酶动力学拆分发展现状
经验规则只适用于二级醇； 最常用的酶是Burkholderia cepacia (BCL) 和Candida antarctica lipase B (CAL-B) 近半数实验都需要一个已知构型的二级醇作 为参考 Candida rugosa lipase (CRL) 只适用于环 状醇，而不适用于芳香醇，可能是其位点更 宽
(m 3)
4mm 3m 6mm m mm2
4 42m 6 6m2 43m
32 geometric crystal classes
1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/mmm (m3m) 4/m 3 6/m
222 422 32 622 23 432
1 2 4 3 6
(m 3)
X 射线结晶学最新研究
用ps-fs脉冲X 射线激光研究 核酶的构象变化
Robert C.Spitale，Joseph E. Wedekind， Methods 49 (2009) 87–100
手性核磁共振
Cram(1987年Noble化学奖)
Δδ:化学位移的差别,符号提供构型信息（各向异性） 将手性底物转换成两个不同物种(非对映异构 体或构象体)，从而可以区分(相对经验方法)
电子圆二色光谱
V12
12
3 r12
e1 e2 3e1 e12 e2 e12
2 12 2 , 0 V12 r12 1 2 , 0 2 , , r12
HPLC-圆二色光谱联用
色谱检测器与电子圆二色在线检测独立，CD采用停留模式
GERHARDBRINGMANN, TOBIASA.M.GULDER,MATTHIASREICHERT, AND TANJAGULDER，CHIRALITY 20:628–642(2008)
手性红外光谱
电子跃迁发生在电子基态的振动能级之间
手性光学方法
Linearly polarized light (LP) 线偏振光
1 E E0 (ex ie y )exp- i(1t - kz) 2 Circularly polarized light (CP)圆偏振光 1 L E E0 (ex ie y )exp- i(1t - kz) 2
手性拉曼光谱研究进展
(R)-[2H1,2H2,2H3]-neopentane
电子分布高度对称的九构象手性分子 W. Hug, et al. Nature 2007,446:526-529
结论与展望
所有的手性鉴定方法都有其本身的局限 性，结果的可信程度完全依赖于数据质 量，多种鉴定手段互相映证可以有效提 高鉴定的准确程度
手性拉曼光谱
IR
IR-IL
手性拉曼光谱测量手性分子对入射左旋和右旋圆偏振激 光的拉曼光谱的微小差别 手性结构测定
•立体结构敏感 •检测分子构象特别适合于水体系中的生物分子 •检测绝对构型而无需结晶 •检测E.E (对映体过量)值而无需手性分离
IL
由于不同构型 的手性分子的 磁偶极矩和电 四极矩的不同 产生的
手性的本质 及其多种表征研究进展
内容
手性的含义 分子手性相关研究
手性表征与进展
总结与展望
手性意味着什么?
William Thomson, Lord Kelvin (1824-1907)
不能与镜像重合
旋光仪
光学活性 : (+)/(-)- 对于一对对映体
1,1'-bi-2-naphthol (BINOL)
X射线角度仪
Prof. Dr. J.M. Bijvoet (1892-1980)
1953年Franklin拍摄 DNA的X光片
1954年Dorothy Hodgkin(1964 年诺贝尔化学奖)解析penicillin 的晶体结构
X 射线结晶学
没有X射线聚焦棱镜，只能依赖Fraunhofer 衍射花样的反射强度差异
统显现，这两个对映态通过空间反演内转换，但是 不能通过时间反演与任何纯空间转动实现内转换。
对于运动物体和磁场等很必要
手性的表现
大多数药物都是手性分子。由于药物与 细胞靶向分子必须匹配，因此经常只有 一种对映体产生药效。在某些特定情况 下，另一种对映体甚至可能有害
就像鞋与脚的匹配关系一样，这些分 子只与感觉器官的左或右手形式的感 受体发生作用
不仅需要电荷的线性震荡，还同时需要电荷的角度震荡， 即磁偶极的跃迁 相比较于常用的电子圆二色光谱： 不需要手性化合物有生色基团 振动跃迁比电子跃迁有小得多的谱带宽度，高得多的分辨率； 强度计算只依赖于电子基态波函数，而电子圆二色光谱还依 赖于电子激发态波函数 ，基态波函数的计算要比电子激发态 波函数的计算更为准确
分子手性研究方法
非经验方法 相对经验方法
X-射线 结晶学
圆二色 旋光色散
手性红 外/拉曼
HPLC
NMR
酶拆分
手性光学方法 重原子共振散射 最可信 需要从头计算方法辅助 需要单晶 光学纯 ≠ ee
