手性材料概述
手性非线性光学材料的模型与结构理论研究进展
＝பைடு நூலகம்
ｅ３rζ２ ８π３ｍ２Ｌ４Ｄ（ω）Ｄ（２ω）
，
ｅｅｅ
βｙｚｚ
＝
ｂｅ３rζ２ ４π２ｍ２Ｌ４Ｄ２（ω）Ｄ（２ω）
，
ｅｅｅ
βｘｙｙ
＝
ｅ３r３ 2ｍ２Ｌ４Ｄ４（ω）
，
ｅｅｅ
βｘｙｚ
＝
ｅ３ρ２ζ ４πｍ２Ｌ４Ｄ４（ω）
其中，Ｌ 为螺旋长度，Ｌ２＝ｒ２＋ζ２／４π２，ｅ 为电子电量，ｍ 为电子质量，
— １０３ —
＝
ａｅ３cosαsin2α
２２
ε０ ｍ Ｄω Ｄ2ω
ｅｅｅ
βｘｚｚ
ｅｅｅ
＝βｚｘｚ
ｅｅｅ
＝βｚｚｘ
ｅｅｅ
＝βｙｚｚ
ｅｅｅ
＝βｚｙｚ
ｅｅｅ
＝βｚｚｙ
＝
ａｅ３cos2αsinα
２２
ε０ ｍ Ｄω Ｄ2ω
ｅｅｅ ｅｅｅ
βｘｙｙ ＝βｙｘｘ ＝－
ａｅ３κcos3α
２２ ２
ε０ ｍ Ｄω Ｄ2ω
ｅｅｅ
βｘｙｚ
１．２ 耦合双振子模型 ｚ
Ｏｓｃ．Ｂ
α
ｄ／２ ｙ
ｘ ｄ／２
Ｏｓｃ．Ａ α
图 ５ 耦合双振子模型
在微观模型方面的研究中，还有对由空间分立的多原子团组成的
大分子较适用的耦合双振子 Ｋｕｈｎ 模型［９，１０（］ 如图 ５）。这一模型认为分子
中存在两个电振动中心，它们分别在两个相互垂直且间距为 ｄ 的平面
内振动。振子 Ａ 在 ｘｚ 平面内，振动方向与 ｘ 轴的夹角为 α；振子 Ｂ 在 ｙｚ
ｅｅｅ
由上面公式我们注意到，βｘｙｚ 分量与 βｘｙｚ 相比多了上标“ｅｅｅ”。其实，
手性化合物I简介汇编
1822年，英国天文学家John Herschel观察到半面现象和旋 光之间对映形态的晶体使偏振光向相反的方向旋转。
1846年，Pasteur观察到右旋酒石酸晶体有相同取向的半面现 象。他假定酒石酸盐的半面结构必定和它的旋光能力有关系。
1848年，Pasteur从外消旋混合物中分离了(+)/(-) 酒石酸钠铵 盐晶体。通过缓慢蒸发外消旋酒石酸水溶液，形成了大颗粒晶 体，并表现出和水晶相似的显著半面现象。Pasteur在放大镜 下用镊子把不同的晶体分开。
3.7.1 手性化合物的生物合成技术
3.7.2 应用实例
2
3. 手性概述
3.1 手性概念的提出 3.2 手性的意义 3.3 有机分子的三维结构与手性 3.4 对映体组成的测定 3.5 生物催化的手性化学
3
3.1.1 手性的概念
手性（英文名为chirality，源自希腊文 cheir，手hand或handedness）是指实 物不能与其镜像重合。当一个物体不能与 其镜像重合时，就被称为手性物体。
镜像
实物与镜像不能完全重合 它们是不同化合物
手性分子： 一个分子与其镜像不能完全重合，这个分子是 手性分子（Chiral Molecules）
16
乳酸分子的两个立体结构式的球棍模型
乳酸的两个光学异构体不管 怎样旋转都不会重合
手性分子Chiral molecules 与对映体enantiomers
7
不对称现象
蝴蝶的四翅左右对称 （每侧两个）
贝壳的手性
注意，从开口向内是右旋的
自然界中也存在左旋的贝壳， 但极少
手性是区分物种的重要标志
一般不可能一个物种具有两种相反的 （互成镜像）的手性
常ห้องสมุดไป่ตู้的紫藤是右手性的
手性材料及其在隐身吸波材料中的应用
01 引言
03 参考内容
目录
02
手性材料的基本概念 和特点
引言
随着科技的快速发展，隐身吸波材料在军事、民用等领域的应用越来越广泛。 手性材料作为一种具有特殊性质的材料，近年来在隐身吸波材料中受到了广泛。 本次演示将介绍手性材料的基本概念、特点及其在隐身吸波材料中的应用原理、 实例和发展方向。
3、改变传播方向：结构吸波材料还可以通过特定的设计和构造，将入射的电 磁波引导到特定的方向，从而避免雷达的探测。这种特性在军事隐身和反侦察 领域具有极大的应用价值。
四、研究进展与未来展望
近年来，结构吸波材料的研究取得了显著的进展。新型的结构吸波材料不断涌 现，其隐身性能也不断提升。然而，仍然存在一些挑战需要我们解决，如提高 吸波效率、优化材料性能、适应复杂环境和降低制造成本等。
参考内容
随着科学技术的不断进步，隐身技术已成为军事领域的重要研究方向。其中， 隐身吸波材料作为一种能够吸收和散射雷达波的材料，对于实现军事目标的隐 身具有重要意义。本次演示将围绕隐身吸波材料的研究进展展开讨论，介绍其 发展现状、关键技术、研究方法、研究成果与不足以及应用前景与展望。
一、研究现状
六、总结
