射線衍射在藥學(xué)中應(yīng)用課件

X-射線晶體學(xué)在醫(yī)藥學(xué)中的應(yīng)用1微量化合物或全未知化合物的分子結(jié)構(gòu)測定2以共晶方式存在的混合物分子結(jié)構(gòu)測定3絕對構(gòu)型測定4構(gòu)象分析5氫鍵、鹽鍵、配位鍵等的計(jì)算與分子排列規(guī)律6原料藥中溶劑分子的確定7生物大分子結(jié)構(gòu)分析8為計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)提供起始三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。X-射線晶體學(xué)在醫(yī)藥學(xué)中的應(yīng)用1微量化合物或全未知化合物的11微量化合物或全未知化合物的分子結(jié)構(gòu)測定隨著分離、提取等分析技術(shù)的飛速發(fā)展,從天然產(chǎn)物中可獲得低含量的化合物,單晶X射線衍射分析只需要一顆單晶體(約1/4～1/6mg量),就可直接使用單晶X射線分析技術(shù)獨(dú)立完成所需的化合物的全部結(jié)構(gòu)測定工作,而一般不再需要借助其它譜學(xué)(NMR、MS等)信息。1微量化合物或全未知化合物的分子結(jié)構(gòu)測定隨著分離、提取等分22以共晶方式存在的混合物分子結(jié)構(gòu)測定共晶在固體藥物樣品中是常見的現(xiàn)象,最簡單的例子是藥物分子與溶劑或結(jié)晶水分子以共晶方式存在。共晶分子結(jié)構(gòu)可以由異構(gòu)體形成,也可以由不同結(jié)構(gòu)分子形成。在藥物研究中確切地了解共晶樣品的組成成分,以及它們實(shí)際存在的比例是至關(guān)重要的。單晶X射線衍射分析技術(shù)對藥物中的共晶樣品可以給出準(zhǔn)確、定量的分析結(jié)果。2以共晶方式存在的混合物分子結(jié)構(gòu)測定共晶在固體藥物樣品中是3Chemical&PharmaceuticalBulletin(2008),56(4),439-442.DifferentconfigurationChemical&PharmaceuticalBull4DifferentStructureDifferentStructure53分子絕對構(gòu)型的測定如無特別說明，單晶X射線分析給出的是分子的相對構(gòu)型。應(yīng)用單晶X射線分析方法可獲得藥物分子的絕對構(gòu)型。測定藥物分子絕對構(gòu)型常用的方法有以下幾種。應(yīng)用反常散射法測定分子絕對構(gòu)型:利用分子中所含原子(特別是重原子)的X射線反常散射(色散)效應(yīng),可以準(zhǔn)確地測定分子構(gòu)型。3分子絕對構(gòu)型的測定如無特別說明，單晶X射線分析給出的是6PrincipleofX-rayanomalousdispersionmethod

反常散射法測定天然產(chǎn)物絕對構(gòu)型的原理PrincipleofX-rayanomalousd7正常條件下結(jié)構(gòu)因子F(hkl)=fjexp[2i(hxj+kyj+lzj)]

（f為原子散射因子）當(dāng)原子上的電子被看成自由電子時(shí)，對X-射線的散射因子為f0，散射波與入射波的相角差為固定值。當(dāng)分子中只有輕原子時(shí)，原子上的電子可被看成自由電子，衍射點(diǎn)的分布遵守Friedel’s定律，即

Ihkl=I-h-k-l,hkl=-h-k-l,Fhkl2=F-h-k-l

2Fhkl為結(jié)構(gòu)因子；“Ihkl”為衍射強(qiáng)度.正常條件下結(jié)構(gòu)因子F(hkl)=fjexp[2i(hxj8反常散射不同原子對電子的束縛能力不同，重原子對電子的束縛能力強(qiáng)，導(dǎo)致了其對X-射線的散射能力與自由電子有所不同，散射相角也發(fā)生一定漂移，稱為反常散射。反常散射不同原子對電子的束縛能力不同，重原子對電子的束縛能力9在重原子存在的條件下Ihkl

