振动圆二色谱_一种确定手性分子绝对构型的新方法

2009 年第 29 卷 有 机 化 学 Vol. 29, 2009 第 6 期, 848～857 Chinese Journal of Organic Chemistry No. 6, 848～857 * E-mail: zhoucx10@zju.edu.cn Received September 17, 2008; revised October 22, 2008; accepted November 18, 2008. 国家自然科学基金(No. 30801429)资助项目. ·综述与进展· 振动圆二色谱: 一种确定手性分子绝对构型的新方法 甘礼社 周长新* (浙江大学药学院现代中药研究所 杭州 310058) 摘要 手性分子绝对构型的确定是一个极其重要且长期存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 . 振动圆二色谱是在红外波长区域测定分子圆二色 性的一种新方法, 极大地扩展了圆二色谱的应用范围. 振动圆二色谱法通过构象搜索、量子化学计算等手段准确预测 手性分子的振动圆二色谱图, 进而与实测谱图进行比较确定其绝对构型. 该方法已经得到了越来越广泛的应用, 必将 成为一种有效测定手性分子绝对构型的常规方法. 关键词 振动圆二色谱; 手性分子; 绝对构型; 量子化学计算 Vibrational Circular Dichroism: A New Tool for the Determination of Absolute Configuration of Chiral Molecules Gan, Lishe Zhou, Changxin* (Institute of Modern Chinese Medicine, College of Pharmaceutical Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058) Abstract The determination of the absolute configuration (AC) of chiral molecules is an important issue in organic chemistry. Vibrational circular dichroism (VCD) is a useful technology to measure the circular di- chroism of chiral molecules in the IR region, which remarkably expands the application of circular dichro- ism to the determination of AC. The AC of chiral molecules can be determined by comparison of the ex- perimental VCD spectra with the theoretical VCD ones obtained on the basis of quantum chemical calcula- tions. Keywords vibrational circular dichroism; chiral molecule; absolute configuration; quantum chemical calculation 分子与其镜像不能重合的性质称为分子手性. 自然 界的分子往往以两种对映异构体中的一种存在, 如天然 的 L-型氨基酸和 D-型糖, 这些现象的产生如今仍然是 难解之谜[1]. 由于人体中的药物靶点(如各种受体、酶、 蛋白质等)由 L-型氨基酸组成, 本身具有手性, 手性药 物分子与其发生作用从而产生药理学效应时必然具有 对映选择性, 对映异构体因而在人体内往往产生不同甚 至相反的药理学活性, 如沙利度胺(Thalidomide)[2]和布 洛芬(ibuprofen)[3]等. 因此, 手性分子绝对构型的确定 必然成为一个极其重要并长期存在的课题. 经过数十年的发展, 目前确定手性分子绝对构型的 方法可以归纳为四类: (1)有机合成, (2)基于手性试剂化 学反应和 NMR 的 mosher 法, (3) X 射线单晶衍射, (4)光 谱学方法. 其中, 有机合成是最早的确定分子手性的方 法, 即将目标分子反合成分析, 从初始已知手性的化合 物开始, 通过手性控制的有机化学反应, 将其转化为目 标化合物的方法. 