光譜法鑒定手性化合物的絕對構(gòu)型
——從儀器表征到理論計算

王娟楊笑迪

(1復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系，上海200433；2復(fù)旦大學(xué)先進材料實驗室，上海200438)

光譜法鑒定手性化合物的絕對構(gòu)型
——從儀器表征到理論計算

王娟1楊笑迪2,*

(1復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系，上海200433；2復(fù)旦大學(xué)先進材料實驗室，上海200438)

手性化合物的結(jié)構(gòu)確定，尤其是新型手性化合物的絕對構(gòu)型測定一直是不對稱研究的重要工作。除單晶測試外，光譜學(xué)方法近年來被廣泛應(yīng)用于手性分子結(jié)構(gòu)鑒定，主要包括電子和振動圓二色譜、旋光光譜、旋光拉曼譜等。本文對上述測試方法的原理、應(yīng)用范圍和相關(guān)理論計算方法做了介紹。把譜學(xué)測試與理論計算相結(jié)合，將成為手性分子結(jié)構(gòu)鑒定的重要發(fā)展方向。

絕對構(gòu)型；理論與計算化學(xué)；電子圓二色譜；振動圓二色譜；旋光光譜

自1848年P(guān)asteur從外消旋的酒石酸銨鈉中分離出左旋與右旋的酒石酸銨鈉晶體，到1874年J.H.van′t Hoff與J.A.Le Bel提出碳原子的四面體模型，立體化學(xué)便成為有機化學(xué)及藥物化學(xué)家的重要研究課題之一[1]。從19世紀(jì)至今，人們對有機化學(xué)的認(rèn)知發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，手性化合物已滲透到有機化學(xué)與藥物化學(xué)的各個領(lǐng)域。尤其在藥物研發(fā)過程中，藥物分子的功能性與其立體構(gòu)型密切相關(guān)。因此，準(zhǔn)確有效地確定手性化合物的絕對構(gòu)型至關(guān)重要。

手性化合物絕對構(gòu)型的測定經(jīng)歷了漫長的探索與實踐。最早確定分子手性的方法是有機合成法，即從初始已知手性的化合物開始，通過手性控制的有機化學(xué)反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為目標(biāo)化合物的方法。而有機反應(yīng)路線過渡態(tài)計算，作為合成實驗的有力補充，已經(jīng)輔助有機化學(xué)工作者攻克了眾多富有挑戰(zhàn)性的復(fù)雜手性化合物[2]。從儀器表征角度出發(fā)，目前確定手性分子絕對構(gòu)型的方法主要有X射線單晶衍射法、核磁共振(NMR)法和光譜學(xué)方法等。在各類測量方法中，X射線單晶衍射法作為一種可以精確測定分子三維空間結(jié)構(gòu)的物理方法，是判斷手性結(jié)構(gòu)最有效的方法，其測試原理是基于分子中各原子對X射線的反常散射效應(yīng)[3]。但由于該方法測試條件較為嚴(yán)苛，很多手性化合物產(chǎn)量低且單晶難以培養(yǎng)，因此仍然需要繼續(xù)探索在溶液中測量手性分子絕對構(gòu)型的方法。NMR方法將待測分子與手性試劑反應(yīng)，通過化學(xué)位移的變化規(guī)律推斷待測分子的絕對構(gòu)型，該方法要求待測手性分子含有可與手性試劑發(fā)生反應(yīng)的某些基團。與X射線單晶衍射法和NMR相比，光譜學(xué)方法對樣品的要求不高，測試范圍廣泛，主要是基于旋光原理，通過旋光光譜、圓二色譜、旋光拉曼譜等方法測定化合物的結(jié)構(gòu)信息，該類測試關(guān)鍵在于如何對測試譜圖進行解析。以光譜學(xué)方法中的圓二色譜法為例，早期發(fā)展的構(gòu)型判斷規(guī)律有飽和環(huán)酮的“八區(qū)律”、Klyen的內(nèi)酯扇形區(qū)規(guī)律、共軛雙鍵和共軛不飽和酮的螺旋規(guī)律等[4]。分析數(shù)據(jù)時需要有類似化合物的參考文獻作為數(shù)據(jù)支持，在判斷不滿足相關(guān)規(guī)律的新型手性化合物時存在難度。隨著越來越多的新型手性化合物不斷涌現(xiàn)，譜圖指認(rèn)與解析限制了該方法的應(yīng)用。量子化學(xué)理論的發(fā)展和計算機技術(shù)的進步很好地解決了結(jié)構(gòu)與譜圖的對應(yīng)問題[5,6]。將理論計算與儀器表征相結(jié)合，解決手性分子結(jié)構(gòu)判定中遇到的各類問題，已經(jīng)成為鑒定手性分子絕對構(gòu)型的新趨勢。本文旨在總結(jié)當(dāng)前測定手性化合物結(jié)構(gòu)的主要光譜學(xué)表征手段和輔助的理論計算方法，判定相對構(gòu)型已知的手性化合物的絕對構(gòu)型。

