C7a处于平伏键。因此不存在直立取代基影响不饱和（6aS，11aR）-反式-紫檀素类（fig.37）的CD情况。这样独立发色团的螺旋型规则就适用了：正性Lb吸收带对应C环或B环中的五元或六元环发色团的M-螺旋型。总之O-杂环的螺旋型决定了（6aS，11aR）-反式-紫檀素类的CD谱特性，这表明苯并二氢吡喃和2，3-苯并b二氢呋喃发色团的M-螺旋型都将产生正性Lb吸收带（table14）。11.2 6a-二氢紫檀素类由于具有顺式紫檀素类型，顺式-6a-二氢紫檀素类的旋光活性与绝对构型相关，左旋化合物具有（6aS，11aS）-顺式构型，右旋化合物具有（6aR,11aR）顺式-构型（table15；fig.38，39）相比与紫檀素类，反式-6a-二氢紫檀素类（45，46）发生构型的反转：左旋化合物为（6aR，11aS）-反式构型，右旋化合物为（6aS,11aR）-反式构型（45）（table15；fig.40，41）顺式和反式-6a-二氢紫檀素类中杂环质子在NMR谱中呈现AB偶合系统，C6a-OH呈现宽单峰，H11a在反式异构体中较顺式异构体处于屏蔽区是因为H11a在前者中相对于芳香A和D环为直立键取向（fig.40）。存在于顺式异构体中的C6a-OH和H11a之间的NOE效应在反式异构体中消失，表明B/C环为几何反式。12. 鱼藤酮类通过H1质子在CDCl,acetone-d6,acetonitrile-d3,benzene-d6中化学位移6.6-6.8,在DMSO- d6化学位移6.4,在pyridine-d5中化学位移7.3可知天然鱼藤酮类热力学稳定式为B/C环处于顺式系统,通过偶合常数近似夹角65-55,以及X-ray也都表明B/C环处于顺式为优势构象.B/C环反式的鱼藤酮类需通过合成得到,利用DIBAL还原脱氢鱼藤酮的1,4位得到了()反式-异鱼藤酮,它们的构型通过X-ray单晶衍射而确定. B/C环反式的一系列特征是H1质子的强去屏蔽效应,在CDCl,acetone-d6,Methanol-d4 中位于7.6-7.9,在pyridine-d5中位于8.2-8.5。两种可能的B/C环反式构象能通过H6a与C6质子的相对构型来确定，此时H6a可处于平伏键或直立键。 H6a与一个C6质子的偶合常数（J=1112HZ）可以确定为反式双直立质子偶合关系。当B/C环稠合关系通过H-NMR确定为顺式或反式之后，利用CD数据决定C6a 和C12a的绝对构型。鱼藤酮类的CD谱在190-360内呈现多重CE峰，在350附近的长波长CE为苯甲酰系统产生的n-跃迁，320附近的CE为A环的长芳香系统引发的-跃迁，这些都用于绝对构型的判断（table16，17）。13. 新黄酮类新黄酮类是含有15个炭骨架的天然化合物，具有C6C3C6-4-芳香基骨架（47）。具有手性的类似物可以分为：3，4-二氢-4-芳基-香豆素类（48），4-芳基苯并二氢吡喃类（49），4-芳基黄烷-3-醇类（50），无环新黄酮类（52，52，）（fig.42）。13.1 3，4-二氢-4-芳基-香豆素类根据chen et al（1993）的报道，5，7，8-三取代化合物中C7“次甲基碳的绝对构型可以参考（2R）-黄烷-3-醇中H7”和H2之间的NOE效应，切只有当C7“的绝对构型为S，H7”处于取代时这个效应才存在（fig.44），CD谱可用于类似物绝对构型的确证。苯丙取代的黄烷-3-醇类C7”构型为S时，在225-234，275-284处显示负性CE，在250-255处显示正性CE；C7”构型为R时情况与S相反。13.2 4-芳基黄烷-3-醇类2，3-反式和2，3-顺式-4-芳基黄烷-3-醇类与黄烷-3-醇类相比主要由C4-芳基发色团影响的CD谱来推导绝对构型。合成的具有甲氧基、3-乙酸酯的4-芳基黄烷-3-醇类由于其C2和C3位具有手性，其CE主要由位于C4位的芳基在220-240产生的CE复合强峰来决定，正性CE表明C4位的芳基位于准直立键，负性CE表明C4位的芳基位于准平伏键（table18）。因D环上的取代基能影响CIP部分，所以判断C4位的R或S构型时需要小心（fig.45，46）。具有甲氧基、3-乙酸酯的4-芳基黄烷-3-醇类的杂环质子的偶合常数是变化的，但除特殊情况外，遵循2，3-反式-3，4-反式类似物的相对构型数据（J2，3=9.0-10.6， J3，4=7.5-9.4HZ）；2，3-反式-3，4-顺式类似物的相对构型数据（J2，3=8.0-10.0， J3，4=5.6-6.5HZ）（fig.47）。2，3-顺式-3，4-反式异构体（J2，3=1.0-2.4， J3，4=1.9-4.0HZ）与2，3-顺式-3，4-顺式可以通过NOE效应和H2和H4与芳香质子的远程偶合来区别,或利用C2位直立键质子与C4位处于准直立键芳基之间的效应区别（fig.48）。具有甲氧基、3-乙酸酯的2，3-顺式-3，4-顺式-4-芳基黄烷-3-醇类和儿茶素-4-间苯三酚类似物具有反常的偶合常数（J2，3=6.5, J3，4=5.5HZ）,表现出与以上提到的规则相反的CE(table18).芳香性规则(fig.49)能用于解释观察到的反常CE情况,位于左上方和右下方象限的取代基在220-240内产生正性吸收带,右上方和左下方象限的取代基产生负性吸收带, C4位芳基离手性中心较近,将对低波长CE的属性产生主要影响.2，3-反式-3，4-反式，2，3-反式-3，4-顺式，2，3-顺式-3，4-反式-4-芳基黄烷-3-醇类的杂环处于半椅式（fig.46）和沙发式（fig.50）优势构象时，强峰CE特性与C4位芳基的象限规则直接相关。对于2，3-顺式-3，4-顺式-4-芳基黄烷-3-醇类和少见的儿茶素-4-间苯三酚类类似物来讲，预测的和实验的CE一般与船式构象有关（fig.52），这些化合物都在5位有甲氧基取代，C4芳基和5-甲氧基，C3-乙酰基和C2和C4芳基之间的非键合效应被消除。所有具有6个甲氧基、3位乙酸酯的4-芳基黄烷-3-醇类（59，60）（fig.53）都表现出杂环质子的反式偶合特性（J2，3=5.5, J3，4=4.5HZ），这也是这类在5位有甲