很多富有挑战性的复杂手性化合物的 合成如今已被有机化学家们所攻克, 然而有机合成始终 是一项繁琐而辛苦的选择. 修订了的 Mosher 法[4]首先 将分子与手性试剂反应, 继而通过判断其 NMR 位移确 Administrator 高亮 No. 6 甘礼社等：振动圆二色谱: 一种确定手性分子绝对构型的新方法 849 定手性分子的绝对构型, 该方法要求分子中必须含有某 些基团或者需要衍生化, 而且要用到昂贵的手性试剂. 基于 Bijvoet 法的 X 射线衍射也时常成为有机化学家的 一项重要选择, 而要确定绝对构型需要分子中有“重原 子”, 而且适合的单晶培养也时常限制了它的应用. 与 前三者相比, 光谱学方法由于对样品(纯度、官能团、结 晶与否等)要求不高, 测量过程无损失, 因而得到了广 泛应用. 在光谱方法中, 最有名和应用最广泛的手性分子光 学性质为旋光(OR)和圆二色谱(circular dichroism, CD). 组成平面偏振光的左旋和右旋圆偏光在通过手性介质 时吸收系数不同(εR≠εL), 吸收系数之差∆ε随波长变化 即可获得圆二色谱(CD). 对映异构体的 CD 谱图呈现正 负相反. 传统的圆二色谱是指波长在 200～400 nm 之间 的吸收谱, 20 世纪 70 年代, 由于“八区律”、“激子手 性法”[5]等方法的发现和发展, 圆二色谱得到了广泛应 用. 然而, 传统的圆二色谱要求手性分子必须有紫外吸 收, 这一点成为限制其应用的重大问题. 由此人们提出: 如何在红外光区频率下测定圆二色谱? 20 世纪 70 年代, Holzwart[6], Nafie 和 Stephens 等[7]先后成功测定了红外 光区频率下的圆二色谱 , 即振动圆二色谱(vibrational circular dichroism, VCD). 此后, 随着傅立叶变换红外光 谱等新技术的发展 , VCD 的测量范围逐渐扩大为 4000～750 cm−1, 测量精度不断提高, 信噪比不断降低. 1997 年, 由 Nafie 等[7]及其公司 ABB Bomem/BioTools 开发的第一台VCD光谱仪ChiralIR上市. 其后, 有多家 公司分别推出其傅立叶变换红外振动圆二色谱光谱仪 (FTIR VCD spectrometer), 包括: Nicolet/Thermo 公司的 TOM, Jasco 公司的 JV-2001/FVC-4000, Bio-Rad 公司的 FTS-60A, Bruker Optics 公司的 PMA37/PMA50 红外附 件等. VCD 确定手性分子绝对构型已经得到越来越广泛 地应用. 由于振动光谱谱图的复杂性, VCD 很难象传统圆二 色谱(electronic circular dichroism, ECD)那样发展出合适 的理论来进行结构-谱图的对应解释, 而只能依靠理论 计算值和实测值对比来判断手性分子的绝对构型. 事实 上, 随着量子化学理论的创新(如从头算 ab initio, 密 度泛函 DFT 等)和计算机技术的进步, 很多的有机化学 家已经开始采取纯理论计算 , 如计算 NMR[8]、旋光 (OR)[9]和电子圆二色谱(ECD)[10]等, 结合实际中的实验 室测定来解决手性分子构型中的许多问题. 振动圆二色 谱(VCD)正是在这样的双重推动下, 近年来才取得了巨 大的发展, 逐渐成为一项鉴定手性分子绝对构型的强有 力的工具[11,12]. 本文将简要介绍振动圆二色谱的原理、确定手性化 合物绝对构型的方法和应用. 1 振动圆二色谱的原理与方法 1.1 光的性质和 VCD 的产生 光是一种电磁波, 是由与传播方向垂直的电场和磁 场交替转换的振动形成的. 振动方向与传播方向垂直, 为横波. 横波有一个特性, 就是它的振动是有极性的. 在与传播方向垂直的平面上, 它可以向任一方向振动. 如果把这种光通过一个 Nicol 棱镜(起偏器), 由于它只 允许振动方向与其晶轴平行的光线通过, 其它光被阻 挡, 一束光线都在一个平面内振动, 称为平面偏振光 (polarized light). 平面偏振光通过手性物质时, 能使其偏振面发生旋 转, 这种现象称之为旋光. 产生旋光的原因是, 组成平 面偏振光的左旋光和右旋光在手性物质中传播时, 他们 的折射率不同(nR≠nL), 这种性质叫做手性化合物的双 折射性, 由此造成两个方向的圆偏光在手性物质中的传 播速度不同(vR≠vL), 从而导致偏振面的旋转. 