1 光譜學(xué)方法的測試原理與計算方法

圖1 Franck-Condon原理示意圖

光譜學(xué)方法是檢測物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要手段，待測物對某些波長的電磁波產(chǎn)生的吸收或發(fā)射現(xiàn)象，可反映出待測物的結(jié)構(gòu)信息。手性對映體在立體的結(jié)構(gòu)上互為鏡像，在光學(xué)性質(zhì)上的差異主要表現(xiàn)在對偏振光的響應(yīng)上。旋光性是最早識別對映異構(gòu)體的方法，該方法用旋光的方向指示手性化合物的絕對構(gòu)型。在光譜學(xué)方法中，圓二色譜法是應(yīng)用最廣泛的手性分子結(jié)構(gòu)測定方法。當(dāng)左圓偏振光與右圓偏振光通過手性化合物溶液時，左右圓偏振光的傳播速率和吸收程度均發(fā)生變化。將摩爾吸光系數(shù)之差(Δε)隨波長的變化作圖可獲得圓二色譜(circular dichroism，CD)。如果體系沒有手性，則沒有CD信號。根據(jù)手性化合物對平面偏振光的吸收機理差異，可以將圓二色譜方法分為電子圓二色譜(electronic circular dichroism，ECD)和振動圓二色譜(vibrational circular dichroism，VCD)。

在ECD測試中，手性化合物對平面偏振光的吸收是由電子吸收光子后產(chǎn)生電子能級之間的躍遷引起的，屬于電子吸收光譜。VCD對應(yīng)的吸收光譜為振動光譜，振動光譜是在同一電子能態(tài)下，不同振動能級之間的躍遷產(chǎn)生的。從Franck-Condon原理示意圖(圖1)可以清楚分辨電子能級與振動能級的區(qū)別。圖中Q為分子的正則坐標(biāo)，E為分子體系的能量。分子吸收光子后自基態(tài)S0躍遷至某一激發(fā)態(tài)Sn(圖中僅畫出第一個激發(fā)態(tài)S1)，即對應(yīng)著電子能級之間的躍遷。手性分子在某一電子態(tài)(以S0為例)下具有3n－6個振動模式，圖中標(biāo)出的0、1、2、……為S0的第j個振動模式對應(yīng)的振動量子數(shù)。相鄰振動能級間的能量差為hvj，vj是第j個振動模式的振動頻率。在室溫下，認(rèn)為分子處于振動基態(tài)，主要對應(yīng)0→1的躍遷。由于電子能級的能量間隔要大于振動能級，ECD所用的平面偏振光波長范圍一般在200－400 nm，屬于紫外區(qū)。VCD測試時設(shè)定的平面偏振波長在800 nm以上，為紅外光譜范圍。

