測定絕對構(gòu)型

1、Slide number引言 有機(jī)化學(xué)的發(fā)展要求人們必須在三維空間上了解分子的結(jié)構(gòu)和性能，尤其是與生命過程有關(guān)的化學(xué)問題。如藥物分子的立體構(gòu)型和受體之間的相互作用，生化反應(yīng)過程的立體選擇性與分子的立體構(gòu)型之間的關(guān)系，各類天然產(chǎn)物的立體構(gòu)型與它們表現(xiàn)出的生物活性之間的關(guān)系。對許多天然產(chǎn)物而言，其生物活性往往只為一種特定的絕對構(gòu)型所有。測定絕對構(gòu)型的方法化學(xué)相關(guān)法NMR譜學(xué)方法測定構(gòu)型構(gòu)象（Mosher 法）ORD 法CD 法CD激發(fā)態(tài)手征性方法X-ray 衍射法NMR核磁共振方法化學(xué)位移13C化學(xué)位移 取代基的-旁式效應(yīng)將使-位置的碳原子產(chǎn)生高場位移HH3CHCH3HH3CCH3H: 5 ppm

2、HH15.1 ppm23.7 ppmOHHOOCOHOHOHHOOC6a76a76a7異構(gòu)體135.938.7異構(gòu)體241.232.5ProstacyclinOOHHOOCOH核磁共振方法偶合常數(shù)(鄰位偶合）HaHa偶合，aa=180 0, 3JHH=812 HzHaHe偶合，aa=60 0, 3JHH=15 HzHeHe偶合，ee=60 0, 3JHH=04 HzHaHaHeHeOOHaPhHbOOHaHbPhJab0 (90 degree)Jab4-9 (45 degree)NOE為測NOE，需對樣品的1H NMR有準(zhǔn)確的指認(rèn)；NOE的測定有一維和二維圖譜； （靈敏度差，有假峰）NOE的具

3、體數(shù)值除和研究的分子相關(guān)外，也和儀器、實(shí)驗(yàn)條件等有關(guān)，因而準(zhǔn)確性和相互可比性不夠好；NOE信息的價(jià)值與兩個(gè)相關(guān)的磁核跨越的化學(xué)鍵的數(shù)目有關(guān)。當(dāng)兩核越是跨越了多根化學(xué)鍵還顯示NOE時(shí)，這越能排除相當(dāng)多的（構(gòu)型、構(gòu)象）可能性，因而提供較重要的立體化學(xué)信息。在應(yīng)用NOE時(shí)，常有某些預(yù)定的分子模型，根據(jù)NOE的結(jié)果可以從中作出明確的抉擇。NOENOE最適合應(yīng)用于剛性分子。在這種情況下，核組之間具有確定的距離。根據(jù)NOE可以得到分子的立體化學(xué)信息。若樣品為柔性分子，相對于核磁共振的時(shí)標(biāo)，這樣的分子在溶液中存在著較快的構(gòu)象互變，NOE測定的是個(gè)平均的結(jié)果，因而無法得到具體的構(gòu)象信息。變溫實(shí)驗(yàn)加入使溶液變稠

4、的物質(zhì)，使構(gòu)象轉(zhuǎn)換的速率變低將樣品分子進(jìn)行化學(xué)修飾，以便測得NOEOROH2CH5aCH2N+(CH3)3R1H5bH4OR1H5aCH2N+(CH3)3ROH2CH5bH4NMR法測定有機(jī)化合物絕對構(gòu)型NMR法測定有機(jī)化合物絕對構(gòu)型NMR法測定有機(jī)化合物絕對構(gòu)型仲醇絕對構(gòu)型的測定Mosher法 :Mosher法的發(fā)展過程OHOCF3L2L3MeOOHOCF3L2L3OMedownfield relative toupfield relative toRSAB改進(jìn)的Mosher法隨著超導(dǎo)核磁的出現(xiàn)， H. Kakisawa等改進(jìn)了Mosher法OHOCF3CCPhOMe-(S)-MTPACCC

5、CHbHcHaHzHyHx(OMe) (Ph)-(R)-MTPAMTPA planeOMTPAH00HxHyHzHcHbHa0Mosher法具體操作將(R)-和(S)-MTPA分別與仲羥基成酯；盡可能多地歸屬非對映異構(gòu)體的質(zhì)子信號算出這些質(zhì)子的=S-R值將正的值放在模型的右邊，負(fù)的值放在模型的左邊建立化合物的分子模型，確定所有的正的值都在MTPA平面的右側(cè)，所有的負(fù)的值都在MTPA平面的左側(cè)值的絕對值與該質(zhì)子到MTPA平面的距離成反比值與樣品的濃度無關(guān)。用C6D6為溶劑時(shí)， 的分布與現(xiàn)有的方法不符。所以這方法到目前只能用CDCl3和CD3OD為溶劑改進(jìn)Mosher法的應(yīng)用HHHHHHHMeOM