对映体分离 定性分析 手性固定相
非对映异构体 动力学拆分 各项异性 结合HPLC
X 射线结晶学
1950年Bijvoet 采用重原子反常色散 (共振散射)来解 决绝对结构问题
1 2 4 3 6
(m 3)
4mm 3m 6mm m mm2
4 42m 6 6m2 43m
32 geometric crystal classes
1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/mmm (m3m) 4/m 3 6/m
222 422 32 622 23 432
1 2 4 3 6
R
RCP
LCP
电子态信息
更为丰富 的振动态 信息
手性光谱的理论模拟
寻找稳定构象 （Mnote-Carlo, DFT) 与实验结构比较 （NMR或其他）
各构型谱线
（R vs.λ)
拟合光谱 （线型，带宽）
平均谱图 （Boltzmann, exp. )
J. STEPHENS, et al., CHIRALITY, 2008, 20, 454–470
手性红外光谱研究进展
确定分子绝对构型和构象方面更为可靠
(+)-plumericin =+204 四种构象加权平均
甲酰化 (-)-prismatomerin = -136
相似结构，不同旋光方向，相同绝对构型
手性红外光谱研究进展
Mason等用电子圆二色光谱结合耦合 振子模型理论判断Tröger碱绝对构型 为R,R(+) Stephens等用手性红外光谱显示其绝对构型为 R,R(-)/S,S(+)，与Mason的归属正好相反 Besse等采用Bijvoet X射线结晶学方法判断 构型为R(-)/S(+) 但Stephens等用手性红外光谱确定其乙酸衍生物绝 对构型为R(+)/S(-)，正好与Besse等的归属相反。 相比较采用经验的耦合振子模型的电子圆二色光谱和缺 少重原子的分子进行Bijvoet X射线结晶学方法分析，手 性红外光谱是确定绝对构型更强大的工具
α-helix (Pauling 1950)
手性的严格定义
• IUPAC: 物体不能通过纯粹的转动和平动和其沿一 点反演的镜像完全重合; 物体所属对称群不能包含第 二类对称操作 ( 1, m, 3, 4, 6)。
几何对称性角度，静态物体
▪ Barron: 真实的手性是由存在两个不同对映态的系
谢谢大家
欢迎提出宝贵意见
生命手性形式的单一性
phosphate base
手性中心
D-sugar
protein
DNA double helix
L-amino acid
手性空间
如果单一手性的连续性被打破了会怎样?
手性不对称催化合成
通常实验室化学过程产生外消旋体---热力学定律的必然结果 2001年诺贝尔化学奖授予W.S. Knowles, R. Noyori 和 K.B. Sharpless 以表彰他们发展了催化不对称合成方法
共振散射(反常散射)： f = f0 + f ’ + if ’’
重原子内层电子对X射线散射相移小于180度，
当X射线频率接近重原子内层电子(K层)的共振 频率时，散射因子二级效应f ’’起主要作用 轻原子共振频率位于长波方向，很难获得 工作流程 Bijvoet对强度差别(最初)
Flack 参数 (20世纪80年代)
4 42m 6 6m2 43m
在手性催化剂存在的条件下，产物倾向于一种对映体
晶体和分子的光学活性
单晶
分子 凝聚态 否
对映体纯:是
非手性
m, mm2,4,42m: 是 其他点群: 否
手性
是
外消旋: 否
对映体混合:是
1 2/m mmm 4/mmm 3m 6/mmm (m3m) 4/m 3 6/m
222 422 32 622 23 432
Exciton Chirality: Fundamentals and Frontiers, Monatsh. Chem., 2005, 136(3) Nina Berova, Lorenzo Di Bari, Gennaro Pescitelli Chem. Soc. Rev., 2007, 36, 914-931
Nina Berova, Lorenzo Di Bari, Gennaro Pescitelli Chem. Soc. Rev., 2007, 36, 914-931 CD G Bringmann, T Gulder, M Reichert, T Gulder, chirality, 2008,20:628–642 HPLC-CD P Stephens, F Devlin, Jian-Jung Pan, chirality, 2008,20:643–663 VCD W Hug, et al. Nature 2007,446:526-529 ROA