1.1 電子圓二色譜

ECD法由于其干擾少，測試過程快捷簡便，圖譜包含信息量大，且發(fā)展總結(jié)了相應(yīng)的圖譜與構(gòu)型對應(yīng)的半經(jīng)驗規(guī)律，被廣泛應(yīng)用在手性化合物的測定上。隨著量子化學(xué)理論的發(fā)展和計算機技術(shù)的進步，ECD譜可通過純理論計算方法進行模擬，為通過ECD測量鑒定手性化合物的絕對構(gòu)型提供了可行性[5]。

對于手性分子，從基態(tài)躍遷至第k個激發(fā)態(tài)對應(yīng)的左右偏振光吸收系數(shù)之差Δεk由該躍遷對應(yīng)的轉(zhuǎn)動強度Rk決定[7]：

式(1)中，Δεk(λ)與波長λ呈函數(shù)關(guān)系，λk為對應(yīng)的吸收峰的峰位。

轉(zhuǎn)動強度與躍遷偶極矩和躍遷磁偶極矩有關(guān)，可表示為[8,9]：

其中Ψ0和Ψk表示基態(tài)和第k個激發(fā)態(tài)的波函數(shù)，u和m是電偶極矩算子和磁偶極矩算子，Im表示“虛部的”。根據(jù)式(2)可計算出各個激發(fā)態(tài)對應(yīng)的轉(zhuǎn)動強度。實際測試時的情況與式(1)描述的并不相符，式(1)描述的是某個特定波長λk下Rk與Δεk的相互關(guān)系。實際測量的是整個紫外吸收帶的Δε。將波長轉(zhuǎn)化為能量并通過高斯分布函數(shù)展寬[7]，就得到Δε與能量E的關(guān)系：

式(3)中，ΔEk是基態(tài)躍遷至第k個激發(fā)態(tài)對應(yīng)的躍遷能，σ是半峰寬。將通過量化計算得到的電子躍遷能和轉(zhuǎn)動強度代入式(3)中，就可擬合出Δε與能量E的關(guān)系曲線，即ECD譜線。

具體的計算步驟主要包括：對已知相對構(gòu)型的手性化合物建模并優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)；對化合物進行激發(fā)態(tài)計算，獲得ΔEk和Rk，通常采用含時密度泛函(TDDFT)方法進行計算；根據(jù)式(3)擬合ECD曲線，將擬合的譜圖與實驗測得的譜圖進行對比，與實測值接近的即為化合物的正確構(gòu)型。對于柔性分子體系，由于分子在溶液中存在多種構(gòu)象，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化前須進行構(gòu)象搜索，將各構(gòu)象的ECD譜按照該構(gòu)象的分布概率進行加權(quán)，再與實測數(shù)據(jù)進行比較。

1.2 振動圓二色譜

與ECD相比，VCD的應(yīng)用范圍更加廣泛。ECD要求手性化合物必須在紫外區(qū)有吸收峰，對于不含有生色團(紫外吸收)的手性化合物，VCD仍可進行圓二色性測試。由于振動光譜譜圖的復(fù)雜性，VCD很難發(fā)展出經(jīng)驗的方法來解釋結(jié)構(gòu)與譜圖的對應(yīng)關(guān)系，這在很大程度上限制了VCD的應(yīng)用范圍。在量子化學(xué)計算的推動下，VCD譜圖可通過純理論計算來擬合，不再局限于依賴經(jīng)驗規(guī)律進行構(gòu)型判斷[6,10]。近年來VCD的應(yīng)用越來越廣泛，由于幾乎所有的手性分子都能產(chǎn)生VCD譜圖，VCD已成為鑒定手性化合物絕對構(gòu)型的有力工具。

VCD描述的是手性化合物在紅外光譜區(qū)左旋圓偏振光和右旋圓偏振光的吸收系數(shù)之差隨波長的變化關(guān)系。因此VCD的計算步驟與ECD類似，差別在于VCD在理論計算時考查的是化合物的振動吸收，不涉及激發(fā)態(tài)信息。對于第j個正則模式對應(yīng)的振動躍遷，對應(yīng)的轉(zhuǎn)動強度Rj定義為[10]：