≠I-h-k-l,hkl

≠-h-k-l,Fhkl2≠F-h-k-l

2Fhkl2=(1-x)Fhkl2+xF-h-k-l

2式中x即為絕對構(gòu)型因子(Flackparameter);當(dāng)x趨近于0時(shí)，式中右邊第二項(xiàng)趨近于0，此時(shí)所得的分子模型即為化合物的絕對構(gòu)型；當(dāng)x趨近于1時(shí)，式中右邊第一項(xiàng)趨近于0，此時(shí)所得的分子模型即為化合物絕對構(gòu)型的反型。Cu靶輻射的反常散射能力強(qiáng)，而Mo靶輻射的反常散射能力弱測定絕對構(gòu)型因子即可獲得分子的絕對構(gòu)型

在重原子存在的條件下Ihkl≠I-h-k-l,h10單晶X-射線衍射測定天然產(chǎn)物絕對構(gòu)型的應(yīng)用方法單晶X-射線衍射測定天然產(chǎn)物絕對構(gòu)型的應(yīng)用方法11當(dāng)分子中含有重原子時(shí)（原子序數(shù)大于硅原子）采用Cuk或Mok輻射，均可獲得具有顯著意義的絕對構(gòu)型因子，從而可判斷分子的決對構(gòu)型，例如：cycloartan-3,29-diol-23-one3,29-disodiumsulfateJiang,R.W.;etal.J.Nat.Prod.

2008,71,1616-1619.Flackparameter0.05(3)(3S,4R,5R,8S,9S,10R,13R,14S,17R,20R)當(dāng)分子中含有重原子時(shí)（原子序數(shù)大于硅原子）采用Cuk或Mo12當(dāng)分子中不含重原子時(shí)1)大多數(shù)天然產(chǎn)物分子由碳、氫、氮、氧組成，不含重原子，采用反常散射能力較強(qiáng)的Cuk輻射（可將氮、氧看成較重原子），對于大部分結(jié)構(gòu)，仍然可以計(jì)算出正確的絕對構(gòu)型，例如:19-norbufenolideATianetal.Chem.AEur.J.

2010,16,10989-10993.當(dāng)分子中不含重原子時(shí)1)大多數(shù)天然產(chǎn)物分子由碳、氫、氮、氧132)與已知構(gòu)型分子如酒石酸、枸櫞酸共結(jié)晶橘櫞酸托瑞米芬Jiang,etal.ZhongguoYaowuHuaxueZazhi.1999,9,32-35.

2)與已知構(gòu)型分子如酒石酸、枸櫞酸共結(jié)晶橘櫞酸托瑞米芬Ji14Jiang,R.W.;Ma,S.C.;But,P.P.H.;Mak,T.C.W.J.Nat.Prod.2001,64,1266-1272.3）利用分子中已確認(rèn)的局部構(gòu)型信息確定分子絕對構(gòu)型Jiang,R.W.;Ma,S.C.;But,154)向天然產(chǎn)物中引入已知構(gòu)型片段(S)-2-methoxy-2-(1-naphthyl)propionicesterofPF1140Fujita,etal.J.Antibiot.

2005,58(6):425–427.4)向天然產(chǎn)物中引入已知構(gòu)型片段(S)-2-methoxy165）引入重原子向天然產(chǎn)物中引入重原子，常用的方法有形成生物堿的鹽酸鹽，氫溴酸鹽或氫碘酸鹽，或進(jìn)行對溴苯甲?；磻?yīng)等，例如:5）引入重原子向天然產(chǎn)物中引入重原子，常用的方法有形成生物堿17例如:absoluteconfigurationofneostenine，空間群P212121NeostenineisanalkaloidisolatedfromtheroottubersofStemonatuberosaLour.

Flackparameterx=1(2)Flackparameterx=0(2)Mok輻射例如:absoluteconfigurationof18引入重原子Jiang,etal.J.Mol.Struct.

2010,966(1-3),18-22.引入重原子Jiang,etal.J.Mol.Str19中間產(chǎn)物2的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=-3(2)Flackparameterx=4(2)中間產(chǎn)物2的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=20產(chǎn)物3的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=0.04(1)

產(chǎn)物3的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=021產(chǎn)物4的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=-0.03(0.066)絕對構(gòu)型與產(chǎn)物3一致產(chǎn)物4的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=-22AbsoluteconfigurationofstenineC1SC9RC9aRC10RC11RC12RC13SJiang,etal.J.Mol.Struct.

