CD法測定黃酮類

會計學(xué)1CD法測定黃酮類一.概述第1頁/共58頁1.定義

平面偏振光由振幅和相位相同的左旋圓偏振光和右旋圓偏振光組成。當(dāng)平面偏振光透過手性物質(zhì)時，平面偏振光的偏振平面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，手性物質(zhì)則吸收左旋或右旋圓偏振光。

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若以波長為橫軸，以比旋光度[α]λ或摩爾旋光度[φ]λ為縱軸作圖，可得一條曲線，稱該曲線為ORD（opticalrotatorydispersion）曲線或旋光譜。產(chǎn)生旋光的原因為折射率的差（nR≠nL）。[φ]λ=[α]λMr/100Mr為樣品的相對分子量，100是一個人為規(guī)定的參數(shù)，目的是使摩爾旋光度數(shù)值不致偏大。若以波長為橫軸，以手性物質(zhì)對左及右旋圓偏振光的摩爾吸光系數(shù)之差Δε或摩爾橢圓度[θ]為縱軸作圖，所得到的曲線稱為CD（circulardichroism）曲線或圓二色譜。產(chǎn)生圓二色性的原因為吸收系數(shù)的差（εR≠εL）[θ]=3300Δε第3頁/共58頁2.CD與ORD的比較相同點：CD及ORD與電子的躍遷有關(guān)，而UV則與光和分子之間的能量交換有關(guān)。不同點：CD譜簡單明了，易于解析。

ORD譜較復(fù)雜，但能夠提供更多有關(guān)立體結(jié)構(gòu)的信息。

一般來說，在紫外可見區(qū)有明顯吸收帶的化合物在研究分子結(jié)構(gòu)時用CD比ORD為佳。在近紫外波長范圍內(nèi)，沒有紫外吸收的手性化合物，測不到具有特征的CD譜，相反，ORD譜卻可以給出平坦的cotton曲線，用以研究化合物的立體結(jié)構(gòu)。

第4頁/共58頁3.CD法的應(yīng)用CD法常用于：當(dāng)優(yōu)勢構(gòu)象和相對構(gòu)型已知時，確定化合物的絕對構(gòu)型。當(dāng)絕對構(gòu)型已知時，確定化合物的優(yōu)勢構(gòu)象。除此以外，還可通過測定不同溶液中不同溫度下化合物的CD曲線來研究分子在溶液中的行為以及電子躍遷的性質(zhì)。相對構(gòu)型絕對構(gòu)型絕對構(gòu)型優(yōu)勢構(gòu)象第5頁/共58頁4.Cotton效應(yīng)（Cottoneffects,CEs）

有機分子中發(fā)色團能級躍遷受到不對稱環(huán)境的影響是產(chǎn)生CD和ORD曲線以及cotton效應(yīng)的原因。

第6頁/共58頁3、由分子軌道不互相交疊的發(fā)色團偶極相互作用產(chǎn)生的。如：1、由固有的手性發(fā)色團產(chǎn)生，如不共面的取代聯(lián)苯或螺并苯等。2、原發(fā)色團是對稱的，但在手性環(huán)境中被扭曲。如：第7頁/共58頁二、分類闡述CD法在黃酮類化合物結(jié)構(gòu)確定上的應(yīng)用第8頁/共58頁1.二氫黃酮（Flavanones）兩個結(jié)構(gòu)特征：（1）C2─C3

（2）C2為手性中心自然界主要存在的二氫黃酮均為2（S）構(gòu)型二氫黃酮的紫外吸收320－330nm270－290nmπ→π*n→π*此吸收為羰基的吸收不受芳香環(huán)上取代基的影響但受六元環(huán)的構(gòu)象影響C環(huán)受A環(huán)及4位羰基的影響,呈沙發(fā)式構(gòu)象第9頁/共58頁將A環(huán)朝向前，1、4位與A環(huán)共平面沙發(fā)式B環(huán)處于平伏鍵CottonEffects(+)第10頁/共58頁同理CottonEffects(-)第11頁/共58頁第12頁/共58頁二氫黃酮醇（3-羥基二氫黃酮）具有C-2，C-3兩個手性中心，四個異構(gòu)體首先根據(jù)J2,

3判斷相對構(gòu)型再根據(jù)CD曲線的符號判斷2位的絕對構(gòu)型第13頁/共58頁第14頁/共58頁第15頁/共58頁二氫異黃酮第16頁/共58頁小結(jié)-二氫(異)黃酮(醇)有兩個手性中心的，通過偶合常數(shù)J判斷相對構(gòu)型：11Hz→trans;3Hz→cis。C環(huán)為沙發(fā)式構(gòu)象，優(yōu)勢構(gòu)象為B環(huán)處于平伏鍵上。n→π*（羰基）Cotton效應(yīng)的符號受C環(huán)構(gòu)象影響。沙發(fā)式的P-helicity，n→π*（羰基）CEs為正，M-helicity，n→π*（羰基）CEs為負。第17頁/共58頁黃烷