其中Ψ0,0和Ψ0,j對應(yīng)的都是基態(tài)下的波函數(shù)，在第j個正則模式下，自振動基態(tài)躍遷至第一個振動能級，對應(yīng)的振動頻率為vj。與ECD的情況類似，用轉(zhuǎn)動強度來描述VCD譜線的強度[6]：

VCD譜通常用洛倫茲函數(shù)來展寬[11]，根據(jù)Δε與振動頻率v的關(guān)系，擬合出VCD譜線。

具體的計算步驟主要包括：對已知相對構(gòu)型的手性化合物建模并優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)；對化合物進行頻率分析，獲得vj和Rj，通常采用高斯軟件包[12]中的DFT方法，運用關(guān)鍵詞freq=VCD進行計算；根據(jù)式(6)擬合VCD曲線，將擬合的譜圖與實驗測得的譜圖進行對比，與實測值接近的即為化合物的正確構(gòu)型。對于柔性分子體系，仍須先進行構(gòu)象搜索。

1.3 旋光光譜法

旋光性是最早識別對映異構(gòu)體的方法。旋光現(xiàn)象是由于平面偏振光通過旋光性物質(zhì)時，組成平面偏振光的左旋圓偏振光和右旋圓偏振光在介質(zhì)中的傳播速度不同，使平面偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)了一定角度造成的。將比旋光度隨入射偏振光波長的變化記錄下來，就得到旋光色散曲線(optical rotatory dispersion，ORD)。

在判斷化合物的立體結(jié)構(gòu)時，無論是測量ORD譜還是CD譜，得到結(jié)論應(yīng)當(dāng)是一致的。通常CD譜的譜形更尖銳，峰位與紫外或紅外光譜對應(yīng)，比ORD譜便于分析。對于結(jié)構(gòu)相近的手性化合物，由于吸收峰位十分接近，CD譜圖形狀相近，這時ORD譜可以提供更多信息。在條件允許時，最好是CD譜與ORD譜二者同時測試[13]。運用高斯軟件包中的Polar=OptRot指令，可以直接計算指定波長下的旋光度。手性化合物的旋光度隨偏振光的波長發(fā)生變化，在某特定波長下甚至為零值。因此，僅用某一波長的旋光性并不能完全判定化合物的絕對構(gòu)型，通過ORD譜線判斷手性分子的結(jié)構(gòu)更具有說服性。

在波長λ處，比旋光度的理論表達式為[11]式中Vm和M分別對應(yīng)摩爾體積和摩爾質(zhì)量；φ(λ)定義為其中N為阿伏伽德羅常數(shù)，β(λ)為電子偶極-磁極極化率β0αβ的平均值[11,14]：

式(7)中，h為普朗克常數(shù)，c為光速，ωk為吸收峰位在λk的電子態(tài)躍遷(S0→Sk)對應(yīng)的頻率。一種更方便的表達方式是通過摩爾旋光度來描述ORD[15]：

將擬合的ORD譜圖與實驗測得的譜圖進行對比，與實測譜圖接近的即為化合物的正確構(gòu)型。

1.4 其他光譜學(xué)方法

1.4.1 圓二色譜激子手性法

圓二色譜激子手性方法(exciton chirality CD，ECCD)從譜圖信號產(chǎn)生機理來分析，屬于ECD范

由于式(8)在λ=λk時存在奇點，式(9)是更普適的可用于共振區(qū)和非共振區(qū)的ORD計算公式[11,15]：疇。上世紀(jì)50年代末，ECCD方法逐漸形成。Harada和Nakanishi[16]對ECCD法進行了大量的系統(tǒng)研究，ECCD方法得以大量推廣，成為測定有機分子絕對構(gòu)型的重要方法。