2010,966(1-3),18-22.Absoluteconfigurationofsten23單晶X-射線衍射測定天然產(chǎn)物絕對構(gòu)型的局限性1、能否得到合用的單晶（制約環(huán)節(jié)）

單晶X-射線衍射測定天然產(chǎn)物絕對構(gòu)型的局限性1、能否得到合用242）如晶體屬于含對稱中心和對稱面的空間群，不能測定絕對構(gòu)型，例如：三斜：P-1；單斜：P21/c；C2/c正交：PbcaP-1外消旋體Jiao,etal.J.Nat.Prod.2010,73(2),167-171.

需要折分2）如晶體屬于含對稱中心和對稱面的空間群，不能測定絕對構(gòu)型，253)部分Cuk輻射數(shù)據(jù)，其最終絕對構(gòu)型因子大于0.3，或偏差較大，難以判斷其絕對構(gòu)型?？赡茉蛴校汉⒀醣壤?，測定時(shí)沒有用低溫。解決方法：可用前面的引入局部已知構(gòu)型、引入重原子或與手性試劑共結(jié)晶等方法，也可降低衍射數(shù)據(jù)收集時(shí)的溫度。3)部分Cuk輻射數(shù)據(jù)，其最終絕對構(gòu)型因子大于0.3，或264構(gòu)象分析從單晶X射線衍射分析所得分子的立體結(jié)構(gòu)中,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出被測化合物的構(gòu)象信息:即組成藥物分子骨架各環(huán)的船或椅式構(gòu)象、環(huán)與環(huán)間的順反聯(lián)接方式、環(huán)自身的平面性質(zhì)、環(huán)與環(huán)間的扭轉(zhuǎn)角、側(cè)鏈的相對取向位置、大環(huán)構(gòu)象等。TetrahedronLetters2002,43,2415-24184構(gòu)象分析從單晶X射線衍射分析所得分子的立體結(jié)構(gòu)中,可以準(zhǔn)275氫鍵、鹽鍵、配位鍵等的計(jì)算與分子排列規(guī)律氫鍵、鹽鍵、配位鍵等是研究藥物分子生物活性中的重要信息。利用單晶X射線衍射分析結(jié)果,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出藥物分子的氫鍵、鹽鍵、配位鍵的成鍵方式和數(shù)值。特別是分子內(nèi)與分子間氫鍵的關(guān)系,將影響晶態(tài)下分子在空間形成確定排列方式,由此可獲得分子在空間的層狀、螺旋、隧道或空穴等各種排列關(guān)系,這些重要信息將有助于了解和解釋藥物分子的作用機(jī)理。5氫鍵、鹽鍵、配位鍵等的計(jì)算與分子排列規(guī)律氫鍵、鹽鍵、配位286原料藥中溶劑分子的確定在新藥與制藥研究中,原料藥中是否含有結(jié)晶水分子或溶劑分子?特別是當(dāng)重結(jié)晶過程中使用過對人體有害的溶劑時(shí),它們是否進(jìn)入晶格?其含量是多少?單晶X射線衍射分析可以準(zhǔn)確地回答這些問題。6原料藥中溶劑分子的確定在新藥與制藥研究中,原料藥中是否含29失碳香茶菜二萜與水的包結(jié)物相對構(gòu)型圖與立體結(jié)構(gòu)投影圖失碳香茶菜二萜與水的包結(jié)物相對構(gòu)型圖與立體結(jié)構(gòu)投影圖30射線衍射在藥學(xué)中應(yīng)用課件31Li,GuoQiang;Li,YaoLan;Wang,GuoCai;Liang,ZhiHong;Jiang,RenWang.ActaCrystallographica,SectionE:StructureReportsOnline2011,E67(8),o2192Li,GuoQiang;Li,YaoLan;Wa32射線衍射在藥學(xué)中應(yīng)用課件337生物大分子及其復(fù)合物的結(jié)構(gòu)測定天然產(chǎn)物中的水溶部分多含有蛋白質(zhì)、多肽、多糖類等化合物,這類物質(zhì)的生物活性一直是藥物化學(xué)家關(guān)注的內(nèi)容?，F(xiàn)有波譜分析方法,除NMR對多肽、蛋白質(zhì)等分子量低于5萬,且有同源性質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)取得進(jìn)展外,欲得到更大分子的準(zhǔn)確三維結(jié)構(gòu),還只能借助于單晶X射線衍射分析方法。我國晶體學(xué)家早在20世紀(jì)70年代就完成了結(jié)晶豬胰島素的X射線晶體結(jié)構(gòu)測定工作。7生物大分子及其復(fù)合物的結(jié)構(gòu)測定天然產(chǎn)物中的水溶部分多含有34DNA雙螺旋模型