用仪器 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 通过手性化合物溶液的平面偏振光的振动面偏转 的角度, 即为旋光度 α, 我们平常所测定的旋光即为波 长在 589.6 nm 的 Na 灯的黄光下的比旋光度. 旋光度随 波长的变化而变化就可获得旋光光谱(optical rotatory dispersion, ORD). 组成平面偏振光的左旋圆偏光和右旋圆偏光在通 过手性介质时, 不但产生因折射率、传播速度不同而导 致的旋光现象, 而且还产生因吸收吸收系数不同εR≠εL 而导致的“圆二色性”. 用仪器可以记录通过手性化合 物溶液的左旋圆偏光和右旋圆偏光的吸收系数之差∆ε, ∆ε随波长变化即可获得圆二色谱(CD). 传统的圆二色 谱(CD)所用的平面偏振光的波长范围一般在 200～400 nm, 属于紫外区, 由于其吸收光谱是分子电子能级跃迁 引起的, 称为电子圆二色谱(ECD). 与此对应, 当平面 偏振光的波长范围在红外区时, 由于其吸收光谱是分子 的振动转动能级跃迁引起的, 称为振动圆二色谱(VCD). VCD 谱即为红外光中的左旋圆偏光和右旋圆偏光的吸 收系数之差∆ε随波长变化所给出的图谱(图 1). 长期以来, 电子圆二色谱由于其干扰少、容易测定 而被广泛应用, 而振动圆二色谱在傅立叶变换红外光谱 和量子化学计算的双重推动下, 最近几年才得到越来越 广泛的应用. 与ECD相比, VCD的最大优势就是不需要 分子中含有生色团(紫外吸收), 几乎所有手性分子都在 红外区有吸收, 都会产生 VCD 谱图. 850 有 机 化 学 Vol. 29, 2009 图 1 光学活性分类 Figure 1 Classification of optical activities 1.2 计算原理 手性化合物对组成平面偏振光的左旋圆偏光和右 旋圆偏光的吸收不同而产生圆二色性[13]. 即∆A＝AL－ AR , 或者 ∆ε＝εL－εR. 将手性分子溶于一个无吸收的溶剂而形成的稀溶 液中, 摩尔吸光系数和摩尔吸光系数差可以表达为: ε(ν)＝1.09×1038ν∑Dj fj(νj) ∆ε(ν)＝4.35×1038ν∑Rj fj(νj) Dj和 Rj分别表示在频率为νj时分子从能级 g 到 j 时的偶 极和旋转张力. 单位分别为 esu2 和 cm2. fj是归一化洛伦 兹峰型. Dj和 Rj可以进一步表示为: Dj＝|＜g|µel|j＞|2 Rj＝Im[＜g|µel|j＞＜j |µmag|g＞] 其中µel和µmag分别为电子偶极和磁偶极矩运算子. 在函数近似和正常的模式下, 红外吸收强度跟偶极 张力 Dj 成正比, 而 VCD 强度则旋转张力 Rj成正比. 这样, 通过计算基态下原子位移的偶极张力就可得 到化合物的 IR 图谱, 计算原子位移带来的分子的线性 电子振荡和有角度的磁振荡就可以得到VCD的强度[14]. 现在, 很多软件都可以直接进行振动圆二色谱的计 算. 如商业软件 Gaussian 03 (Gaussian Inc., http://www. gaussian.com) 和免费软件 Dalton 2.0 (Dalton Quantum Chemistry Program, http://www.kjemi.uio.no/dalton/ dalton.html)等. 1.3 基本方法 要应用 VCD 确定化合物的绝对构型, VCD 谱图必 须是可以解释的, 然而, 比起电子圆二色谱(ECD), 振 动圆二色谱由于其本身的复杂性、应用时间短等因素, 很难形成如 ECD 那样的经验和半经验规则, 以及像八 区律、激子手性法那样的理论将谱图和化学结构关联起 来. 在 VCD 的早期应用中, 曾有学者提出多种模型来 解释 VCD 谱图数据, 如 Fixed Partial Charge 模型, Atomic Polar Tensor 模型, Localized Molecular Orbital 模 型, Coupled Oscillator 模型等[15], 但都没有令人满意的 普遍性和有效性. 而后来发展的量子化学计算模拟已经 成为目前最有效最成功的 VCD 光谱的解释方法. 由于 一对映体具有正负相反的计算谱图, 通过比较实测谱图 与量子化学计算所得谱图, 从而直接判断得出化合物的 绝对构型, 这就是目前振动圆二色谱确定手性分子绝对 构型的基本方法. 2 振动圆二色谱的测定与计算 2.1 VCD 光谱仪 VCD测定仪可以看成是普通的红外测定仪加上CD 部分, 也可以看成是红外光区域的的 CD 测定仪. 