应用MTPA确定手性仲醇绝对构型的研究进展
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泸州医学院学报 2013年 第36卷 第3期 293 Journal of Luzhou Medical College Vo1.36 No.3 2013 | 应用MTPA确定手性仲醇绝对构型的研究进展 何玉玲综述:杜曦 审校 (泸州医学院:药化教研室; 化学教研室,四川泸州646000) 中图分类号O621.1 文献标识码A doi:10.3969 ̄.issn.1000—2669.2013.03.028 实物与其镜像不能重合的现象称为手性。手性是自然界 的本质属性之一,多数药物都具有手性。由于手性特征,手性 药物分子与体内的药物靶点作用产生药理学效应时必然具 有对应选择性,即往往产生不同甚至相反的药理学性,如沙 手性醇类化合物绝对构型最经典、最常用的方法之一。本文 就应用手性衍生试剂MTPA( ̄一甲氧基三氟甲基苯基乙酸)确 定 一手性伸醇绝对构型的Mosher法进行综述。 / 利度胺(thalidomide)I 】和布洛芬(ibuprofen)I21等。因此,包括手性 药物分子在内的手性分子绝对构型的确定必然成为一个极 其重要的课题。 1 Mosher法 1973年Mosher首次报道了应用NMR法确定仲醇的绝 对构型。将仲醇分别与(R)和(s)一MTPA反应形成 ̄(Mosher 酯)后测定其NMR,通过比较(R)和(s)一MTPA酯的位移值8 得到AS(AS=SS—GR),然后与Mosher酯的构型关系模示图 目前确定手性分子绝对构型的方法可以归纳为四类:④ 有机合成;②基于手性试剂化学反应和NMK的Mosher法; @lX射线单晶衍射;④光谱学方法。其中,Mosher法目是确定 比较,根据A8的符号来判断手性仲醇的绝对构型(图1)。 ]I + L1 l 9F.NMRA 8(CF3) f H1 C-NIvIRA ̄L1 ) H o H (R)-MTPA.x=0H (s)-MTPA CI I 图1 Mosher酯的构型关系模示图 MTPA可以作为酸或酰氯参与反应,当(R)一MTPA作为 酸参与反应时生成的是(R)一MTPA酯,而作为酰氯(R)一MT— 仲醇的绝对构型。改进的Mosher法中,苯环的各向异性作用 不仅仅局限于B位质子,还可以向更远的质子延伸;将(R)和 (s)一MTPA酯的各个质子的A8计算出来,发现A8正值和 PA—c1参与反应时,与醇反应则生成(s)一MTPA酯 。2012 年.Ming Chen等 利用改进的Mosher法确定了一系列手性 AG负值整齐的排列在化合物两侧(图2)。 Me一0.09 十0.05 +0.01 M 加.08一:-0・(x】1 Me .0.n 图2改进的Mosher法确定手性仲醇化合物的绝对构型 Mosher法应用NMR谱的化学位移值确定分子的绝对 构型,包括利用CF 的 9F—NMR谱以及分子中其他基团的 作用不同引起的。假设仲醇的(R)/(S)一MTPA酯中C(1 )H,羰 基,CF 是处于同一平面的(图3),当MTPA中的苯环与醇上 的较大基团相对,与醇上的较小基团处于同一边时,CF 与羰 基更接近处于共平面位置,因此受到的羰基的去屏蔽效应较 大.191::一NMR信号向低场移动。 1H—NMRmI ̄LI 13C—NMR化学位移值来确定其构型。 1.1利用 9F—NMR的Mosher法 Mosher最先使用 91:一NMR确定仲醇的绝对构型 。(R) 一MTPA酯和(s)一MTPA酯的 9F-NMR化学位移的不同主 如图3fB),当较大的取代基(例如L )与苯环处于同一侧 时,CF 受到的去屏蔽效应比L1与甲氧基处于同一侧时(图 要是由于两个非对映异构体的酯分子中羰基对 9F的去屏蔽 3A)要大,c 在低场发生共振。其化学位移差值的表达方式 作者简介:何玉玲(1988一),女,硕士生 泸州医学院学报 294 2013年 第36卷 第3期 Journal of Luzhou Medical College Vo1.36 No.3 2013 为△8S艮( F)CF3=8CF3(S)一8CF, 。图3中,醇的L1比L 基团 大,得到的△8 ( F)CF <0。如果该醇的构型恰恰相反或者L A 比L 大,那么△8 则是正值。 B 1 L2 (R)-MTPA (S)-MTPACl (R)-MTPA lI (s).MTPAC ..................