1953年3月，沃森（JamesWatson）和克里克（FrancisCrick）在X-射線衍射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋模型，從而揭開了分子生物學(xué)的新篇章。

沃森、克里克、威爾金斯因發(fā)現(xiàn)核酸的分子結(jié)構(gòu)及其對生命物質(zhì)信息傳遞的重要性分享了1962年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。DNA雙螺旋模型1953年3月，沃森（Jame35

英國生物化學(xué)家肯德魯（JohnCowderyKendrew）和佩魯茲（MaxFerdinandPerutz），用X-射線衍射分析法研究血紅蛋白和肌紅蛋白，而且共同研究X-射線衍射晶體照相術(shù)，以及蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)與功能。

1960年，他們把一些蛋白質(zhì)分子和衍射X-射線效率特別高的大質(zhì)量原子（如金或汞的原子）結(jié)合起來，首次精確地測定了蛋白質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)?？系卖敽团弭敶姆窒砹?962年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。血紅蛋白和肌紅蛋白英國生物化學(xué)家肯德魯（JohnCowde36維生素B12

英國女化學(xué)家霍奇金（DorothyMaryCrowfootHodgkin）研究了數(shù)以百計(jì)固醇類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其中包括維生素D2

（鈣化甾醇）和碘化膽固醇。她在運(yùn)用X-射線衍射技術(shù)測定復(fù)雜晶體和大分子的空間結(jié)構(gòu)的研究中取得了巨大成就。1949年她測定出青霉素的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了青霉素的大規(guī)模生產(chǎn)。1957年又成功測定出了抗惡性貧血的有效藥物——維生素B12的巨大分子結(jié)構(gòu)，使合成維生素B12成為可能。由于霍奇金這兩項(xiàng)成果意義重大，影響深遠(yuǎn)，她于1964年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。維生素B12英國女化學(xué)家霍奇金（Dorot37胰島素分子結(jié)構(gòu)

1955年，英國生物化學(xué)家桑格（FrederickSanger）研究確定了牛胰島素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而奠定了合成胰島素的基礎(chǔ)，并促進(jìn)了對蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的研究。

22年后，桑格借助于X-射線分析法與美國生物化學(xué)家吉爾伯特（WalterGilbert）、伯格（PaulBerg）確定了胰島素分子結(jié)構(gòu)和DNA核苷酸順序以及基因結(jié)構(gòu)而共獲得1980年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。胰島素分子結(jié)構(gòu)1955年，英國生物化學(xué)家桑38水通道蛋白

2000年，美國科學(xué)家阿格雷（PeterAgre）與其他研究人員應(yīng)用場發(fā)射電子源的電子衍射方法得到分辨率為3.8埃的AQPl水通道電子密度圖，發(fā)現(xiàn)了一種被稱為水通道蛋白的細(xì)胞膜蛋白就是人們尋找已久的水通道，并公布了世界第一張水通道蛋白的高清晰度立體照片。阿格雷和麥金農(nóng)因?yàn)閷δさ鞍追肿雍碗x子通道開創(chuàng)性的研究，而共同分享了2003年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。水通道蛋白2000年，美國科學(xué)家阿格雷（Pe39DNA的復(fù)制過程

美國科學(xué)家科恩伯格（RogerKornberg）從20世紀(jì)70年代開始使用X-射線衍射技術(shù)結(jié)合放射自顯影技術(shù)，在美國斯坦福直線加速器中心的同步輻射裝置SSRL上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究遺傳信息最初復(fù)制到RNA中的過程，對此過程中各個(gè)階段的DNA、RNA和聚合酶的復(fù)合體進(jìn)行結(jié)晶，用X-射線拍下各個(gè)階段的復(fù)合體的照片，并第一個(gè)成功地將DNA的復(fù)制過程捕捉下來，從而揭示了真核生物體內(nèi)的細(xì)胞如何利用基因內(nèi)存儲(chǔ)的信息生產(chǎn)蛋白質(zhì)。科恩伯格被授予2006年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。DNA的復(fù)制過程美國科學(xué)家科恩伯格（Roge40

