手性的本質(zhì)及其多種表征研究進(jìn)展

手性的本質(zhì)及其多種表征研究進(jìn)展

總結(jié)與展望手性表征與進(jìn)展分子手性相關(guān)研究手性的含義內(nèi)容α-helix(Pauling1950)1,1'-bi-2-naphthol(BINOL)手性意味著什么?不能與鏡像重合WilliamThomson,LordKelvin(1824-1907)光學(xué)活性:(+)/(-)-對于一對對映體旋光儀手性的嚴(yán)格定義

IUPAC:物體不能通過純粹的轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)和其沿一點(diǎn)反演的鏡像完全重合;物體所屬對稱群不能包含第二類對稱操作(1,m,3,4,6)。?Barron:

真實(shí)的手性是由存在兩個(gè)不同對映態(tài)的系統(tǒng)顯現(xiàn)，這兩個(gè)對映態(tài)通過空間反演內(nèi)轉(zhuǎn)換，但是不能通過時(shí)間反演與任何純空間轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)轉(zhuǎn)換。幾何對稱性角度，靜態(tài)物體對于運(yùn)動(dòng)物體和磁場等很必要大多數(shù)藥物都是手性分子。由于藥物與細(xì)胞靶向分子必須匹配，因此經(jīng)常只有一種對映體產(chǎn)生藥效。在某些特定情況下，另一種對映體甚至可能有害就像鞋與腳的匹配關(guān)系一樣，這些分子只與感覺器官的左或右手形式的感受體發(fā)生作用手性的表現(xiàn)分子手性研究方法

動(dòng)力學(xué)拆分非經(jīng)驗(yàn)方法X-射線結(jié)晶學(xué)旋光色散手性紅外/拉曼相對經(jīng)驗(yàn)方法HPLCNMR圓二色

酶拆分重原子共振散射最可信需要單晶手性光學(xué)方法需要從頭計(jì)算方法輔助光學(xué)純≠ee對映體分離定性分析手性固定相非對映異構(gòu)體各項(xiàng)異性結(jié)合HPLC1950年Bijvoet

采用重原子反常色散(共振散射)來解決絕對結(jié)構(gòu)問題Prof.Dr.J.M.Bijvoet(1892-1980)1953年Franklin拍攝DNA的X光片1954年DorothyHodgkin(1964年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))解析penicillin的晶體結(jié)構(gòu)X射線結(jié)晶學(xué)X射線角度儀Flack參數(shù)(20世紀(jì)80年代)Bijvoet對強(qiáng)度差別(最初)重原子內(nèi)層電子對X射線散射相移小于180度，當(dāng)X射線頻率接近重原子內(nèi)層電子(K層)的共振頻率時(shí)，散射因子二級效應(yīng)f’’起主要作用共振散射(反常散射)：f=f0+f’+if’’X射線結(jié)晶學(xué)輕原子共振頻率位于長波方向，很難獲得沒有X射線聚焦棱鏡，只能依賴Fraunhofer

衍射花樣的反射強(qiáng)度差異工作流程用ps-fs脈沖X射線激光研究核酶的構(gòu)象變化RobertC.Spitale，JosephE.Wedekind，Methods49(2009)87–100X射線結(jié)晶學(xué)最新研究手性核磁共振將手性底物轉(zhuǎn)換成兩個(gè)不同物種(非對映異構(gòu)體或構(gòu)象體)，從而可以區(qū)分(相對經(jīng)驗(yàn)方法)Cram(1987年Noble化學(xué)獎(jiǎng))Δδ:化學(xué)位移的差別,符號提供構(gòu)型信息（各向異性）HPLC-NMR在線檢測“MixandShake”方法采用樹脂接連的輔助試劑手性核磁共振新趨勢酶動(dòng)力學(xué)拆分分子基礎(chǔ)：X射線結(jié)構(gòu)顯示二級醇結(jié)合位點(diǎn)包含大的憎水域?qū)θ軇╅_放和一個(gè)小的域經(jīng)驗(yàn)的方法依賴于與已知構(gòu)型手性分子的相似性大多數(shù)情況下主要目的是制備對映體純二級醇兩個(gè)取代基差別大酶的高手性選擇性外消旋分子?；?；醇解；發(fā)色基團(tuán)功能化等拆分：監(jiān)測拆分進(jìn)度，在合適的轉(zhuǎn)化率時(shí)經(jīng)手性色譜分離取代基尺寸(不是RS構(gòu)型)預(yù)測快反應(yīng)的對映體立體效應(yīng)為主，也應(yīng)考慮電子效應(yīng)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則只適用于二級醇；最常用的酶是Burkholderia

cepacia(BCL)和CandidaantarcticalipaseB(CAL-B)近半數(shù)實(shí)驗(yàn)都需要一個(gè)已知構(gòu)型的二級醇作為參考Candidarugosalipase(CRL)只適用于環(huán)狀醇，而不適用于芳香醇，可能是其位點(diǎn)更寬酶動(dòng)力學(xué)拆分發(fā)展現(xiàn)狀手性光學(xué)方法UV-VisIRRamanLinearlypolarizedlight(LP)線偏振光Circularlypolarizedlight(CP)圓偏振光RCPLCP電子態(tài)信息更為豐富的振動(dòng)態(tài)信息手性光譜的理論模擬尋找穩(wěn)定構(gòu)象（Mnote-Carlo,DFT)與實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)比較（NMR或其他）各構(gòu)型譜線（Rvs.λ)擬合光譜（線型，帶寬）平均譜圖（Boltzmann,exp.)J.STEPHENS,etal.,