一Ll bulkierthan L2 图3 F-NMR确定MTPA酯构型的模型 该方法的优势在于只有CF 基团的核磁谱图信号,化学 去屏蔽效应,L:基团的质子NMR信号在(R)一MTPA酯中较 (S)-MTPA酯中出现在高场,而LJ基团的质子则刚好相反。 因此: 位移范围大、不易出现峰重叠,灵敏度高。 1.2利用’H—NMR和 C—NMR的Mosher法 毫无疑问,氢谱比氟谱更加广泛地应用于仲醇绝对构型 的确定[91。该方法基于手性衍生试剂MTPA上的苯环对醇上 的取代基(L /L2)的去屏蔽效应与L。和L2以及MTPA上苯环 的立体位置有关。该方法中,Mosher假设co )H,羰基,CF 是处于同一平面的,如图4,在(R)一MTPA酯中,由于苯环的 △8 L1=AL1(s)一△L1a <0;A8 L2=AL2(s)一△L20 >0 如果该醇的构型与图4(c)相反,则ABS ̄L 、A8 L2也相 反,如图4(D)。”C—NMR的Mosher法用于确定醇的绝对构 型与 H—NMR法相似,不同的是(s)一/(R)一MTPA酯的L。, L2的”C—NMR化学位移值㈣表示为(ABSR(C)L 和(c)L2)。 \。 L1 M L2 x\ Me : O H (R)-MTPA (S)-MTPACI (s】・MTPA A (R1一MTPACI B MTPA。 MTPA0一 。 一 C: (尺)_MTPA酯期望值△6。R D:(s).MTPA酯期望值△6SR CFTA酯来确定具有微小结构差异的手性仲醇(二苯甲醇、苄 醇等等)的绝对构型。实验结果表明,由于CFTA—C1的稳定 的反应性以及手性仲醇衍生物的△8值的一致性,使得该方 法的可靠性再一次得到印证。 2 MTPA法的使用范围及其局限性 作用为基础的,因此反应产物的主要构象的相对数量以及构 象对NMR化学位移的贡献等知识对推定最终结果都是必 要的。MTPA法的应用受到两方面的限制,即其本身不利的 构象特征以及存在屏蔽和去屏蔽作用相互抵消的现象。同时 用于确定构型的NMR信号需满足以下几个先决条件:① aBsR值必须显著大于仪器误差水平;( ̄)MTPA酯的同一侧的 所有质子的△8 值需具有同样的符号;③如果其中一个取代 基(例如L )△8 为负值,那么另外一个取代基(L2]A8 必须 应用MTPA作为衍生化试剂确定仲醇的绝对构型具有 一定的片面性旧。应用芳环去屏蔽效应确定绝对构型的 第3期何玉玲等:应用MTPA确定手性仲醇绝对构型的研究进展 为正值。而往往MTPA衍生物都不能完全符合这些标准,导 2-2 H—NMR、”C—NMR波谱法 295 致MTPA衍生法的可靠性降低。在这里,我们将逐个讨论各 模型的应用范围及其局限性。 2.1 F—NMR法 H—NMR法是应用MTPA确定绝对构型最常用的方 法。然而,大量例子表明MTPA酯中由于太小的H化学位移 差值,或者是不规则的位移信号分布常导致A8sR值分布的不 规则性,并导致误判其绝对构型 ≈。 考虑到MTPA酯的信号常呈现不规则分布,Kakisawa课 题组l12 提出利用改进的Mosher法。该方法根据L 、 基团 上绝大多数质子的△8 值来确定其绝对构型。并提出在以下 Mosher酯中CF 的 9F—NMR化学位移的不同主要是由 于两个非对映异构体中羰基对 9F的去屏蔽作用不同引起 的。当MTPA与仲醇及其类似物进行衍生化反应时,形成的 仲醇及其类似物的Mosher酯的 F—NMR化学位移值相近。 因此,通过一个已知构型的化合物可推断出该化合物的一系 列类似物的绝对构型。但是,当被测化合物没有其类似化合 物的确定构型的基础,应用”F—NMR波谱法则有些冒险,并 可能导致构型误判㈣。如图5中的两个化合物(一)一Bomeol(S, S-B—Hydroxy—alkylbutenolide)就与实际构型不符… 。 OH /、\ H 两种情况下可以忽略那些不规则信号质子的共振干扰:①质 子离手性中心较远;②不对称碳原子周围的大部分质子的核 磁信号分布一致。 文献I15峙艮道了具有 一芳环结构的醇的绝对构型的确 定。如图6,其中泰托霉素(tautomycin 6.1)的MTPA酯中p— H的△8 值呈现了不规则分布,作者认为可能是由于这些 so 质子不仅受到MTPA中苯环的去屏蔽效应,同时也受到醇 结构中0【一芳环的影响,因此确定绝对构型时,忽略B—H的 A8 值的干扰。信号散乱的现象也出现在邻位具芳环的化 / (一)・Bom ̄ol S,S—l ̄-Hydroxy—alkylbutenolide 合物中 。 图5 1T—NMR Mosher模型确定的构型与实际构型不 符的化合物 Q03 O.O8 10 04 O.O3 、 OH : -O, 0.o2 B I、0、 \=7 一o / H PHB … HA HB B—H的A8 不规则分布的 一芳基取代的仲醇类化合物 图6泰托霉素和d一芳基取代的仲醇类化合物 同样,应用13C—NMR确定醇的绝对构型有其优势同时 确归属质子的化学位移比较困难。