在觀測芳香化合物的CD譜時，常常觀測苯環(huán)的1Lb帶（260~280nm）及1La帶（200~240nm），即為通常所說的苯環(huán)的B帶和E帶。由于1La帶處于短波長處，容易被掩蓋，故常通過測定1Lb帶來判斷化合物的絕對構(gòu)型。

1La帶

1Lb帶第18頁/共58頁

在對稱的芳香體系中，1Lb帶吸收較弱；但在非對稱的芳香體系中，此吸收帶的符號及幅度（吸收度）與化合物的手性密切相關(guān)。苯環(huán)的取代模式對CEs的符號及幅度（吸收度）有影響。第19頁/共58頁1）單取代苯

單取代苯的偏振圖（polarizationdiagram）

為了衡量芳香環(huán)上的取代基對其紫外吸收以及CEs符號的貢獻，引入旋光矩（spectroscopicmoment,q）的概念。對于1Lb帶，當(dāng)取代基團為供電基時，旋光矩矢量從+區(qū)指向-區(qū)，垂直于取代基的成鍵軌道；對于1La帶,當(dāng)取代基團為供電基時，旋光矩矢量從+區(qū)指向-區(qū)，與取代基的成鍵軌道平行。而當(dāng)取代基為吸電基時，方向相反，即從-區(qū)指向+區(qū)。1La帶

1Lb帶qOCH3=31,qNHCH3=27,qethyl=4.5第20頁/共58頁當(dāng)苯環(huán)上有其他非手性取代基時，旋光矩取其矢量和μ（即電子躍遷矩），通過μ的方向能大致判斷CEs的符號變化。

當(dāng)μ的方向與單取代苯μ的方向一致時（即對位取代），此時取代基不改變原單取代苯的CEs。當(dāng)μ的方向與單取代苯μ的方向不一致時（即鄰、間位取代），此時取代基改變原單取代苯的CEs。第21頁/共58頁第22頁/共58頁

芳香環(huán)上的對位取代基對Cotton曲線的精細結(jié)構(gòu)有影響；距離芳香環(huán)較近的取代基對CEs的符號有較大的影響。

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為了說明非芳香環(huán)上的取代基對CEs的影響，引入單取代苯的1Lb帶及1La帶的區(qū)律概念。

單取代苯環(huán)的1Lb帶十二區(qū)律圖

單取代苯環(huán)的1La帶十六區(qū)律圖第24頁/共58頁2）苯駢六元環(huán)苯駢六元環(huán)結(jié)構(gòu)的1Lb帶主要受以下幾個因素的影響：芳香環(huán)的手性（firstsphere）；脂肪環(huán)的手性（構(gòu)象）（secondsphere）；脂肪環(huán)上的取代情況（thirdsphere）。其中環(huán)結(jié)構(gòu)的手性決定1Lb帶的峰位、幅度（吸收度）、符號，以P-螺旋及M-螺旋來描述以半椅式或沙發(fā)式構(gòu)象存在的六元環(huán)的手性。

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P-螺旋及M-螺旋用扭轉(zhuǎn)角（torsionangle，ω）定義，ω為1a，α，β，γ四個原子所形成的角度，即由1a，α，β三個原子所確定的平面與α，β，γ三個原子所確定的平面之間的二面角。由于兩個平面有一個交線—α，β兩個原子之間的鍵，所以二面角可以粗略地看作是鍵1a-α與鍵β-γ之間的夾角。在α，β兩原子的紐曼投影式中，α原子朝前，由鍵1a-α向鍵β-γ以銳角旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向為順時針時為P-螺旋；當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向為逆時針時，為M-螺旋。第26頁/共58頁

對于四氫萘、四氫異喹啉、異色原烷、苯駢二氧六環(huán)類化合物，當(dāng)其優(yōu)勢構(gòu)象為半椅式構(gòu)象時可用螺旋規(guī)則（helicityrule）來判斷CEs的符號，即當(dāng)芳香環(huán)上沒有其他取代基或6，7位均連有相同取代基，且芐位上沒有處于半直立鍵的取代基時，六元環(huán)的P-螺旋（P-helicity）將產(chǎn)生正的CEs，而M-螺旋（M-helicity）將產(chǎn)生負的CEs。

第27頁/共58頁四氫萘、四氫異喹啉、異色原烷、苯駢二氧六環(huán)類化合物的螺旋規(guī)則六元環(huán)呈半椅式構(gòu)象第28頁/共58頁

對于色原烷及四氫喹啉類，由于qOCH3及qNHCH3遠大于qethyl，使μ的方向偏離C2-C3的鍵軸的方向(30~60°)，故對于此類化合物的螺旋規(guī)則恰好與上述討論相反，即當(dāng)六元環(huán)優(yōu)勢構(gòu)象為半椅式，且芳香環(huán)上沒有其他取代基或6，7位均連有相同取代基，且芐位上沒有處于半直立鍵的取代基時，六元環(huán)的P-螺旋（P-helicity）將產(chǎn)生負的CEs，而M-螺旋（M-helicity）將產(chǎn)生正的CEs。

