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圆圆二色二色光光谱谱Circular Dichroism (CD)1主要内容主要内容 CD的发展 1 CD的基本原理23与CD的连用技术4CD的应用2•1616世纪世纪 Newton Newton 光谱光谱•1717世纪世纪 Huggens Huggens 偏振光偏振光•18811881年年 Biot Biot 石英能使偏振光的偏振面旋转石英能使偏振光的偏振面旋转圆二色性圆二色性•18961896年年 CottonCotton发现了发现了Cotton effectCotton effect，为，为ORDORD和和CDCD的出现的出现奠定了理论基础奠定了理论基础•2020世纪的六，七十年代，世纪的六，七十年代，ORDORD和和CDCD已逐渐成为研究分子结已逐渐成为研究分子结构的主要手段构的主要手段•至今至今 CDCD已广泛的应用到生物医药领域已广泛的应用到生物医药领域一. CD的发展3二. CD的基本原理•椭圆偏振光的产生椭圆偏振光的产生•圆二色性的产生圆二色性的产生•CD的的Cotton effect•圆二色光谱仪圆二色光谱仪41. 椭圆偏振光的产生5XY线线线线偏偏偏偏振振振振光光光光频率相同频率相同, ,方向相反方向相反振幅振幅相同相同、、相位相位相同相同6  yy’axx’RL椭椭圆圆偏偏振振光光频率相同,方向相反振幅不同、相位不同参照面21  = tg-1[(|El – Er |)/(El + Er )]7UV  m  Plane(linearly) polarized lightChiral 椭圆偏振光椭圆偏振光Optically Active Sample8椭圆偏振光椭圆偏振光Optically Active SampleChiral Plane(linearly) polarized lightRight￿and￿Right￿and￿Left￿hand￿Left￿hand￿circularly￿circularly￿polarized￿polarized￿lightlightPreferential Preferential absorption absorption of left of left hand hand polarized polarized  2. 圆二色性的产生圆二色性的产生9A= lgI0/I =(1/2,303)lnI0/I =εCLBeer-Lanmbert Law  =2.303  A/4 (弧度弧度)ΔA=A=AL-L-￿ ￿￿ ￿AR =Δε￿ ￿C￿ ￿LLOptical active object?圆二色性圆二色性103. CD的的Cotton effect CD CD的的Cotton effectCotton effect曲线：曲线： △ε△ε- -λλ曲线曲线 曲线具有极大值或极小值曲线具有极大值或极小值11Cotton effectl0el0l0+-+-Positive cotton effect：： 右旋Negative cotton effect：： 左旋左旋λλλλλλ12 ★★ Cotton effectCotton effect产生原因：产生原因： (1) (1) 由固有的手性发色团产生由固有的手性发色团产生 (2) (2) 原有发色团是对称的原有发色团是对称的, , 但处在手性环境当中而被歪曲但处在手性环境当中而被歪曲 (3) (3) 分子中轨道不互相交叠的发色团耦合相互作用分子中轨道不互相交叠的发色团耦合相互作用★★ 正负正负Cotton effect的意义的意义：： Cotton effectCotton effect的的正负与特定的发色团及其所处的环境相关；正负与特定的发色团及其所处的环境相关； 它包含有手性化合物结构方面的信息；它包含有手性化合物结构方面的信息； 结合一定的理论可以对手性对映体的绝对构型进行判定结合一定的理论可以对手性对映体的绝对构型进行判定. .13CD光谱与UV光谱的比较14 •在出现紫外在出现紫外- -可见光吸收峰的情况下才可能出现圆二色谱可见光吸收峰的情况下才可能出现圆二色谱的吸收峰的吸收峰, , 即即Cotton effectCotton effect 。