該方法的主要機理為：當(dāng)分子中的手性位置含有兩個相同或波長接近的生色團時，經(jīng)光照激發(fā)后，兩個發(fā)色團激發(fā)態(tài)之間發(fā)生激子耦合，此時激發(fā)態(tài)分裂成兩個能級，形成兩個符號相反的Cotton效應(yīng)。當(dāng)確定了生色團躍遷偶極矩的方向，根據(jù)Cotton效應(yīng)的符號就可以確定兩個發(fā)色團在空間的絕對立體化學(xué)。ECCD法也適用于具有三個或三個以上發(fā)色團的化合物。隨著ECCD法的不斷深入研究，各類合適的生色團通過衍生化引入到手性化合物中[17,18]，其應(yīng)用范圍不斷擴大，越來越多的應(yīng)用于各種天然產(chǎn)物和合成有機化合物的絕對構(gòu)型確定。

1.4.2 旋光拉曼光譜法

旋光拉曼光譜(raman optical activity，ROA)是對手性分子絕對構(gòu)型進行研究的新型光譜技術(shù)。ROA被認(rèn)為是繼X射線晶體衍射和核磁共振技術(shù)之后，研究手性分子的又一重大進展。手性化合物的拉曼光學(xué)活性在20世紀(jì)70年代被預(yù)測并觀測到[19]。手性分子的某一個振動模式對于左右圓偏振光具有不同的散射截面，其差別量僅有散射截面的10－4，實驗技術(shù)的局限限制了ROA的發(fā)展。近十年來伴隨著理論和實驗的進展，ROA的研究工作逐漸開展。人們通過第一性原理預(yù)測了手性分子的ROA譜圖[20,21]，通過理論預(yù)測與實驗結(jié)果的對比，使得通過ROA確定手性分子的絕對構(gòu)型成為可能。

ROA的機理源于電偶極矩、磁偶極矩和電四偶極矩之間的耦合，其中的磁性來源于分子振動時產(chǎn)生的電荷流動所引起的磁場。ROA所測量的是比經(jīng)過偶極矩過程的光吸收、光的散射更深的層次，涉及的是分子內(nèi)躍遷的磁過程和四極矩過程；反映的是傳統(tǒng)紅外和常規(guī)拉曼技術(shù)無法提供的、更高層次的分子內(nèi)部立體結(jié)構(gòu)信息。目前理論層面的ROA計算主要是針對分子的電偶極-電偶極相互作用[22,23]和電偶極-電四偶極相互作用[24]。電偶極-磁偶極相互作用的計算機制仍有待完善[11]。

2 光譜學(xué)方法計算實例

前面對利用計算化學(xué)方法預(yù)測各類光學(xué)譜線的基本原理已經(jīng)做了較系統(tǒng)的闡述。根據(jù)理論計算得到的譜圖與實驗測試獲得的譜圖進行比較從而確定化合物的絕對構(gòu)型。構(gòu)象搜索通常用分子力學(xué)方法來實現(xiàn)，常用的構(gòu)象搜索軟件包括MacroModel、HyperChem、Insight II、Spartan等。分子構(gòu)象優(yōu)化與參數(shù)計算則基于量子化學(xué)理論來獲得。早期的量子化學(xué)方法主要是通過分子軌道理論求解薛定諤方程獲得波函數(shù)和分子相關(guān)信息，如HF、CI、MP、半經(jīng)驗計算方法等。自20世紀(jì)70年代，密度泛函理論(DFT)得到了蓬勃發(fā)展。DFT以密度分布函數(shù)代替電子的波函數(shù)，因其明顯的優(yōu)越性受到廣泛推廣。近年來，多種手性化合物使用光譜學(xué)方法測定絕對構(gòu)型。Stephens[10]、Frisch[22]、Berova[5,18,25]、Nafie[6]和Polavarapu[13,15,20,21]等科研工作者做了大量的譜學(xué)計算與預(yù)測工作。下面列舉一些通過光譜學(xué)方法判斷手性化合物絕對構(gòu)型的實例。

2.1 (4S,5R,6R)-oxysporone的絕對構(gòu)型確定[25]