色原烷及四氫喹啉類化合物的μ色原烷及四氫喹啉類化合物的螺旋規(guī)則第29頁/共58頁

芳香環(huán)的手性（firstsphere）主要是指由前面所述的聯(lián)苯或螺己省等固有的手性發(fā)色團產(chǎn)生的CEs。

當(dāng)芳香環(huán)上有旋光矩較大的取代基取代時，可用μ的方向變化來判斷CEs的符號。若μ的方向偏離C2-C3的鍵軸的方向(30~60°)，則取代基改變CEs的符號。對于色原烷類，5or/and7取代羥基或甲氧基時，不改變其螺旋規(guī)則。第30頁/共58頁黃烷第31頁/共58頁3-羥基黃烷第32頁/共58頁第33頁/共58頁J2,3=7.4Hz280nmCEs(-)2,3-trans(2R,3S)(2S,3R)2R第34頁/共58頁第35頁/共58頁3,4-二羥基黃烷第36頁/共58頁第37頁/共58頁4-羥基黃烷第38頁/共58頁2,4-cis第39頁/共58頁2,4-cis第40頁/共58頁苯駢六元環(huán)結(jié)構(gòu)的1Lb帶主要受以下幾個因素的影響：芳香環(huán)的手性（firstsphere）；脂肪環(huán)的手性（構(gòu)象）（secondsphere）；脂肪環(huán)上的取代情況（thirdsphere）。其中環(huán)結(jié)構(gòu)的手性決定1Lb帶的峰位、幅度（吸收度）、符號，以P-螺旋及M-螺旋來描述以半椅式或沙發(fā)式構(gòu)象存在的六元環(huán)的手性。對于色原烷及四氫喹啉類，當(dāng)六元環(huán)優(yōu)勢構(gòu)象為半椅式，且芳香環(huán)上沒有其他取代基或6，7位均連有相同取代基，且芐位上沒有處于半直立鍵的取代基時，六元環(huán)的P-螺旋（P-helicity）將產(chǎn)生負的CEs，而M-螺旋（M-helicity）將產(chǎn)生正的CEs。當(dāng)脂肪環(huán)的優(yōu)勢構(gòu)象為沙發(fā)式，其對的貢獻減小，而其上取代基對CEs的符號貢獻增大。第41頁/共58頁

為了說明脂肪環(huán)上的取代基對CEs的影響，引入苯環(huán)的1Lb帶及1La帶的區(qū)律的概念。

A：1La帶區(qū)律的上半?yún)^(qū)B：1Lb帶區(qū)律的上半?yún)^(qū)第42頁/共58頁第43頁/共58頁2,4-trans第44頁/共58頁對于色原烷及四氫喹啉類，當(dāng)六元環(huán)優(yōu)勢構(gòu)象為半椅式，且芳香環(huán)上沒有其他取代基或6，7位均連有相同取代基，且芐位上沒有處于半直立鍵的取代基時，六元環(huán)的P-螺旋（P-helicity）將產(chǎn)生負的CEs，而M-螺旋（M-helicity）將產(chǎn)生正的CEs。當(dāng)六元環(huán)優(yōu)勢構(gòu)象為半椅式，且芳香環(huán)上沒有其他取代基或6，7位均連有相同取代基，且芐位上有處于半直立鍵的取代基時，六元環(huán)的P-螺旋將產(chǎn)生正的CEs，而M-螺旋將產(chǎn)生負的CEs。第45頁/共58頁2,4-trans第46頁/共58頁第47頁/共58頁第48頁/共58頁異黃烷符合”反”色原烷螺旋規(guī)則且溶劑效應(yīng)較強第49頁/共58頁苯環(huán)π→π*躍遷的1La帶及1Lb帶。旋光矩矢量的應(yīng)用——用于判斷苯環(huán)上引入取代基后對原來化合物CEs符號的影響。苯并六元環(huán)的CEs符號的影響因素：芳香環(huán)的手性（firstsphere）；脂肪環(huán)的手性（構(gòu)象）（secondsphere）；脂肪環(huán)上的取代情況（thirdsphere）。其中脂肪環(huán)的手性（構(gòu)象）為主要影響因素。P-螺旋及M-螺旋的概念。對于黃烷，3-羥基黃烷及3,4-二羥基黃烷，當(dāng)六元環(huán)優(yōu)勢構(gòu)象為半椅式，且芳香環(huán)上沒有其他取代基或6，7位均連有相同取代基，且芐位上沒有處于半直立鍵的取代基時，六元環(huán)的P-螺旋（P-helicity）將產(chǎn)生負的CEs，而M-螺旋（M-helicity）將產(chǎn)生正的CEs。區(qū)律規(guī)則的引入。對于4-羥基黃烷，4位（芐位）引入取代基若改變脂肪環(huán)的優(yōu)勢構(gòu)象，使之成為沙發(fā)式時，因為沙發(fā)式作為secondsphere對CEs符號的影響變小，thirdsphere對CEs符號的影響增大，起到主導(dǎo)作用。通過相應(yīng)的區(qū)律規(guī)則判斷CEs