2003年7月，中國科學(xué)家成功解析了SARS冠狀病毒主要蛋白酶的三維結(jié)構(gòu)，這是世界上首次解析出SARS冠狀病毒蛋白酶的晶體結(jié)構(gòu)，為研制抗“非典”藥物奠定了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。研究在同步輻射國家實(shí)驗(yàn)室，利用多波長反常衍射實(shí)驗(yàn)技術(shù)，測定了該酶在四種不同條件下的三維空間結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述了該酶在底物結(jié)合區(qū)域的精確構(gòu)象。SARS冠狀病毒主要蛋白酶2003年7月，中國科學(xué)家成功解析了SARS41受體大分子與藥物分子的相互作用為發(fā)現(xiàn)和了解受體大分子與藥物分子的結(jié)合部位與活性部位,通常對受體分子與藥物分子作用后形成的復(fù)合物培養(yǎng)單晶體,再應(yīng)用單晶X射線衍射分析方法測定復(fù)合物的分子結(jié)構(gòu),為藥物分子的改造和新藥設(shè)計(jì)提供合理的建議。受體大分子與藥物分子的相互作用為發(fā)現(xiàn)和了解受體大分子與藥物分428計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)是20世紀(jì)90年代藥學(xué)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn),因它可以為藥物的改造和修飾,以及藥物的合成等提供一定的參考信息。計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件是以分子力學(xué)、熱力學(xué)、量子化學(xué)與藥理學(xué)等為基礎(chǔ)的。對于化學(xué)藥物中的小分子,起始計(jì)算依據(jù)是化合物分子的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。8計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)是20世紀(jì)43X-射線晶體學(xué)在醫(yī)藥學(xué)中的應(yīng)用1微量化合物或全未知化合物的分子結(jié)構(gòu)測定2以共晶方式存在的混合物分子結(jié)構(gòu)測定3絕對構(gòu)型測定4構(gòu)象分析5氫鍵、鹽鍵、配位鍵等的計(jì)算與分子排列規(guī)律6原料藥中溶劑分子的確定7生物大分子結(jié)構(gòu)分析8為計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)提供起始三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。X-射線晶體學(xué)在醫(yī)藥學(xué)中的應(yīng)用1微量化合物或全未知化合物的441微量化合物或全未知化合物的分子結(jié)構(gòu)測定隨著分離、提取等分析技術(shù)的飛速發(fā)展,從天然產(chǎn)物中可獲得低含量的化合物,單晶X射線衍射分析只需要一顆單晶體(約1/4～1/6mg量),就可直接使用單晶X射線分析技術(shù)獨(dú)立完成所需的化合物的全部結(jié)構(gòu)測定工作,而一般不再需要借助其它譜學(xué)(NMR、MS等)信息。1微量化合物或全未知化合物的分子結(jié)構(gòu)測定隨著分離、提取等分452以共晶方式存在的混合物分子結(jié)構(gòu)測定共晶在固體藥物樣品中是常見的現(xiàn)象,最簡單的例子是藥物分子與溶劑或結(jié)晶水分子以共晶方式存在。共晶分子結(jié)構(gòu)可以由異構(gòu)體形成,也可以由不同結(jié)構(gòu)分子形成。在藥物研究中確切地了解共晶樣品的組成成分,以及它們實(shí)際存在的比例是至關(guān)重要的。單晶X射線衍射分析技術(shù)對藥物中的共晶樣品可以給出準(zhǔn)確、定量的分析結(jié)果。2以共晶方式存在的混合物分子結(jié)構(gòu)測定共晶在固體藥物樣品中是46Chemical&PharmaceuticalBulletin(2008),56(4),439-442.DifferentconfigurationChemical&PharmaceuticalBull47DifferentStructureDifferentStructure483分子絕對構(gòu)型的測定如無特別說明，單晶X射線分析給出的是分子的相對構(gòu)型。應(yīng)用單晶X射線分析方法可獲得藥物分子的絕對構(gòu)型。測定藥物分子絕對構(gòu)型常用的方法有以下幾種。應(yīng)用反常散射法測定分子絕對構(gòu)型:利用分子中所含原子(特別是重原子)的X射線反常散射(色散)效應(yīng),可以準(zhǔn)確地測定分子構(gòu)型。3分子絕對構(gòu)型的測定如無特別說明，單晶X射線分析給出的是49PrincipleofX-rayanomalousdispersionmethod