图 2 即为傅立叶变换振动圆二色谱仪的组成示意图: 非偏振 光经过一个红外滤光器, 然后经过一个偏振器将其转化 为平面偏振光 . 平面偏振光再经过光弹调制器 (photoelastic modulator, PEM)[16], 光弹调制器能在固定 频率下将平面偏振光在左旋圆偏光和右旋圆偏光之间 转换. 经过光弹调制器的光束穿过样品, 引起红外强度 的改变, 利用红外检测器记录光强的变化. 这个红外检 测器有两个通道: 一个即为普通的记录红外光谱图的通 道, 另外一个通道包括一个与光弹调制器频率保持一致 的锁相放大器(lock-in Amplifier), 通过它解调光弹调制 器频率下的光谱信息(左旋圆偏光和右旋圆偏光的吸收 系数之差∆ε, 相应波长等)并最终生成 VCD 图谱. No. 6 甘礼社等：振动圆二色谱: 一种确定手性分子绝对构型的新方法 851 图 2 傅立叶变换振动红外圆二色谱仪示意图 Figure 2 A schematic overview of a FTIR-VCD spectrometer 2.2 VCD 的计算 分子是以多种构象存在于溶液中的, 要计算一个分 子的 VCD 谱图, 首先必须寻找此分子的优势构象及其 布居数, 然后对各种优势构象进行几何优化, 最后再根 据 VCD 的理论基础, 选择一定的计算方法和基组, 求 解出该构象的振动圆二色谱谱图, 最后将各个构象的 VCD 谱图按照其布居数叠加, 得到此分子的 VCD 谱图. 2.2.1 构象搜索和优化 VCD 计算的是分子在基态下的振动光谱, 因此在 计算其 VCD 之前必须对分子的构象进行优化, 得到其 最低能量态构象才能进行有意义的计算. 然而, 现代理 论化学研究表明, 分子在溶液中不只有一种构象. 用 VCD 测定仪在溶液中所测得的红外和振动圆二色谱图 实际上是分子在溶液中各种低能量构象振动的平均结 果. 因此, 在构象优化之前, 必须先找出分子的所有可 能 的 低 能 量 态 构 象 及 其 分 布 , 即 构 象 搜 索 (conformational search). 构象搜索的目的就是要寻找手 性分子在溶液中所有可能的低能量态构象及其分布. 对 于一个刚性的分子来说, 它在溶液中可能只以某一种构 象存在. 然而对于一个柔性的分子来说, 它在溶液中可 能以几十甚至成百上千种能量相似的构象存在. 每一种 构象对应一种能量态, 而这些能量态的相对能量大小决 定了每种构象在溶液中的分布概率, 即各种能量态的构 象按照其能量称 Boltzmann 分布: B B * / / e e i i k T i i k T i N g N g ε ε − −= ∑ 图 3 给出了构象搜索的一般过程. 其中有很多方法 来完成构象的产生, 基本可以分为 4 种: (1)以经验规则 和数据为基础的方法, (2)以分子片断为基础的方法; (3) 构象分析方法; (4)纯数字计算方法. 目前, 能够完成构 象搜索软件有 HyperChem(Hypercube, Gainesville, FL), Spartan(Wavefunction, Irvine, CA), MacroModel (Schrodinger, Portland, OR), Insight II (Accerlrys, San Diego, CA)以及 Confort (Tripos, St. Louis, MO)等. Jens Sadowski 等[17]详细描述了分子构象搜索的方法和软件. 图 3 构象搜索的一般过程 Figure 3 General work flow of conformational search tech- niques 搜索到的最低能量构象需要经过几何优化之后才 能计算其 IR 和 VCD 强度, 没有经过几何优化的分子构 象不能代表其在溶液中真正存在的最低能量态构象, 因 而计算所得的数据是不可信的. 2.2.2 量子化学计算(方法与基组) 计算化学有两种方法: 分子力学方法和电子结构理 论. 它们所能完成的任务类型基本上是一样的: (1)完成 构型优化, 确定全局或局域最小点. (2)计算特定分子结 构的能量以及和能量相关的一些性质. 构型优化是化学 计算的基础, 任何性质的计算都是在已优化好的分子结 构上进行的. 分子力学方法是用经典物理的定律预测分子的结 构和性质. 很多程序里都有分子力学方法: 如 MM3, HyperChem, Quanta, Sybyl 和 Alchemy 等. 电子结构理 论方法是以量子力学而非经典力学作为计算的基础. 