6、TPAHHMeMeH0-20+15+65+30+20+10-15-15-10-50-60-155HHAPTMOHMeHMeC8H17HHHHHHHH0000000+55+35+10+5+5-10-10-40-50HHAPTMOHMeMeC8H17HHHHHH000000+55+35+10+5-15-10-40-50H對無羥基化合物的應(yīng)用HOOHLi/NH2HOHOH1. O32. Me2SHOHOH1. MCPBA2. OH-HOHHHHHHHHHOMTPHA-0.083-0.058+0.111+0.049+0.047+0.047+0.100+0.055HOMPTAHHHHHHHHHH+0.0

7、02+0.082+0.064+0.011+0.020+0.014+0.012+0.004-0.131-0.208-0.021-0.020-0.010-0.004-0.012Saccopetrin A 的絕對構(gòu)型測定OOHHCH2OH2242513142122OORHHCH2OHCH3I/Ag2OOORHHCH2OCH31% NaOH1% HClHOOCHORHHCH2OHCH2N2H3COOCHORHHCH2OHH3COOCRORHHCH2OH(R)- or (S)-MTPASaccopetrin A 的絕對構(gòu)型測定H3COOCORHHCH2OCH3MTPA-(s)2.251.841.685.

8、253.483.35H3COOCORHHCH2OCH3MTPA-(R)2.441.881.775.203.413.24H3COOCORHHCH2OCH3R-0.19-0.04-0.09+0.05 +0.07 +0.11OMTPAHCH2OCH3H3COOCRRSH (S -R)H 0應(yīng)用改進(jìn)Mosher法應(yīng)注意的問題 由于非對映異構(gòu)體的化學(xué)位移差值通常較小，所以在測定這兩個(gè)非對映異構(gòu)體的氫譜時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：R-和S-MTPA酯或酰胺的濃度要相同在短時(shí)間內(nèi)測定其一維譜兩個(gè)溶劑峰的化學(xué)位移差值應(yīng)小于0.002ppm不能用C6D6、C5D5N等溶劑Mosher試劑與其它手性試劑的對比MTPA是個(gè)

9、較好的手性試劑，因?yàn)樗芊€(wěn)定，不易外消旋化；由于MTPA中苯環(huán)屏蔽作用較弱，其S-R值有時(shí)因信號重疊而難以得到準(zhǔn)確的判斷（在長鏈化合物中尤為明顯），因此限制了它的應(yīng)用;由9ATMA引起的高場位移值一般為MTPA的6至10倍，而由2NMA引起的高場位移值一般為MTPA的3倍;OOHHMeOOOHHMeOMeOMeOOOHHMeOOOHHMeOOOHHMeO(R)-1(R)-2(R)-3(R)-4(R)-51NMA2NMA9AMAMNCB和MBNC法Mosher法在測定仲醇的絕對構(gòu)型中得到廣泛應(yīng)用，但在空間位阻較大的仲醇絕對構(gòu)型的測定中難于應(yīng)用。MNCB和MBNC法在以下兩化合物中，其MNCB酯中

10、醇部分的質(zhì)子（手性碳上質(zhì)子除外），均比成酯前醇中相應(yīng)質(zhì)子信號位于高場。將0的質(zhì)子置于CB平面的左側(cè)，而0的質(zhì)子置于CB平面的右側(cè)，即可判定仲醇所連手性碳的絕對構(gòu)型。MeMeROHHHHHHHMeHHHHHHHMeHORMeMeH-0.19-0.06-0.08-0.21-0.04-0.080-0.010.030.040.1200-0.01-0.020.030.070.01-0.03-0.02MPA和FFDNB法由于MTPA分子中不存在氫，羧基酯化時(shí)不會(huì)發(fā)生外消旋化作用，因此在仲醇絕對構(gòu)型的測定中得到廣泛應(yīng)用。但有時(shí)MTPA與手性醇生成的酯存在構(gòu)象不穩(wěn)定的可能性，從而容易引起質(zhì)子信號的相互干擾。H

11、OCH3COOHNO2FO2NFMethoxyphenylacetic acid 1,5-difluoro-2,4-dinitrobeneze MPA FFDNBOHOCF3L2L3MeOOHOHL2L3MeO MTPA MPAMPA和FFDNB法FFDNB法伯醇位手性中心絕對構(gòu)型的測定伯醇位手性中心絕對構(gòu)型的測定需要注意的是，如果手性中心附近有體積較大的官能團(tuán)，由于空間位阻的影響，上述規(guī)律要慎重處理。HOOHOHOHOROH152025在化合物的15位有一體積較大的磺酸基，則26位亞基質(zhì)子在(R)-MTPA ( 4.15, 4.25)和(S)-MTPA (4.15, 4.23)酯中的化學(xué)位移

