立体有机化学（中国科大） Chapter-04 手性化合物绝对构型的测定

立体有机化学（中国科大）Chapter-04手性化合物绝对构型的测定第一节X—射线晶体衍射法1951Bijvoet首次用重原子法测定酒石酸铷钠的绝对构型；1966已有54个手性化合物用X-ray方法确定绝对构型；1979上千个化合物的绝对构型被测定确定。1、原理：重原子法Anomalousdispersion1）优点与特点：A.不依赖其它方法的权威仲裁；B.确定新类型化合物构型的唯一可靠方法；有机酸重金属盐有机碱碘化物或溴化物较轻的原子也有“反常衍射”，但很小，不足以区别；引入高性能计算机，可在短时间内进行大量数据处理，从而实现对含O、N、S、P等原子的化合物结构测定。X—射线晶体衍射法引入重原子的方法2.应用与限制C.含多个手性碳的复杂化合物，可同时确定所有C*的绝对构型；D.用量少（四圆衍射仪——几毫克一个单晶）。2）限制与不足A.仪器不普及，费时、价高；B.许多有机物实际上不能以晶体形式存在，或难以获得符合要求的单晶；(含有适当原子的合适晶体)C.不能区分H与D（只有用中子衍射）；D.结果也可能有错。X—射线晶体衍射法应用实例第二节旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用一.概述平面偏振光(Planepolarizedlight)平面偏振光特点：振动方向保持不变,振幅发生周期性变化.旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用平面偏振光(Planepolarizedlight)一束平面偏振光通过光学活性分子后，由于左、右圆偏振光的折射率不同，偏振面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光(Opticalrotation)，偏振面旋转的角度称为旋光度。向着光源方向观察，偏振面按顺时针方向旋转，称为右旋，用“+”号示；偏振面按逆时针方向旋转的，称为左旋，用“-”号表示。旋光物质的比旋光率[α]旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用旋光谱：OpticalRotatoryDispersion(ORD)比旋光度—[a]t200-700nm（[Φ]）随波长l的变化关系。对同一物质，[α]值的大小与透过光的波长l有关，比旋光率与波长的关系称为旋光色散(ORD)旋光色散(Opticalrotatorydispersion,ORD)[α]值通常较小，旋光色散常用摩尔比旋光率[Φ]表示。[Φ]=[α]M/100M为旋光物质的分子量。圆偏振光(Circularpolarizedlight)旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用振幅保持不变，而方向周期变化，电场矢量绕传播方向螺旋前进.向着光源方向观察，电场矢量方向按顺时针方向旋转的，称为右圆偏振光；电场矢量方向按逆时针方向旋转的，称为左圆偏振光。旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用圆二色性(CircularDichroism,CD)光学活性分子对左、右圆偏振光的吸收也不同，使左、右圆偏振光透过后变成椭圆偏振光，这种现象称为圆二色性。叠加原理一束自然光可以分解或看作两束相互垂直而没有相位关系的平面偏振光的加和；平面偏振光可以分解成两束相位相等而旋转方向相反的圆偏振光的加和；两束相互垂直而相位相差1/4波长的平面偏振光可以加和成一束圆偏振光；当振幅相等，并同步的左、右圆偏振光相加，则产生平面偏振光；如果这两束圆偏振光的振幅不等则产生椭圆偏振光(ellipticallypolarizedlight)旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用圆二色性谱:CircularDichroism(CD)∆e=eL–eR手性分子对左、右圆偏振光的吸收系数不同，称圆二色性。∆e∝λ200-700nm摩尔椭圆度：[q]=3300∆e∆e或[q]随入射偏振光的入射变化而变化，以∆e或[q]为纵坐标，入射光波长l为横坐标，便得到圆二色性谱——CD谱。旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用吸收(率)差：ΔA=AL–AR椭圆度θ，摩尔椭圆度[θ]θ=2.303(AL–AR)/4[θ]=3298(εL-εR)3300(εL-εR)旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用∆e=eL–eR>0正Cotton效应∆e=eL–eR<0负Cotton效应左、右圆偏振光通过不对称介质（手性物质）时，介质对左、右圆偏振光的吸收不同，即消光系数值不同eL≠eR，两者之差可为正值，也可为负值；但其正值或负值是其结构特征上的不同的反映——称之为Cotton效应。Cotton效应旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用产生CD,ORDCotton效应的本质原因lmax有发色团特征吸收的UV、ORD、CD三者之间存在如下关系：二.CD激发态偶合方法确定手性分子绝对构型旋光谱和圆二色性谱在构型测定中的应用（一）方法简介：手性分子含两个发色团Rij—发色团间的矢矩；mioa—发色团的电子跃迁偶极矩；Vij—发色团间的相互作用能。CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用（二）适用于激发态偶合的发色团1.必须有强的p—p*跃迁吸收带；2.跃迁的偶极矩在分子的几何形状上有确定的方向。偶极矩方向不确定偶极矩方向确定常用的发色团CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用(三）影响激发态偶合作用的因素CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用1.两发色团之间距离大小的影响振幅A=∆e1-∆e22.两发色团偶极矩之间夹角大小的影响夹角为70°时，A最大;夹角为0°,180°时，A=0.1/r23、两发色团UVlmax之差的影响CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用（四）应用实例CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用负Cotton效应CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用实例正Cotton效应CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用实例正Cotton效应2.用于含两个不同发色团的化合物实例-1CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用实例用于含两个不同发色团的化合物CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用实例3.其它情况下的应用1）含三个以上发色团的化合物整个分子的手征性=每一对发色团之间手征性之和CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用实例2）非环的二醇、二胺、胺基醇类化合物空间障碍太大存在几率小CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用实例当两发色团距离增大，这种对应关系的性质不变，但振幅降低。CD激发态偶合方法在确定手性分子绝对构型上的应用实例旋光谱和圆二色性谱在饱和环酮类化合物上的应用饱和环酮八区律内酯扇形区规律a,b-不饱和酮八区律共轭双烯和共轭不饱和酮的螺旋规律Cotton效应与羰基化合物间的半经验规律旋光谱和圆二色性谱在饱和环酮类化合物上的应用饱和环酮八区律Cotton效应第三节用化学相关法确定绝对构型一.用不涉及手性中心的化学反应由已知构型确定特定化合物的绝对构型每一步反应都不涉及手性中心的化学键！由已知构型确定特定化合物的绝对构型化学相关法确定绝对构型(+)-乳酸与(-)-苦杏仁酸的构型相关苦杏仁酸乳酸中介化合物由已知构型确定特定化合物的绝对构型化学相关法确定绝对构型甲基特丁基甲醇与甲基异丙基甲醇的构型相关二.用涉及手性中心的化学反应化学相关法确定绝对构型反应过程的立体化学反应物构型产物构型任知二者可推知第三者---可用于绝对构型测定反应过程的立体化学必须是经证明是可靠的，如：SN2---构型翻转邻基参与的取代---构型保持已证明可靠的构型保持的反应：涉及手性中心的化学反应化学相关法确定绝对构型三、含手型面、手型轴化合物的绝对构型测定化学相关法确定绝对构型3S3R-(+)(-)S欲知构型?R-(+)手型轴化合物的绝对构型测定化学相关法确定绝对构型第四节动力学拆分—Horeau方法测定绝对构型光学活性二级醇的绝对构型,可通过用过量外消旋a-苯基丁酰氯与之反应，反应较慢，剩下较多的那种酰氯经温和水解，得到a-苯基丁酸。剩下较多的酸与被测二级醇的构型存在如下关系：