在 量子力学中, 分子的能量和其它相关性质是通过求解薛 定谔方程得到的. 不过对于太大的体系来说, 准确求解 852 有 机 化 学 Vol. 29, 2009 薛定谔方程是不太可能的. 各类电子结构方法的不同主 要表现在求解薛定谔方程所做的近似上. 主要有三种: 半经验方法、从头算方法、密度泛函方法. 半经验方法: 其特点是用根据实验数据所确定的参 数简化薛定谔方程的求解计算. 由于参数的设定是由实 验数据决定的, 所以不同的方法适用于不同的体系. 从 头算方法方法(ab initio): 计算过程中不使用任何来自实 验的参数, 只使用以下几个物理常数: 光速、电子和核 的电荷、质量和普朗克常数. 所有计算都建立在量子力 学原理上. 如 Hartree-Fock 方法. 密度泛函方法(density functional theory, DFT)是最近发展起来的第三类电子结 构方法, 在很多方面与从头算方法类似. 密度泛函方法 的长处在于它包含了电子相关. 比起 Hartree-Fock 计算 法来, 密度泛函理论方法, 特别是杂化了的密度函数, 如 B3LYP 和 B3PW91, 因其计算结果和实验值有相当 好的吻合而被广泛应用于 IR 和 VCD 的计算[18]. 在 IR 和 VCD 的计算中, 另外一个必须要选择的就 是描述分子轨道的基组. 一般而言, 基组越大, 计算结 果就越好, 但同时需要的计算量也将成倍增加. 所以, 对于一般的分子, 需要选择一个合适的基组才能事半功 倍, 顺利地得到足够精准的数据. 对于 IR 和 VCD 计算, 一般选择 6-31G(d) 基组或者再大一点的 cc-pVTZ 基组, 都能给出很好的与实验值相吻合的结果[11]. 对于一个手性分子的每一个低能态构象逐一计算 后, 再将它们的 IR 和 VCD 谱图按照 Boltzmann 分布率 加合(2.2.1 节), 就可以得到整个手性分子在溶液中的 IR 和 VCD 谱图. 计算所得的 VCD 图谱与实测的 VCD 图 谱进行比较, 与实测值接近的即为化合物的正确构型, 与实测值相反的即为化合物的对映体. 在实际应用中往 往选择一段化合物特征吸收强的数据进行详细的比较 才能得出正确的结论[19]. 3 振动圆二色谱确定有机手性分子绝对构型实 例 近年来, VCD 不断被应用于手性分子绝对构型的测 定中, 包括有机合成化合物、天然产物等. 3.1 有机合成化合物绝对构型 用 VCD 技术确定了多种类型的合成产物的绝对构 型, 如手性亚砜(1)[20]、亚磺酰胺(2)[21]、长链化合物 (3)[22]、具有分子间氢键的芳氧基丙酸类化合物(4)[23]、 Hydrindacene (5)[24]、螺环化合物(6)[25]、桥环内酯(7)[26]、 吡唑(8)[27]、昆虫信息素(9)[28]、植物抗毒素类似物(10)[29]、 联苯类化合物(11)[30]、氮杂环抗抑郁药米氮平 Mirta- zapine (12)[31]、trioxatricornan (13)[32]、对芳环烷重叠异 构体(14)[33]、氧硫杂环己烷(15)[34]、康唑类抗真菌药物 (16)[35]、金属有机络合物(＋)-tris(ethylenediaminato)- cobalt(III) [36]以及同位素取代差异[37]、分子溶液态和结 晶态构象差异[38]等(Scheme 1). 以手性氧硫杂环己烷[(＋)-cis-oxathiane] (15)为例, 其平面构型如图 4 所示. 首先, 对其结构进行构象搜索, 其次, 利用Gaussian 98软件分别在6-31G(d)基组水平上 用杂化密度泛函B3LYP优化这两种构象并计算VCD图 谱, 得到 A 和 B 的红外和 VCD 图谱(900～1700 cm－1), 如图 5 所示. 最后, 对图 5 中所得的两种构象的 VCD 和 IR 图谱按照其布居数比例加合为一张图谱, 与实测的 IR 和 VCD 图比较(图 6). 由图 6 可见, 计算值和实测值 吻合得相当好, 因此确定了(＋)-cis-oxathiane 的绝对构 型. 图 4 氧硫杂环己烷 15 的两种最低能量态构象 Figure 4 Two lowest energy conformations of compound 15 3.2 天然产物绝对构型确定 VCD 已经被广泛应用于各种类型的天然产物的绝 对构型的确定之中, 如倍半萜(17～21)[39]、二萜(22)[400]、 环烯醚萜(23)[41]、其它萜类(24, 25)[42]、生物碱(26, 27)[43]、 海洋天然产物(28)[44]等(Scheme 2). 