反常散射法測定天然產(chǎn)物絕對構(gòu)型的原理PrincipleofX-rayanomalousd50正常條件下結(jié)構(gòu)因子F(hkl)=fjexp[2i(hxj+kyj+lzj)]

（f為原子散射因子）當(dāng)原子上的電子被看成自由電子時(shí)，對X-射線的散射因子為f0，散射波與入射波的相角差為固定值。當(dāng)分子中只有輕原子時(shí)，原子上的電子可被看成自由電子，衍射點(diǎn)的分布遵守Friedel’s定律，即

Ihkl=I-h-k-l,hkl=-h-k-l,Fhkl2=F-h-k-l

2Fhkl為結(jié)構(gòu)因子；“Ihkl”為衍射強(qiáng)度.正常條件下結(jié)構(gòu)因子F(hkl)=fjexp[2i(hxj51反常散射不同原子對電子的束縛能力不同，重原子對電子的束縛能力強(qiáng)，導(dǎo)致了其對X-射線的散射能力與自由電子有所不同，散射相角也發(fā)生一定漂移，稱為反常散射。反常散射不同原子對電子的束縛能力不同，重原子對電子的束縛能力52在重原子存在的條件下Ihkl

≠I-h-k-l,hkl

≠-h-k-l,Fhkl2≠F-h-k-l

2Fhkl2=(1-x)Fhkl2+xF-h-k-l

2式中x即為絕對構(gòu)型因子(Flackparameter);當(dāng)x趨近于0時(shí)，式中右邊第二項(xiàng)趨近于0，此時(shí)所得的分子模型即為化合物的絕對構(gòu)型；當(dāng)x趨近于1時(shí)，式中右邊第一項(xiàng)趨近于0，此時(shí)所得的分子模型即為化合物絕對構(gòu)型的反型。Cu靶輻射的反常散射能力強(qiáng)，而Mo靶輻射的反常散射能力弱測定絕對構(gòu)型因子即可獲得分子的絕對構(gòu)型

在重原子存在的條件下Ihkl≠I-h-k-l,h53單晶X-射線衍射測定天然產(chǎn)物絕對構(gòu)型的應(yīng)用方法單晶X-射線衍射測定天然產(chǎn)物絕對構(gòu)型的應(yīng)用方法54當(dāng)分子中含有重原子時(shí)（原子序數(shù)大于硅原子）采用Cuk或Mok輻射，均可獲得具有顯著意義的絕對構(gòu)型因子，從而可判斷分子的決對構(gòu)型，例如：cycloartan-3,29-diol-23-one3,29-disodiumsulfateJiang,R.W.;etal.J.Nat.Prod.

2008,71,1616-1619.Flackparameter0.05(3)(3S,4R,5R,8S,9S,10R,13R,14S,17R,20R)當(dāng)分子中含有重原子時(shí)（原子序數(shù)大于硅原子）采用Cuk或Mo55當(dāng)分子中不含重原子時(shí)1)大多數(shù)天然產(chǎn)物分子由碳、氫、氮、氧組成，不含重原子，采用反常散射能力較強(qiáng)的Cuk輻射（可將氮、氧看成較重原子），對于大部分結(jié)構(gòu)，仍然可以計(jì)算出正確的絕對構(gòu)型，例如:19-norbufenolideATianetal.Chem.AEur.J.

2010,16,10989-10993.當(dāng)分子中不含重原子時(shí)1)大多數(shù)天然產(chǎn)物分子由碳、氫、氮、氧562)與已知構(gòu)型分子如酒石酸、枸櫞酸共結(jié)晶橘櫞酸托瑞米芬Jiang,etal.ZhongguoYaowuHuaxueZazhi.1999,9,32-35.