(4S,5R,6R)-oxysporone(化合物1，如圖2所示)是自尖刀鐮孢菌中分離出的天然產(chǎn)物，目前并無X射線單晶衍射數(shù)據(jù)證明化合物1的絕對構(gòu)型，其相對構(gòu)型是通過NMR測試確定的。

Mazzeo等[25]首先使用分子力學(xué)方法對化合物1的對映異構(gòu)體分別進行構(gòu)象搜索，獲得6種優(yōu)勢構(gòu)象。將這些構(gòu)象在DFT/B3LYP/cc-pVTZ水平上做結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確定各個構(gòu)象的分布率。分別在EtOH和CHCl3溶液中，測試了化合物1的ORD譜(圖3(a))，ORD譜較為平坦且呈正值。基于優(yōu)化出的幾何結(jié)構(gòu)，在TDDFT/B3LYP/aug-cc-pVDZ水平上對化合物1進行ORD計算，并按照分構(gòu)象分布率進行加和得到理論預(yù)測譜圖。發(fā)現(xiàn)(4S,5R,6R)-1的ORD計算結(jié)果與實測結(jié)果更接近，(4R,5S,6S)-1的譜線與實驗測得的[α]絕對值相近，但ORD譜線與實測譜線互為鏡像。這表明(4S,5R,6R)-1更“符合”化合物1的絕對構(gòu)型。

圖2 化合物1的指定構(gòu)型(4S,5R,6R)-1(左)和它的反型(4R,5S,6S)-1(右)

ECD譜(圖3(b))是在MeCN(8.6×10－3mol?L－1)溶液中測量的。測量的數(shù)據(jù)顯示：化合物1在230 nm處有一低振幅、負(fù)Cotton效應(yīng)(Cotton effect，CE)峰，在200 nm處對應(yīng)著一個高強度的正CE峰。ECD是在TDDFT/CAM-B3LYP/aug-cc-pVDZ水平上計算的，計算了前30個激發(fā)態(tài)的信息，半峰寬設(shè)定為0.4 eV。將理論計算數(shù)據(jù)與實驗測量數(shù)據(jù)作對比，發(fā)現(xiàn)(4S,5R,6R)-1的ECD譜線與實驗值的符號和趨勢均十分接近，進一步證明了化合物的絕對構(gòu)型為(4S,5R,6R)-1。

VCD計算是在B3LYP/6-31G(d)水平上，對各構(gòu)象分別計算并按照其分布率加和獲得的。VCD譜圖(圖4)中，各個峰的位置與在同一計算水平下預(yù)測的IR譜的峰位是一致的，并可通過頻率計算將IR譜的各個吸收峰與振動模式作對照分析。(4R,5S,6S)-1和它的反型(4S,5R,6R)-1，它們的理論預(yù)測VCD譜圖峰位一致，符號相反。VCD譜的分析結(jié)果與ORD和ECD是一致的。再一次確定了化合物1的絕對構(gòu)型是(4S,5R,6R)-1。

2.2 α-benzylamino-coumarins的絕對構(gòu)型確定[26]

α-benzylamino-coumarins(化合物2)可通過Mannich反應(yīng)合成，產(chǎn)率高達99%，對映選擇性達到83%ee。但其單晶難以培養(yǎng)，無法直接通過單晶衍射測試判斷絕對構(gòu)型。其衍生物培養(yǎng)出的單晶結(jié)構(gòu)經(jīng)X射線衍射測試后，發(fā)現(xiàn)晶胞中R和S構(gòu)型交替排列，無法通過衍生物的相對構(gòu)型反推化合物2的絕對構(gòu)型。故采用ECD測試并結(jié)合理論預(yù)測的方法來確定手性化合物的絕對構(gòu)型。針對R和S型的化合物2，首先使用Confab程序進行構(gòu)象搜索，對能量間隔在0－83.7 kJ?mol－1的幾何結(jié)構(gòu)做計算水平為B97D/6-31G*的結(jié)構(gòu)優(yōu)化并按照能量高低排序。以12.6 kJ?mol－1為能量截點對剩余的分子構(gòu)象做DFT/B3LYP/TZVP結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并考慮PCM溶劑效應(yīng)，獲得各個構(gòu)象的Boltzmann分布和分子幾何。激發(fā)態(tài)信息采用B3LYP泛函，并選擇不同的基組如6-31G*、TZVP、cc-pVDZ、6-311+G**進行比較計算。理論預(yù)測表明S型的ECD譜其峰位和符號與實驗測試譜圖完全吻合(圖5)，R型的ECD譜圖與S型峰位一致，符號相反。因此化合物2的絕對構(gòu)型為S型。