12、差別不大，沒有鑒別意義。此時(shí)，若將磺酸基水解掉，即可應(yīng)用上述規(guī)律。R=HR=SO3Na羧酸絕對構(gòu)型的測定HEtO2COHOHH2NHZEthyl 2-(9-anthryl)-2-hydroxyacetate9-AHAArylcyclohexanolsZ=NMe2, PGDAZ=OMe, PGME羧酸絕對構(gòu)型的測定伯胺絕對構(gòu)型的測定HMeOCOOHPhCF3MeOCOOHPhOOHHMeONHCOOHPhBocH伯胺絕對構(gòu)型的測定旋光色譜（ORD)和圓二色譜(CD)的測定原理 手性化合物對組成平面偏振光的左旋圓偏振光和右旋圓偏振光的折射率不同，即nRnL，這種性質(zhì)稱為手性化合物的圓雙折射性，由此

13、造成了這兩種偏振光在手性化合物溶液中的傳播速度的不同，即 vRvL。當(dāng)測定旋光的儀器接收透過手性化合物溶液的平面偏振光時(shí)，由于傳播速度不同的左旋圓偏振光和右旋圓偏振光組合成的平面偏振光，其振動(dòng)面與原平面偏振光的振動(dòng)面產(chǎn)生角度的偏轉(zhuǎn)，因而儀器可以記錄平面偏振光偏轉(zhuǎn)的角度，即旋光度。旋光光譜(ORD): 用儀器記錄隨波長變化而產(chǎn)生的旋光度的改變。D-線讀數(shù)通常是多重ORD曲線的總和比旋光：= /lc, ：旋轉(zhuǎn)角 l：池長（dm) C:濃度(g/ml)分子旋光：=(m0（分子量）/100分子振幅：A=(1- 2)/100, 1, 2為極限值旋光色譜（ORD)和圓二色譜(CD)的測定原理圓二色譜(CD

14、):隨波長變化而產(chǎn)生的手性化合物溶液對左旋圓偏振光和右旋圓偏振光的吸收系數(shù)之差()的變化或化合物生色團(tuán)吸收波長附近的摩爾橢圓度()的變化。比橢圓度：= /lc, ：橢圓角 l：池長（dm) C:濃度(g/ml)分子橢圓度：=(m0（分子量）/100Cotton 效應(yīng)及其識(shí)別 ORD中的Cotton效應(yīng)：是指ORD譜的平滑曲線當(dāng)接近所測化合物的最大吸收峰時(shí)，出現(xiàn)的異常s型曲線。這種曲線被稱為Cotton效應(yīng)曲線。左旋生色團(tuán)右旋生色團(tuán)+-+UV, ORD, CD譜復(fù)合Cotton效應(yīng)Cotton效應(yīng)的正負(fù)與化合物中靠近生色團(tuán)的構(gòu)型有密切的聯(lián)系，即通過一些積累的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，可以在一定條件下把該生色團(tuán)附

15、近的手性中心的構(gòu)型聯(lián)系起來。ORD和CD的應(yīng)用原則當(dāng)一個(gè)化合物的平面結(jié)構(gòu)和相對構(gòu)型已知，CD譜可以用來決定它的絕對構(gòu)型；經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：飽和環(huán)酮（五元、六元環(huán)酮）、,-不飽和環(huán)酮（五元、六元環(huán)）， ,-不飽和環(huán)酮、內(nèi)酯、共軛雙鍵、帶芳香基的化合物等手性化合物。飽和環(huán)酮的八區(qū)律C=O, n 270 nm310 nm, 為50200Cotton效應(yīng)的正負(fù)和譜形是羰基所處不對稱環(huán)境的反映不對稱中心離羰基越近，影響越明顯飽和環(huán)酮的八區(qū)律位于分割面上的取代基，對Cotton效應(yīng)的貢獻(xiàn)為零；位于正負(fù)區(qū)的取代基效應(yīng)可互相抵消；取代基對于Cotton效應(yīng)貢獻(xiàn)的大小隨著與生色團(tuán)的距離增加而減少，貢獻(xiàn)的大小與取代基的性

16、質(zhì)有關(guān)；-直鍵鹵酮規(guī)則：在酮的-平伏鍵上引入鹵原子，不引起母體酮的Cotton效應(yīng)性質(zhì)的改變；但當(dāng)鹵原子處在-直立鍵，則將隨此鹵原子在八區(qū)中所處的區(qū)，決定譜線的Cotton效應(yīng)；在應(yīng)用八區(qū)律測定有機(jī)化合物的相對構(gòu)型和絕對構(gòu)型時(shí)，需要先明確該化合物的優(yōu)勢構(gòu)象。+-+-前分區(qū) 后分區(qū)ORHHORHHOHHRHHORROOR預(yù)測：正性實(shí)測：正性預(yù)測：負(fù)性實(shí)測：負(fù)性O(shè)HOHOOHOH預(yù)測：正性實(shí)測：正性O(shè)HBrOBrBrO預(yù)測：負(fù)性實(shí)測：-152優(yōu)勢構(gòu)象為6aOH環(huán)戊酮和任何包含一 個(gè)環(huán)戊酮結(jié)構(gòu)的化合物螺旋型、不對稱的信 封型、折疊型環(huán)上的C原子所占據(jù) 的八區(qū)位置的符號 決定分子的 Cotton效 應(yīng)