2)與已知構(gòu)型分子如酒石酸、枸櫞酸共結(jié)晶橘櫞酸托瑞米芬Ji57Jiang,R.W.;Ma,S.C.;But,P.P.H.;Mak,T.C.W.J.Nat.Prod.2001,64,1266-1272.3）利用分子中已確認(rèn)的局部構(gòu)型信息確定分子絕對構(gòu)型Jiang,R.W.;Ma,S.C.;But,584)向天然產(chǎn)物中引入已知構(gòu)型片段(S)-2-methoxy-2-(1-naphthyl)propionicesterofPF1140Fujita,etal.J.Antibiot.

2005,58(6):425–427.4)向天然產(chǎn)物中引入已知構(gòu)型片段(S)-2-methoxy595）引入重原子向天然產(chǎn)物中引入重原子，常用的方法有形成生物堿的鹽酸鹽，氫溴酸鹽或氫碘酸鹽，或進(jìn)行對溴苯甲?；磻?yīng)等，例如:5）引入重原子向天然產(chǎn)物中引入重原子，常用的方法有形成生物堿60例如:absoluteconfigurationofneostenine，空間群P212121NeostenineisanalkaloidisolatedfromtheroottubersofStemonatuberosaLour.

Flackparameterx=1(2)Flackparameterx=0(2)Mok輻射例如:absoluteconfigurationof61引入重原子Jiang,etal.J.Mol.Struct.

2010,966(1-3),18-22.引入重原子Jiang,etal.J.Mol.Str62中間產(chǎn)物2的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=-3(2)Flackparameterx=4(2)中間產(chǎn)物2的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=63產(chǎn)物3的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=0.04(1)

產(chǎn)物3的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=064產(chǎn)物4的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=-0.03(0.066)絕對構(gòu)型與產(chǎn)物3一致產(chǎn)物4的絕對構(gòu)型分析Flackparameterx=-65AbsoluteconfigurationofstenineC1SC9RC9aRC10RC11RC12RC13SJiang,etal.J.Mol.Struct.

2010,966(1-3),18-22.Absoluteconfigurationofsten66單晶X-射線衍射測定天然產(chǎn)物絕對構(gòu)型的局限性1、能否得到合用的單晶（制約環(huán)節(jié)）

單晶X-射線衍射測定天然產(chǎn)物絕對構(gòu)型的局限性1、能否得到合用672）如晶體屬于含對稱中心和對稱面的空間群，不能測定絕對構(gòu)型，例如：三斜：P-1；單斜：P21/c；C2/c正交：PbcaP-1外消旋體Jiao,etal.J.Nat.Prod.2010,73(2),167-171.