值得注意的是，文獻中報導(dǎo)的多為有機小分子體系，這與當(dāng)前的計算化學(xué)水平密切相關(guān)。對于單鍵較多、柔性較高的大尺寸分子，無論是判斷其低能態(tài)優(yōu)勢構(gòu)型還是計算分子的光譜性質(zhì)，對理論化學(xué)的計算精度和計算機的計算能力都有較高要求。

圖3 理論預(yù)測的(4S,5R,6R)-1和(4R,5S,6S)-1的ORD譜(a)與ECD譜(b)分別與實驗測試的譜線對照分析

圖4 實驗測試的化合物1的VCD譜圖(b)，以及理論計算獲得的(4R,5S,6S)-1 VCD譜(a)和(4S,5R,6R)-1 VCD譜(c)

圖5 化合物2的理論計算與實驗測試ECD譜圖

3 總結(jié)與展望

與X射線單晶衍射法和NMR方法相比，光譜學(xué)方法在溶液狀態(tài)下就可以測量手性分子的結(jié)構(gòu)信息。在已知分子相對構(gòu)型的前提下，將光譜學(xué)測試與理論計算相結(jié)合，發(fā)展計算分子譜學(xué)性質(zhì)的理論方法，通過構(gòu)建分子結(jié)構(gòu)與譜圖的對應(yīng)關(guān)系，可確定手性分子的絕對構(gòu)型。伴隨著量子化學(xué)的快速發(fā)展，理論計算作為測試分析的有效輔助手段，其應(yīng)用范圍必將不斷擴大。

鑒定手性化合物絕對構(gòu)型的關(guān)鍵在于了解各類方法的原理和適用范圍，選擇最適合的測試手段來解決構(gòu)型問題。當(dāng)一種方法不足以判斷分子的立體結(jié)構(gòu)時，從科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性出發(fā)，應(yīng)同時使用多種表征手段來收集化合物的結(jié)構(gòu)信息。將多種儀器表征技術(shù)相融合，將分析測試與理論計算相融合，是手性分子結(jié)構(gòu)鑒定的重要發(fā)展方向。

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Determination of Absolute Configuration of Chiral Compounds Based on Chiroptical Spectroscopic Methods:From Instrument Characterization to Computational Chemistry

WANG Juan1YANG Xiao-Di2,*
(1Department of Chemistry,Fudan University,Shanghai 200433,P.R.China;2Laboratory of Advanced Materials,Fudan University,Shanghai 200438,P.R.China)

The determination of the absolute configuration(AC)of chiral compounds,especially the new chiral compounds,is one of the difficulties of the structure determination.The most widely used AC determination chiroptical spectroscopic methods include electronic and vibrational circular dichroism, optical rotatory dispersion,Raman optical activity etc.This mini review summarizes the main test principles, applications and corresponding theoretical calculation methods.With the developments of theoretical chemistry,the AC determination through instrumental characterization technique coupled with quantum chemical calculation,is envisaged to be the new trends ofAC assignment.

Absolute configuration;Theoretical and computational chemistry;Electronic circular dichroism;Vibrational circular dichroism;Optical rotatory dispersion

G64；O6

*通訊作者，Email:yangxiaodi@fudan.edu.cn

國家自然科學(xué)基金(21103023)

10.3866/PKU.DXHX201603022

www.dxhx.pku.edu.cn