•CDCD光谱反映了光和分子之间的能量交换光谱反映了光和分子之间的能量交换 •目前，英，美等一些发达国家的国家实验室都建有专门的目前，英，美等一些发达国家的国家实验室都建有专门的圆二色生物光谱实验站，将会使圆二色技术以其更为完善圆二色生物光谱实验站，将会使圆二色技术以其更为完善的功能和更为精确的结果成为科学工作者的得力工具的功能和更为精确的结果成为科学工作者的得力工具注意154. 4. 圆二色光谱仪圆二色光谱仪1617圆二色光谱的应用圆二色光谱的应用•研究生物大分子结构研究生物大分子结构•在医药和环境领域中手性物质的测定在医药和环境领域中手性物质的测定18研究生物大分子结构研究生物大分子结构•推测蛋白质的二级结构及构象；推测蛋白质的二级结构及构象；•研究小分子与研究小分子与DNA DNA 的相互作用方式：的相互作用方式： 嵌入作用、沟槽作用和静电结合嵌入作用、沟槽作用和静电结合•推测寡糖推测寡糖( (或多糖或多糖) )的一级结构和空间构象的一级结构和空间构象等结构信息等结构信息19在医药和环境领域中手性物质的测定在医药和环境领域中手性物质的测定 在医药中在医药中, , 对对对映体进行分析及其纯度的测定是当前手性药物的合成、对映体进行分析及其纯度的测定是当前手性药物的合成、生产过程的质量监控以及药理学研究等的重要任务；生产过程的质量监控以及药理学研究等的重要任务； 在环境中，对在环境中，对手性农药的对映体选择性和水样中对映异构体含量的测手性农药的对映体选择性和水样中对映异构体含量的测定已成为研究的热点；定已成为研究的热点； CD是测定手性物质的一种重要方法；是测定手性物质的一种重要方法；能能快速提供手性分子的绝对构型、快速提供手性分子的绝对构型、构象、有关反应机理以及手性物质对映纯度的信息构象、有关反应机理以及手性物质对映纯度的信息20α- 螺旋含量变化率计算公式：螺旋含量变化率计算公式：•ΔΔαα为为BSA BSA 的的αα- - 螺旋含量变化率螺旋含量变化率; ;•[ [αα0 0] ]为无吸附剂时天然为无吸附剂时天然BSA BSA 的的αα- - 螺旋含量螺旋含量•[ [αα] ] 为在为在TiO2TiO2上吸附后上吸附后BSABSA的的αα- - 螺旋含量螺旋含量 21四 . 与CD联用技术•HPLC-CD•振动圆二色谱法振动圆二色谱法221. HPLC-CD 1980年年, Drake等首次使用圆二色检测器，用等首次使用圆二色检测器，用HPLC实现了手性化合物的分离及纯度的测定；实现了手性化合物的分离及纯度的测定； HPLC-CD的检出限为的检出限为7.2ng，， 线性范围线性范围2.5×10-5mol/L～～2.5×10-3mol/L。

23HPLC-CD技术的应用技术的应用：：•在非手性色谱条件下测定对映体纯度在非手性色谱条件下测定对映体纯度•手性化合物绝对构型测定手性化合物绝对构型测定•复杂基质中手性化合物分析复杂基质中手性化合物分析 24HPLC-CD技术的优点：技术的优点：•不需要对样品进行高温气化和衍生化处理不需要对样品进行高温气化和衍生化处理•不需要手性固定相直接测定对映体纯度不需要手性固定相直接测定对映体纯度•被用于不对称合成中高通量的筛选催化剂被用于不对称合成中高通量的筛选催化剂 HPLC-CD技术的局限性技术的局限性:•不能实现分析的自动化不能实现分析的自动化•仪器比较昂贵仪器比较昂贵•灵敏度相对比较低灵敏度相对比较低252. 振动圆二色谱振动圆二色谱 将经典的圆二色性技术将经典的圆二色性技术( (一种与可见和紫外光区电子跃迁有关的光谱一种与可见和紫外光区电子跃迁有关的光谱技术技术) ) 延伸至红外光区的分子振动跃迁延伸至红外光区的分子振动跃迁•不需要经过化学预处理，从一简单溶液中就可以获取很多典型的跃迁不需要经过化学预处理，从一简单溶液中就可以获取很多典型的跃迁谱图谱图•不需参比物对照就能确定试样分子的绝对构型和构象不需参比物对照就能确定试样分子的绝对构型和构象•在溶液中的试样分子在核磁共振谱的时间标尺内进行构象之间的快速在溶液中的试样分子在核磁共振谱的时间标尺内进行构象之间的快速相互转换相互转换, ,仍能求得其溶液构象的分布仍能求得其溶液构象的分布( (而核磁共振谱只能提供其平均而核磁共振谱只能提供其平均值值) )优点26。