以吲哚生物碱 schizozygine (11)为例, Stephens 等[43b]首先对(2R,7S,20S,21S)构型的化合物 11 进行了构 象分析, 通过 MMFF94 分子力场的蒙特卡罗构象搜索 (利用Spartan 02软件)和在B3LYP/6-31G*水平上的势能 面扫描(利用Gaussian 03软件)确定其具有 a, a', b, b' 4种 低能量态构象 . 然后 , 分别在 B 3 L Y P / T Z 2 P 和 B3PW91/TZ2P 水平上对 4 种构象进行几何优化(图 7), 计算优化的各种低能量态构象的 VCD 并按照其布居数 No. 6 甘礼社等：振动圆二色谱: 一种确定手性分子绝对构型的新方法 853 Scheme 1 图 5 (＋)-cis-oxathiane (15)的两种构象及其 IR 和 VCD 的实测和计算图谱 Figure 5 Measured VCD and IR spectra of (＋)-cis-oxathiane (15), and the calculated VCD and IR spectra of the two lowest energy conformers 854 有 机 化 学 Vol. 29, 2009 图 6 化合物 15 两种最低能量态构象按照 Boltzmann 分布率加合了的 IR 和 VCD 计算图谱和实测图谱 Figure 6 Comparison of the measured IR and VCD spectra with the calculated ones of the Boltzmann average of the two lowest energy conformers of compound 15 Scheme 2 图 7 4 种最低能量态(2R,7S,20S,21S)-schizozygine 构象 Figure 7 Four lowest energy conformers of (2R,7S,20S,21S)-schizozygine 加合如图 8 所示. 由图 8 可以看出, 实验数据和两种理 论计算值得到较好的吻合 , 由此断定其绝对构型为 (2R,7S,20S,21S). 3.3 其它应用 除了在小分子有机手性化合物绝对构型确定方面 的应用外, VCD 在确定生物大分子, 包括多糖、蛋白质 等的结构方面也有重要应用[45]. 此外, VCD 在聚合物研 究中也有重要应用[46]. 本文不一一赘述. 4 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 与展望 振动圆二色谱与现代量子化学计算相结合, 能够准 确鉴定有机手性小分子的绝对构型, 是手性分子绝对构 型确定的一项新技术. 首先, 该技术与传统技术相比,具 有如下优势: (1)在溶液状态测定, 不需要单晶; (2)不 No. 6 甘礼社等：振动圆二色谱: 一种确定手性分子绝对构型的新方法 855 图 8 (2R,7S,20S,21S)-schizozygine 的实测 VCD 谱图以及 B3LYP/TZ2P 和 B3PW91/TZ2P 水平上的构象加合计算谱图 Figure 8 Comparison of experimental and conformationally averaged B3LYP/TZ2P and B3PW91/TZ2P VCD spectra of (2R,7S,20S,21S)-schizozygine 需要高的对映纯度; (3)样品中含有的非手性杂质不影响 测定结果; (4)通过此鉴定过程, 可以得到手性分子在溶 液中的构象及其分布. 其次, 相对于 ECD 而言, VCD 也 具有如下优点: (1)不需要化合物有紫外吸收, 应用范围 极广; (2)相对于 ECD, VCD 谱峰较窄, 信号丰富, 更容 易判断; (3) ECD计算的是分子在激发态的能量, VCD计 算的是分子在基态下的振动, 从目前计算化学的能力方 面考虑, 计算 VCD 更加准确. 当然, 任何技术都不是完美的. VCD 作为一项新技 术, 其发展和应用才刚刚起步, 也存在一些缺点: (1) VCD 测定仪的基线不稳问题(已逐步解决); (2)对于较大 的复杂分子, 目前计算化学能力不够; (3)对于过度柔性 的分子, 由于其常温下的低能态构象数量巨大, 且不断 相互转化, 因此计算结果可信度较低. 