－
＋
八区律
1、位于三个平面上的取代基，对cotton效应贡献为0
2、位于正负区的取代基效应可以抵消
3、取代基的贡献大小与性质有关
4、取代基对cotton效应的贡献大小随着与生色团的距离增大
而变小
2,2’,5-三甲基环己酮为例：
b是a的投影图，可看到： C1，C2，C4，C6，C7均处于分割面上，对cotton效应贡献为0
三、圆二色谱
1、手性物质对组成平面偏振光的左、右旋圆偏振光 的吸光度不同，即εL ≠ εR 这种现象为圆二色性 CD谱： Δε为纵坐标，λ为横坐标
[θ]:摩尔椭圆度，常用其代替Δε
两者关系:[θ]=3300 Δε=3300(εL - εR)
2、 [θ] 的物理意义
当平面偏振光通过手性介质时，不仅左、右旋圆偏振光
圆率降低，表明此时氨酸酸残基周围环境的极性发生了变化 ，
这种变化是由于双硫键桥的不对称性遭到破坏而引起BSA分子 三级结构变化的结果。
(2) 核酸
20 15 fsDNA ctDNA
(mdeg)
10 5 0 -5 -10 220 240 260 280 300 320
Wavelength(nm)
(a) 278nm有一强正的cotton效应-对应于碱基的堆积
摩尔振幅α=([Ф]1 -[Ф]2)/100
[Ф]1:ORD顶峰处的摩尔旋光度 [Ф]2:ORD谷底处的摩尔旋光度
2、CD的康顿效应 正的康顿效应： Δε或[θ]为正值且有峰的CD曲线
负的康顿效应： Δε或[θ]为负值且有谷的CD曲线 3、ORD、CD和UV光谱间的关系
（1）ORD和CD是同一现象的两个方面，都是光与
1、在紫外和可见区内无发色团的饱和化合物，则ORD光谱呈
现单调下降或上升的曲线，若手性化合物的紫外吸收在仪器 测量范围内则出现S型曲线称cotton效应
即形成一个峰和一个谷组成的ORD谱线—简单的Cotton效应 正Cotton效应：波长由长波向短波移动时，ORD谱由峰向
谷变化
负Cotton效应：波长由长波向短波移动时，ORD谱由谷向 峰变化 λk: ORD线与零线相交点 振幅：谷至峰的距离
Avoid: Tris; NaCl; Anything optical active,
手性物质作用而产生的。主要目的是研究手性化合
物的构型与构象，在该方面两者提供的信息总是等
价的。UV反映了光与分子的能量交换。
(2)
理想情况下：λmax（UV）
=λmax(CD) =λk (ORD)
实际情况：三者接近，但不 一定重合
ORD谱和CD谱都可用来测
定有特征吸收的手性化合物 的绝对构型
CD谱：容易解析
C3与C5——抵消， C8与C9——正，
所以该化合物应有正的cotton效应
例2、天然油脂得一产物为3－羟基－3－十九烷基环己 酮，有正的cotton效应，试指出它的构型
解：按八区律，S构型应有正的cotton效应，R构型应有负的 cotton效应,故该环己酮衍生物为S构型
2、生物大分子构型、构象的研究
由远紫外CD谱可以看出 BSA CPB（第一CMC） CPB（第二CMC） 由近紫外CD谱可以看出 α-螺旋 49% 78% 37% β-折叠 9.8% 7.6% 10.5%
自然状态下BSA分子的near-UV CD光谱图中在261 和268
nm处有最小值，在277 和284 nm处有两个肩峰。当加入CPB 后，261和268 nm处的椭圆率增加，而280 至300 nm处的椭
3、测定仪器
4、旋光度：α实
比旋光度：[α]D＝(α实/cl)×100 通常用钠光D线(≈589.3nm)测量α实
l:试样槽厚度（dm）
c:100ml溶剂中溶液的g数 不同波长的[α]λ(比旋光度)为纵坐标，
λ为横坐标可得ORD光谱
[Ф]λ:摩尔比旋光度，常用其代替[α]λ [Ф]λ= [α]λ· Mr/100(度· 2· cm dmol-1) Mr:待测物质的摩尔质量
248nm有一弱的负的cotton效应-对应于螺旋性(形)
(b) 典型的DNA构型
280nm有正的cotton效应 A-form: 243nm有负的cotton效应 正的强度约为负的 强度的3倍
B-form:
277nm有正的cotton效应 245nm有负的cotton效应
C-form:
285nm有正的cotton效应(弱) 250nm有负的cotton效应(强)
Z-form: 290nm有一负的cotton效应
3、诱导园二色谱
主体为手性 (1)主客体化合物 客体为非手性， 但有吸收 例如环糊精与客体相互作用 包结-产生诱导园二色谱 客体结合在环糊精外部-不产生诱导园二色谱 若客体的电偶极矩与环糊精Z轴重合——正cotton效应 若客体的电偶极矩与环糊精Z轴垂直——负cotton效应 会产生诱导园二色谱