CHIRALITY,2008,20,454–470電子圓二色光譜Exciton

Chirality:FundamentalsandFrontiers,

Monatsh.Chem.,2005,136(3)NinaBerova,LorenzoDiBari,Gennaro

Pescitelli

Chem.Soc.Rev.,2007,36,914-931HPLC-圓二色光譜聯(lián)用GERHARDBRINGMANN,TOBIASA.M.GULDER,MATTHIASREICHERT,ANDTANJAGULDER，CHIRALITY20:628–642(2008)色譜檢測器與電子圓二色在線檢測獨(dú)立，CD采用停留模式手性紅外光譜電子躍遷發(fā)生在電子基態(tài)的振動(dòng)能級之間

不僅需要電荷的線性震蕩，還同時(shí)需要電荷的角度震蕩，即磁偶極的躍遷

相比較于常用的電子圓二色光譜：不需要手性化合物有生色基團(tuán)振動(dòng)躍遷比電子躍遷有小得多的譜帶寬度，高得多的分辨率；強(qiáng)度計(jì)算只依賴于電子基態(tài)波函數(shù)，而電子圓二色光譜還依賴于電子激發(fā)態(tài)波函數(shù)，基態(tài)波函數(shù)的計(jì)算要比電子激發(fā)態(tài)波函數(shù)的計(jì)算更為準(zhǔn)確(+)-plumericin=+204=-136(-)-prismatomerin

甲酰化四種構(gòu)象加權(quán)平均確定分子絕對構(gòu)型和構(gòu)象方面更為可靠手性紅外光譜研究進(jìn)展相似結(jié)構(gòu)，不同旋光方向，相同絕對構(gòu)型Mason等用電子圓二色光譜結(jié)合耦合振子模型理論判斷Tr?ger堿絕對構(gòu)型為R,R(+)Stephens等用手性紅外光譜顯示其絕對構(gòu)型為R,R(-)/S,S(+)，與Mason的歸屬正好相反Besse等采用BijvoetX射線結(jié)晶學(xué)方法判斷構(gòu)型為R(-)/S(+)但Stephens等用手性紅外光譜確定其乙酸衍生物絕對構(gòu)型為R(+)/S(-)，正好與Besse等的歸屬相反。相比較采用經(jīng)驗(yàn)的耦合振子模型的電子圓二色光譜和缺少重原子的分子進(jìn)行BijvoetX射線結(jié)晶學(xué)方法分析，手性紅外光譜是確定絕對構(gòu)型更強(qiáng)大的工具手性紅外光譜研究進(jìn)展手性拉曼光譜手性拉曼光譜測量手性分子對入射左旋和右旋圓偏振激光的拉曼光譜的微小差別IR-ILIRIL手性結(jié)構(gòu)測定立體結(jié)構(gòu)敏感 檢測分子構(gòu)象特別適合于水體系中的生物分子檢測絕對構(gòu)型而無需結(jié)晶檢測E.E(對映體過量)值而無需手性分離由于不同構(gòu)型的手性分子的磁偶極矩和電四極矩的不同產(chǎn)生的W.Hug,etal.Nature2007,446:526-529電子分布高度對稱的九構(gòu)象手性分子手性拉曼光譜研究進(jìn)展(R)-[2H1,2H2,2H3]-neopentane所有的手性鑒定方法都有其本身的局限性，結(jié)果的可信程度完全依賴于數(shù)據(jù)質(zhì)量，多種鑒定手段互相映證可以有效提高鑒定的準(zhǔn)確程度手性光學(xué)方法結(jié)合量子化學(xué)計(jì)算，特別是多種手性光學(xué)方法結(jié)合，將在不久的未來成為最流行的鑒定手性結(jié)構(gòu)的方法X射線結(jié)晶方法仍是研究單晶手性分子最可靠的方法結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)NHarada,chirality

2008,20:691–723XraycrystallographyandH1NMRTWenzel,chirality

2003,15:256–270RRiguera,Chem.Rev.2004,104:17?117NMRanistropyHFlack,GBernardinelli,chirality2008,20:681–690XraycrystallographyRSpitale,JWedekind,Methods2009,49:87–100QingJing,RKazlauskas,chirality2008,20:724–735enzymekineticresolutionJStephens,etal.,chirality,2008,20:454–470CDtheoryNinaBerova,LorenzoDiBari,Gennaro

Pescitelli

Chem.Soc.Rev.,2007,36,914-931

CDGBringmann,TGulder,MReichert,TGulder,chirality,2008,20:628–642HPLC-CDPStephens,FDevlin,Jian-JungPan,chirality,2008,20:643–663VCDLBarronMolecularlightscatteringandopticalactivity,2004,2nded(CambridgeUniversity,Cambridge)truechiralityandROAWHug,etal.Nature2007,446:526-529ROA謝謝大家歡迎提出寶貴意見生命手性形式的單一性DNAdoublehelixL-aminoacidD-sugarbasephosphateprotein手性空間手性中心如果單一手性的連續(xù)性被打破了會怎樣?手性不對稱催化合成通常實(shí)驗(yàn)室化學(xué)過程產(chǎn)生外消旋體---熱力學(xué)定律的必然結(jié)果2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予W.S.Knowles,R.Noyori

和K.B.Sharpless

以表彰他們發(fā)展了催化不對稱合成方法在手性催化劑存在的條件下，產(chǎn)物傾向于一種對映體單晶分子凝聚態(tài)非手性m,mm2,4,42m:是其他點(diǎn)群:否否手性是對映體純:是外消旋:否對映體混合:是晶體和分子的光學(xué)活性12/m

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36/m(m3)2224223262223432124364mm3m6mmmmm2442m

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