针对以上问题可以看出, 未来 VCD 技术将在以下 方面得到改进: (1)更加精确的计算化学密度函数的发展 和计算机计算能力与技术的进步; (2)测定 VCD 时分子 非简谐性振动的消除; (3)溶剂效应的除去; (4)平衡态时 柔性分子构象的布居数的准确推断. 事实上, VCD 技术 自从被提出以来就得到越来越多的关注和研究, 仅从各 大数据库中相关文献的数量就可见一斑(表 1). 表 1 5 种数据库中有关 VCD 技术的期刊文献量对比 Table 1 Comparison of the quantities of VCD related articles in 5 literature databases 年份 ACS SD RSC Wiely Springer ＜1990 79 52 10023 3 4 1990≤1995 31 29 3005 1 4 1995≤2000 32 37 392 9 00 2000≤2005 57 41 558 11 2 2005≤2008 87 47 434 23 13 相信随着量子化学理论的不断创新、VCD 光谱仪 的普及和测定技术的不断进步、以及计算机技术的不断 发展, 振动圆二色谱将逐步成为具有重要影响力的一项 鉴定有机手性分子绝对构型的强有力的工具. References 1 Klussmann, M.; Iwamura, H.; Mathew, S. P.; Wells, D. H.; 856 有 机 化 学 Vol. 29, 2009 Pandya, U.; Armstrong, A.; Blackmond, D. G. Nature 2006, 441, 621. 2 Matthews, S. J.; McCoy, C. Clin. Ther. 2003, 25, 342. 3 Doki, K.; Hayakawa, T.; Lin, W.; Yanaguimoto, H.; Ding, G.; Inotsume, N. 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L.; Drabowicz, J.; Lyzwa, P.; Mikolajczyk, M.; Wieczorek, W.; Balinska, A. J. Org. Chem. 2008, 73, 3120. 22 Monde, K.; Miura, N.; Hashimoto, M.; Taniguchi, T.; Inabe, T. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 6000. 23 (a) He, J.; Wang, F.; Polavarapu, P. L. Chirality 2005, 17, S1. (b) He, J.; Polavarapu, P. L. J. Chem. Theory Comput. 2005, 1, 506. 24 Kuppens, T.; Vandyck, K.; Van der Eycken, J.; Herrebout, W.; van der Veken, B. J.; Bultinck, P. J. Org. Chem. 2005, 70, 9103. 25 Devlin, F. J.; Stephens, P. J.; Oesterle, C.; Wiberg, K. B.; Cheeseman, J. R.; Frisch, M. J. J. Org. Chem. 2002, 67, 8090. 26 Izumi, H.; Futamura, S.; Nafie, L. A.; Dukor, R. K. Chem. Rec. 2003, 3, 112. 27 Tur, E.; Vives, G.; Rapenne, G.; Crassous, J.; Vanthuyne, N.; Roussel, C.; Lombardi, R.; Freedman, T.; Nafie, L. Tetrahe- dron: Asymmetry 2007, 18, 1911. 28 Figadere, B.; Devlin, F. J.; Millar, J. G.; Stephens, P. J. Chem. Commun. (Cambridge, U. K. ) 2008, 1106. 29 Monde, K.; Taniguchi, T.; Miura, N.; Nishimura, S.-I.; Ha- rada, N.; Dukor, R. K.; Nafie, L. A. Tetrahedron Lett. 2003, 44, 6017. 