192nm有一正谱带 (2) α-螺旋： 222 209 有两个负的特征峰
β -折叠
216nm:负峰 185-200nm:正谱带
β-转角：206nm有一正谱带 左手螺旋的P2结构：有负的谱带 近紫外区:
(1)250-320nm-处于不对称微环境的芳香氨基酸残 基、二硫鍵
(2)可作为光谱探针研究它的不对称微环境的扰动 (b) 研究蛋白质的二级结构 通过远紫外CD谱研究蛋白质α-螺旋、 β -折叠 、 β-转角结构的分量
二硫鍵
Trp:279,284和291nm Tyr:277nm Phe:255,261和268nm 二硫鍵:整个近紫外CD谱
例：阳离子表面活性剂CPB诱导BSA构象CD光谱的变化
Figure 3 Far-UV CD (a) and near-UV CD (b) spectra of BSA and BSA in CPB 1. BSA; 2. BSA in 1.010-5mol/L CPB; 3. BSA in 1.010-4 mol/L CPB
α+ β型： α-螺旋、 β-折叠均大于15%，这两种结构在空间是 分离的， > 60%的折叠链是反平行的 α/β型： α-螺旋、 β-折叠均大于15%，这两种结构在空间上 是相间的， > 60%的折叠链平行排列
(d)研究氨基酸残基的微环境：
蛋白质中芳香氨基酸残基： 色氨酸(Trp) 酪氨酸(Tyr) 苯丙氨酸(Phe) 处于不对称微环境时250-320nm 出现CD信号
（1）蛋白质或多肽中主要得光活性基团是肽链骨架中的肽键、
芳香氨基酸残基及二硫桥键可产生CD光谱，因而可用于蛋白质
二、三级结构和氨基酸微环境的检测。 （a）蛋白质CD谱
远紫外区：
(1)178-250nm –反映肽鍵的CD
肽鍵是高度有规则排列的，排列方向决定了肽鍵能级跃迁 的分裂情况 二级结构不同，其CD位置、吸收强度则不相同
(C) 研究蛋白质三级结构：
—— chymotrypsin (all b) —— lysozyme (a + b) —— triosephosphate isomerase(a/b) —— myoglobin (all a)
三级结构模型可分为： 全α型 α-螺旋> 40% 全β型 β-折叠< 5% β-折叠> 40% α-螺旋< 5%
的椭圆偏振光。
二、旋光光谱（ORD）
1、当平面偏振光通过手性物质时，偏振面会发生旋转，即该物
质具有旋光性，旋转的角度——旋光度 2、原理 （1）介质为对称结构时，左右旋圆偏振光的传播速度相同，
则它们的折射率n相等
因n＝c/υ Δn=nL-nR=0 c:真空中光速 υ:介质中光速 偏振面保持不变
（2）介质为不对称结构时，nL≠nR Δn ≠0 偏振面发生旋转，随光程增大而增大——旋光现象
康顿效应及ORD、CD和UV间的关系
应用
注意事项
一、偏振光与手性物质的相互作用
1、光的偏振态 （1）自然光与线偏振光（或平面偏振光）
普通光源中的原子和（或）分子能够独立发光，所发出的光 波中具有各个方向的光矢量，在与传播方向相垂直的平面 内，在所有可能的方向上，E的振幅都相等——自然光 如果光矢量只在一个固定的平面内，并沿一个固定方向振 动——线偏振光或平面偏振光 光矢量的振动方向与光的传播方向所构成的平面——振动面
若让线偏振光的振动面与1/4波片的光轴成45º 角，则分解后 的o光和e光振幅相等，从晶片的另一表面出射的光则是圆偏振 光。
3、圆偏振光在手性介质中传播时的特点：
（1）左、右旋圆偏振光在手性介质中的传播速度不等，导 致透射出的面偏振光与入射角成一α角，表现出旋光。

（2）手性介质对两种圆偏振光的吸光强度不同，由它们合 成的出射光不再是一个平面的偏振光，而是一个右旋或左旋
的传播速度不同，而且强度也不同。用箭头的长短代替强
度。因而光在传播时，它的矢量和将产生的一椭圆轨道 长轴：矢量相位相同时的强度 短轴：矢量相位相反时的强度 θ：平面偏振光离开样品槽的 角度——椭圆度
[θ]= θ· M/100lc=3300Δε
3、测量装置
四、康顿效应(cotton effect)及ORD、CD和UV间的关系
狭缝带宽（SBW）的选择：SBW应保持至少为NBW
（被扫描物质的自然带宽）的十分之一； 在远紫外一般为2nm； 如果NBW不知，可选择不同SBW进行实验；
溶剂的吸收表
Acceptable:
1. Potassium Phosphate with KF, K2SO4 or (NH4)2SO4 as the salt. 2. Hepes, 2mM. 3. Ammonium acetate, 10mM.
（2）圆偏振光
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