手性的本質(zhì)及其多種表征研究進(jìn)展

1、 -helix(Pauling 1950)1,1-bi-2-naphthol (BINOL)旋光儀旋光儀幾何對(duì)稱性角度，靜態(tài)物體對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體和磁場(chǎng)等很必要 動(dòng)力學(xué)拆分動(dòng)力學(xué)拆分NMR重原子共振散射重原子共振散射 最可信最可信需要單晶需要單晶 手性光學(xué)方法手性光學(xué)方法 需要從頭計(jì)算方法輔助需要從頭計(jì)算方法輔助光學(xué)純光學(xué)純 ee 對(duì)映體分離對(duì)映體分離定性分析定性分析手性固定相手性固定相非對(duì)映異構(gòu)體非對(duì)映異構(gòu)體各項(xiàng)異性各項(xiàng)異性結(jié)合結(jié)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)來解來解決絕對(duì)結(jié)構(gòu)問題決絕對(duì)結(jié)構(gòu)問題Prof. Dr. J.M. Bijv

2、oet (1892-1980)1953年Franklin拍攝DNA的X光片1954年Dorothy Hodgkin(1964年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))解析penicillin的晶體結(jié)構(gòu)X射線角度儀Flack 參數(shù)參數(shù) (20世紀(jì)世紀(jì)80年代年代)Bijvoet對(duì)強(qiáng)度差別對(duì)強(qiáng)度差別(最初最初)重原子重原子內(nèi)層電子對(duì)內(nèi)層電子對(duì)X射線散射相移小于射線散射相移小于180度，度，當(dāng)當(dāng)X射線頻率接近重原子內(nèi)層電子射線頻率接近重原子內(nèi)層電子(K層層)的共振的共振頻率時(shí)，散射因子二級(jí)效應(yīng)頻率時(shí)，散射因子二級(jí)效應(yīng)f 起主要作用起主要作用輕原子共振頻率位于長(zhǎng)波方向，很難獲得輕原子共振頻率位于長(zhǎng)波方向，很難獲得沒有沒有X射線

3、聚焦棱鏡，只能依賴射線聚焦棱鏡，只能依賴Fraunhofer 衍射花樣的反射強(qiáng)度差異衍射花樣的反射強(qiáng)度差異工作流程用用ps-fs脈沖脈沖X 射線激光研究射線激光研究核酶的構(gòu)象變化核酶的構(gòu)象變化 Robert C.Spitale，Joseph E. Wedekind，Methods 49 (2009) 87100將手性底物轉(zhuǎn)換成兩個(gè)不同物種將手性底物轉(zhuǎn)換成兩個(gè)不同物種( (非對(duì)映異構(gòu)非對(duì)映異構(gòu)體或構(gòu)象體體或構(gòu)象體) )，從而可以區(qū)分，從而可以區(qū)分( (相對(duì)經(jīng)驗(yàn)方法相對(duì)經(jīng)驗(yàn)方法) )Cram(1987年Noble化學(xué)獎(jiǎng)):化學(xué)位移的差別化學(xué)位移的差別,符號(hào)提供構(gòu)型信息（各向異性）符號(hào)提供構(gòu)型信息（

4、各向異性）HPLC-NMR在線檢測(cè)在線檢測(cè)“Mix and Shake”方法方法采用樹脂接連的輔助試劑采用樹脂接連的輔助試劑分子基礎(chǔ)：X射線結(jié)構(gòu)顯示二級(jí)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(duì)映體純二級(jí)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；外消旋分子?；?；醇解；發(fā)色基團(tuán)功能化等發(fā)色基團(tuán)功能化等拆分：拆分：監(jiān)測(cè)拆分進(jìn)度，在合適的轉(zhuǎn)化率監(jiān)測(cè)拆分進(jìn)度，在合適的轉(zhuǎn)化率時(shí)經(jīng)手性色譜分離時(shí)經(jīng)手性色譜分離經(jīng)驗(yàn)規(guī)則只適用于二級(jí)醇；經(jīng)驗(yàn)規(guī)則只適用于二級(jí)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)近半數(shù)實(shí)驗(yàn)都需要一個(gè)已知構(gòu)型的二級(jí)醇作近半數(shù)實(shí)驗(yàn)都需要一個(gè)已知構(gòu)型的二級(jí)醇作為參考為參考Candida rugosa lipase (CRL) 只適用于環(huán)只適用于環(huán)狀醇，而不適用于芳香醇，可能是其位點(diǎn)更狀醇，而不適用于芳香醇，可能是其位點(diǎn)更寬寬)-i(-)expi(2110kzteeyxR EE)-i(-)expi(2110kzteeyxL EEUV-VisIRRamanLinearly polarized light (LP) 線偏振光線偏振光Circularly polarized light (

6、CP)圓偏振光圓偏振光RCPLCP 尋找穩(wěn)定構(gòu)象尋找穩(wěn)定構(gòu)象（Mnote-Carlo, DFT)與實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)比較與實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)比較（NMR或其他）或其他）各構(gòu)型譜線各構(gòu)型譜線（R vs.)擬合光譜擬合光譜（線型，帶寬）（線型，帶寬）平均譜圖平均譜圖（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)色譜檢測(cè)器與電子圓二色在線檢測(cè)獨(dú)立，色譜檢測(cè)器與電子圓二色在線檢測(cè)獨(dú)立，CD采用停留模式采用停留模式電子躍遷發(fā)生在電子基態(tài)的振動(dòng)能級(jí)之間電子基態(tài)的振動(dòng)能級(jí)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 不需要手

8、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?；姆N構(gòu)象加權(quán)平均相似結(jié)構(gòu)，不同旋光方向，相同絕對(duì)構(gòu)型相似結(jié)構(gòu)，不同旋光方向，相同絕對(duì)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Trger堿絕對(duì)構(gòu)型為R,R(+) Stephens等用手性紅外光譜顯示其絕對(duì)構(gòu)型為R,R(-)/S,S(+)，與Mason的歸屬正好相反 Besse等采用Bijv

9、oet X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(duì)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)行少重原子的分子進(jìn)行Bijvoet X射線結(jié)晶學(xué)方法分析，手射線結(jié)晶學(xué)方法分析，手性紅外光譜是確定絕對(duì)構(gòu)型更強(qiáng)大的工具性紅外光譜是確定絕對(duì)構(gòu)型更強(qiáng)大的工具 IR-ILIRIL手性結(jié)構(gòu)測(cè)定手性結(jié)構(gòu)測(cè)定由于不同構(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, et al. Nature 2007,446:526

10、-529電子分布高度對(duì)稱的九構(gòu)象手性分子電子分布高度對(duì)稱的九構(gòu)象手性分子(R)-2H1,2H2,2H3-neopentane所有的手性鑒定方法都有其本身的局限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)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)確程度高鑒定的準(zhǔn)確程度X射線結(jié)晶方法仍是研究單晶手性分子最射線結(jié)晶方法仍是研究單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如果單一手性的連續(xù)性被打破了會(huì)怎樣如果單一手性的連續(xù)性被打破了會(huì)怎樣?單晶單晶分子分子凝聚態(tài)凝聚態(tài)非手性非手性m, mm2, 4, 42m: 是是 其他點(diǎn)群其他點(diǎn)群: 否否否否手性手性是是對(duì)映體純對(duì)映體純:是是外消旋外消旋: 否否對(duì)映體混

14、合對(duì)映體混合: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