故在一定情况下,空间位 阻作用或实验因素(如NMR测试溶剂或浓度)等引起构象平 也有其局限性:①得到的A8sR值相当小;②应用该法确定绝 对构型的准确度不够。 Isao K等【 71从N一乙酰基一L一肾上腺素(tanacetum bal— 衡移动,会影响A8SR的大小,总体来说并不影响该方法对 于绝对构型测定结果的可靠性。而’9F—NMR的应用前提是B samita)分离出具有芳环结构的香爱菊素(tanabalin),该化合物 与MTPA合成Mosher酯后,其取代基的A8sR值呈现不规则 分布。 同时△6sH不规则分布的情况也存在于不具有芳环的化 位取代基的立体空间位阻大小不同,该方法图谱信号清楚简 单,化学位移值较大,有一定优势。 总之,基于NMR的应用MTPA确定手性分子绝对构型 的方法将会更广泛地应用于仲醇及伯胺类手性化合物绝对构 型的确定。 参考文献 合物形成的Mosher酯中。如Quadrangularic acidI18i中两个取 代基的△8 都是负值。实际上,通过该化合物得到的A8sR值 分布可知:当底物上连有极性基团时可能使其信号不规则分 布。不仅如此,信号散乱的现象也存在于一些结构中不具有 极性基团或邻位具有芳环的化合物。 3结论与展望 2 Matthews sJ,Christopher MC.Thalidomide:a review of ap proved and investigational uses[J].Chnical Therapeutics, 2003,25(2):342 395 Kosuke D,Tom H,Wenhui L,et a1.Effects of absorption rate on the pre——systemic chiral inversion of ibuprofen in 13C—NMR和1H—NMR的Mosher法基于MTPA上的 苯环对醇上的取代基的去屏蔽效应来确定仲醇类化合物的 绝对构型,现已广泛应用于醇类及胺类的绝对构型的确定。 rabbits U]Journal of Pharmacy and Pharmacology,2003,55 (8):1091~1097 mes AD,Harry SM.Nuclear magneitc resonance enan— 3 Ja但在低场核磁共振仪检测情况下,对于较复杂的化合物,准 296 tiomer regents configurational correlations via nuclear magnetic resonance chemical shifts of diastereomeric man— delate.O—methylmandelate,an 0【一methoxy一0【一tirfluo— romethylphenylacetate(MTPA)esters[JlJ.Am.Chem.Soc, 1973,95(2):512~519 4 Joshi BS,Pelletier SW.A cautionary note on the use of commercial(R)一MTPA—C1 and(s)一MTPA—C1 in deter— mination of absolute configuration by Mosher ester analysis Ⅱ】.Heterocycles,1999,51(1):183~184 5 Joshi BS,Newton MG,Lee DW,et a1.Reversal of absolute stereochemistry of the pyrrolo[2,1一b]quinazoline lakaloids vasicine,vasicinone,vasicinol and vasicinolone Tetrahe— dron Asymmetry,1996,7(1):25 28 6 Ming Chen,William RR.Enantioselective synthesis of anti ——and syn——homopropargyl alcohols via chiral br?nsted acid catlayzed asymmetric aUenylboration reactions U]J.Am. 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