30 Freedman, T. B.; Cao, X.; Nafie, L. A.; Kalbermatter, M.; Linden, A.; Rippert, A. J. Helv. Chim. Acta 2005, 88, 2302. 31 Freedman, T. B.; Dukor, R. K.; van Hoof, P. J. C. M.; Kel- lenbach, E. R.; Nafie, L. A. Helv. Chim. Acta 2002, 85, 1160. 32 Mobian, P.; Nicolas, C.; Francotte, E.; Burgi, T.; Lacour, J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6507. 33 Furo, T.; Mori, T.; Origane, Y.; Wada, T.; Izumi, H.; Inoue, Y. Chirality 2006, 18, 205. 34 Solladie-Cavallo, A.; Balaz, M.; Salisova, M.; Suteu, C.; Nafie, L. A.; Cao, X.; Freedman, T. B. Tetrahedron: Asymmetry 2001, 12, 2605. 35 Dunmire, D.; Freedman, T. B.; Nafie, L. A.; Aeschlimann, C.; Gerber, J. G.; Gal, J. Chirality 2005, 17, S101. 36 Freedman, T. B.; Cao, X.; Young, D. A.; Nafie, L. A. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 3560. 37 Freedman, T. B.; Cao, X.; Luz, Z.; Zimmermann, H.; Poupko, R.; Nafie, L. A. Chirality 2008, 20, 673. No. 6 甘礼社等：振动圆二色谱: 一种确定手性分子绝对构型的新方法 857 38 Wang, F.; Polavarapu, P. L.; Drabowicz, J.; Kie-lbasinski, P.; Potrzebowski, M. J.; Miko-lajczyk, M.; Wieczorek, M. W.; Majzner, W. W.; Lazewska, I. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 2072. 39 (a) Cerda-Garcia-Rojas, C. M.; Catalan, C. A. N.; Muro, A. C.; Joseph-Nathan, P. J. Nat. Prod. 2008, 71, 967. (b) Stephens, P. J.; McCann, D. M.; Devlin, F. J.; Smith, A. B., III J. Nat. Prod. 2006, 69, 1055. (c) Monde, K.; Taniguchi, T.; Miura, N.; Vairappan, C. S.; Suzuki, M. Chirality 2006, 18, 335. (d) Bercion, S.; Buffeteau, T.; Lespade, L.; Couppe, deK. Martin, M.-A. J. Mol. Struct. 2006, 791, 186. 40 Cerda-Garcia-Rojas, C. M.; Garcia-Gutierrez, H. A.; Hernandez-Hernandez, J. D.; Roman-Marin, L. U.; Joseph-Nathan, P. J. Nat. Prod. 2007, 70, 1167. 41 (a) Stephens, P. J.; Pan, J.-J.; Krohn, K. J. Org. Chem. 2007, 72, 7641. (b) Stephens, P. J.; Pan, J. J.; Devlin, F. 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