17、符號 =+2.1環(huán)戊酮化合物8的八區(qū)投影以及它的母體化合物素馨苦甙單萜化合物的立體化學(xué)研究A/B環(huán)反式稠和CD激發(fā)態(tài)手征性方法對裂分的圓二色譜譜線進(jìn)行研究，其Cotton效應(yīng)產(chǎn)生的原因是：一個(gè)手性分子中含有兩個(gè)相同的（或波長接近的）生色團(tuán)，且這兩個(gè)生色團(tuán)都具有強(qiáng)的*躍遷，當(dāng)它們處于相互有關(guān)的環(huán)境中時(shí)，生色團(tuán)的電子躍遷偶極矩便會(huì)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)偶合作用，如這兩生色團(tuán)成不對稱排列時(shí)，在圓二色譜上生色團(tuán)紫外波長吸收處就產(chǎn)生裂分的Cotton效應(yīng)譜。由手性激發(fā)態(tài)偶合產(chǎn)生的裂分的Cotton效應(yīng)譜為兩部分符號相反的吸收組成，處于波長較長的吸收被規(guī)定為第一Cotton效應(yīng)，處于波長較短的吸收被規(guī)定為第二Cott

18、on效應(yīng)，并規(guī)定當(dāng)?shù)谝籆otton效應(yīng)符號為正，第二Cotton效應(yīng)符號為負(fù)時(shí)，整個(gè)裂分譜為正的手征性，即從長波向短波方向先峰后谷的譜線為正的手征性；反之為負(fù)的手征性。當(dāng)兩個(gè)生色團(tuán)的電子躍遷偶極矩的空間關(guān)系構(gòu)成右手螺旋狀時(shí)，則為正的手征性，當(dāng)兩個(gè)生色團(tuán)的電子躍遷偶極矩的空間關(guān)系構(gòu)成左手螺旋狀時(shí)，則為負(fù)的手征性。產(chǎn)生激發(fā)態(tài)手征性CD譜的生色團(tuán)的要求強(qiáng)的*躍遷吸收帶躍遷偶極矩方向上有確切性分子的立體結(jié)構(gòu)也要具有確定性生色團(tuán)有高的對稱性O(shè)ONHOCN229.5 nm224.6 nm234.2 nm227.6 nm產(chǎn)生激發(fā)態(tài)手征性CD譜的生色團(tuán)的要求220.2 nm251.9 nm274.0 nm26

19、5 nm241 nm259.4 nm234 nm215 nm217 nmOOCH3OOOOC27H45影響受性激發(fā)態(tài)偶合作用的因素兩生色團(tuán)的距離 A=K/d2；兩生色團(tuán)的二面角，0-180之間Cotton 效應(yīng)符號不變，當(dāng)二面角為70時(shí)，Cotton效應(yīng)的強(qiáng)度最大；兩生色團(tuán)的UV波長之差（隨紫外吸收波長的加大，裂分的CD吸收的兩部分在CD譜上逐漸拉開距離，使振幅A降低直至變成兩個(gè)獨(dú)立的CD吸收；除要求兩生色團(tuán)的吸收波長接近外，還應(yīng)盡可能離分子中其它的波長遠(yuǎn)些，以免干擾；對含有3個(gè)或3個(gè)以上相同發(fā)色團(tuán)的化合物，其激發(fā)態(tài)CD譜線為每一對發(fā)色團(tuán)手征性之和，也即激發(fā)態(tài)手征性具有加和性。相鄰的兩個(gè)對位取代的苯甲酸酯二面角與A的關(guān)系示意圖激發(fā)態(tài)Cotton效應(yīng)譜線隨兩生色團(tuán)的紫外吸收波長距離加大而變化新進(jìn)展加強(qiáng)發(fā)色團(tuán)的吸收強(qiáng)度，以便相距較遠(yuǎn)的發(fā)色團(tuán)之間能產(chǎn)生強(qiáng)的激子偶合； 5-取代-10，15，20-三苯基卟啉，其吸收在可見光區(qū)414nm開發(fā)熒光發(fā)色團(tuán)：2-萘酸酯；萘酸咪唑酰胺引入的發(fā)色團(tuán)要有合適的最大吸收波長，以免與分子中原有