需要折分2）如晶體屬于含對稱中心和對稱面的空間群，不能測定絕對構(gòu)型，683)部分Cuk輻射數(shù)據(jù)，其最終絕對構(gòu)型因子大于0.3，或偏差較大，難以判斷其絕對構(gòu)型。可能原因有：含氮、氧比例低，測定時(shí)沒有用低溫。解決方法：可用前面的引入局部已知構(gòu)型、引入重原子或與手性試劑共結(jié)晶等方法，也可降低衍射數(shù)據(jù)收集時(shí)的溫度。3)部分Cuk輻射數(shù)據(jù)，其最終絕對構(gòu)型因子大于0.3，或694構(gòu)象分析從單晶X射線衍射分析所得分子的立體結(jié)構(gòu)中,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出被測化合物的構(gòu)象信息:即組成藥物分子骨架各環(huán)的船或椅式構(gòu)象、環(huán)與環(huán)間的順反聯(lián)接方式、環(huán)自身的平面性質(zhì)、環(huán)與環(huán)間的扭轉(zhuǎn)角、側(cè)鏈的相對取向位置、大環(huán)構(gòu)象等。TetrahedronLetters2002,43,2415-24184構(gòu)象分析從單晶X射線衍射分析所得分子的立體結(jié)構(gòu)中,可以準(zhǔn)705氫鍵、鹽鍵、配位鍵等的計(jì)算與分子排列規(guī)律氫鍵、鹽鍵、配位鍵等是研究藥物分子生物活性中的重要信息。利用單晶X射線衍射分析結(jié)果,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出藥物分子的氫鍵、鹽鍵、配位鍵的成鍵方式和數(shù)值。特別是分子內(nèi)與分子間氫鍵的關(guān)系,將影響晶態(tài)下分子在空間形成確定排列方式,由此可獲得分子在空間的層狀、螺旋、隧道或空穴等各種排列關(guān)系,這些重要信息將有助于了解和解釋藥物分子的作用機(jī)理。5氫鍵、鹽鍵、配位鍵等的計(jì)算與分子排列規(guī)律氫鍵、鹽鍵、配位716原料藥中溶劑分子的確定在新藥與制藥研究中,原料藥中是否含有結(jié)晶水分子或溶劑分子?特別是當(dāng)重結(jié)晶過程中使用過對人體有害的溶劑時(shí),它們是否進(jìn)入晶格?其含量是多少?單晶X射線衍射分析可以準(zhǔn)確地回答這些問題。6原料藥中溶劑分子的確定在新藥與制藥研究中,原料藥中是否含72失碳香茶菜二萜與水的包結(jié)物相對構(gòu)型圖與立體結(jié)構(gòu)投影圖失碳香茶菜二萜與水的包結(jié)物相對構(gòu)型圖與立體結(jié)構(gòu)投影圖73射線衍射在藥學(xué)中應(yīng)用課件74Li,GuoQiang;Li,YaoLan;Wang,GuoCai;Liang,ZhiHong;Jiang,RenWang.ActaCrystallographica,SectionE:StructureReportsOnline2011,E67(8),o2192Li,GuoQiang;Li,YaoLan;Wa75射線衍射在藥學(xué)中應(yīng)用課件767生物大分子及其復(fù)合物的結(jié)構(gòu)測定天然產(chǎn)物中的水溶部分多含有蛋白質(zhì)、多肽、多糖類等化合物,這類物質(zhì)的生物活性一直是藥物化學(xué)家關(guān)注的內(nèi)容?，F(xiàn)有波譜分析方法,除NMR對多肽、蛋白質(zhì)等分子量低于5萬,且有同源性質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)取得進(jìn)展外,欲得到更大分子的準(zhǔn)確三維結(jié)構(gòu),還只能借助于單晶X射線衍射分析方法。我國晶體學(xué)家早在20世紀(jì)70年代就完成了結(jié)晶豬胰島素的X射線晶體結(jié)構(gòu)測定工作。7生物大分子及其復(fù)合物的結(jié)構(gòu)測定天然產(chǎn)物中的水溶部分多含有77DNA雙螺旋模型

1953年3月，沃森（JamesWatson）和克里克（FrancisCrick）在X-射線衍射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋模型，從而揭開了分子生物學(xué)的新篇章。

沃森、克里克、威爾金斯因發(fā)現(xiàn)核酸的分子結(jié)構(gòu)及其對生命物質(zhì)信息傳遞的重要性分享了1962年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。DNA雙螺旋模型1953年3月，沃森（Jame78

英國生物化學(xué)家肯德魯（JohnCowderyKendrew）和佩魯茲（MaxFerdinandPerutz），用X-射線衍射分析法研究血紅蛋白和肌紅蛋白，而且共同研究X-射線衍射晶體照相術(shù)，以及蛋白質(zhì)和核酸的結(jié)構(gòu)與功能。

1960年，他們把一些蛋白質(zhì)分子和衍射X-射線效率特別高的大質(zhì)量原子（如金或汞的原子）結(jié)合起來，首次精確地測定了蛋白質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)?？系卖敽团弭敶姆窒砹?962年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。血紅蛋白和肌紅蛋白英國生物化學(xué)家肯德魯（JohnCowde79維生素B12

英國女化學(xué)家霍奇金（DorothyMaryCrowfootHodgkin）研究了數(shù)以百計(jì)固醇類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其中包括維生素D2

（鈣化甾醇）和碘化膽固醇。她在運(yùn)用X-射線衍射技術(shù)測定復(fù)雜晶體和大分子的空間結(jié)構(gòu)的研究中取得了巨大成就。1949年她測定出青霉素的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了青霉素的大規(guī)模生產(chǎn)。1957年又成功測定出了抗惡性貧血的有效藥