隐身吸波材料作为实现军事目标隐身的重要手段，在军事领域具有广泛的应用 前景。本次演示介绍了隐身吸波材料的研究现状、关键技术、研究方法、研究 成果与不足以及应用前景与展望。通过深入探讨隐身吸波材料的性能提升和实 际应用中面临的挑战，为相关领域的研究人员提供了有益的参考。未来，隐身 吸波材料的研究将更加注重跨学科合作和创新，以推动其在军事技术和国民经 济发展中的广泛应用。
5、绿色制造：通过优化制造工艺和采用环保材料，降低结构吸波材料的制造 成本，推动其在军事和民用领域的广泛应用。
手性材料科学的研究进展
手性材料科学的研究进展手性材料是具有左右非对称性的物质，基本特征是其镜像形态不重合。
手性材料科学是研究手性材料合成、结构、性质和应用的一个重要学科，是物理化学、生物化学、材料科学和工程学等交叉领域的前沿科学。
手性材料的研究历史可追溯到十九世纪末期光学研究，但如今已经成为一个独立的研究领域，并涉及多个学科。
随着研究的深入，手性材料价值得到充分发挥，其中一些已经被应用于光学、电子学、医药和化学合成等领域。
手性材料的制备和结构研究手性材料的制备可以通过两种方法：非手性母体的手性诱导和手性化合物的合成。
其中，手性诱导通过在非手性母体中加入手性诱导剂来制备手性材料，该方法在工业应用中得到广泛应用，例如手性药物的制备。
手性化合物的合成是通过有机合成或化学合成的方法实现，通常需要手性诱导的辅助，例如手性配体、手性催化剂和手性试剂等。
目前，已有很多有效的手性合成方法，例如在组分中引入手性催化剂以实现区分对映异构体的选择性反应，以及光学分离技术等。
手性材料的结构研究是对手性材料的内部结构进行分析，并探索其性质和应用。
手性材料的内部结构可通过多种方法进行表征，包括质谱、核磁共振、拉曼光谱和X射线衍射等。
此外，还可以使用斯托克斯-爱因斯坦关系计算分子的动力学半径、热力学和动力学性质等。
手性材料的性质和应用手性材料的性质和应用很多，其中一些已经被应用于光学、电子学、医药和化学合成等领域。
手性材料的最重要特性是选择性反应和旋光性质。
手性材料在光学领域中的应用越来越广泛。
例如，在光学通讯中，手性光纤可以用于分离左旋和右旋圆偏振光，以避免交叉干扰。
在化学合成中，手性催化剂可以实现对映异构体选择性催化反应，从而实现更高的产率和高纯度的化合物。
在医药领域，手性药物的分离和制备是一个重要问题。
药物的对映异构体可能会对人体产生不同的生物学效应。
因此，在药物的研究和开发中，需要分离和分辨手性药物，以确保其实用效果。
总结总体而言，手性材料科学是一个先进、可持续发展且具有巨大应用前景的领域。
手性材料的合成与性质研究
手性材料的合成与性质研究一、引言手性材料是现代材料科学一个重要的研究领域，其具有丰富的洛克区分异构体和光电磁响应等特点。
研究手性材料的合成与性质对于理解和应用手性现象具有重要意义。
本文将介绍手性材料的合成方法以及其在光电子学、药物和生物科学等领域中的应用。
二、手性材料的合成方法1. 手性诱导法手性诱导法是合成手性材料的常用方法之一。
该方法通过引入手性诱导剂来诱导材料分子的手性。
手性诱导剂可以是手性小分子，也可以是手性聚合物。
通过与材料分子作用，手性诱导剂能够让材料分子按照特定的手性排列，从而形成手性结构。
2. 手性催化法手性催化法是合成手性材料的另一个重要方法。
该方法利用手性催化剂来催化反应过程中的手性转化。
手性催化剂通常是具有手性中心的有机化合物，通过其特殊的立体结构与反应物发生作用，使得反应物在反应过程中选择性地生成手性产物。
3. 分子模板法分子模板法是一种利用分子模板来合成手性材料的方法。
分子模板是具有手性结构的分子，通过与反应物作用，可以选择性地催化反应或者诱导反应方向，从而合成特定的手性产物。
分子模板法常用于有机合成中，尤其在合成手性药物方面具有广泛的应用。
三、手性材料的性质研究手性材料具有与普通材料截然不同的性质，其研究对于理解手性现象的原理具有重要意义。
1. 对旋光性的研究旋光性是手性材料最基本的性质之一。
旋光性是指材料对入射光产生的旋光偏振光的旋转效应。
通过测量材料的旋光度和旋光方向，可以了解材料分子的立体结构和手性度。
旋光性对于药物合成和分析等领域具有重要的应用价值。
2. 对非线性光学性质的研究手性材料具有丰富的非线性光学性质。
非线性光学性质是指材料在光强较高时，表现出与光线的强度不成正比的效应。
双光子吸收、二次谐波产生和非线性折射率等是手性材料常见的非线性光学性质。
研究手性材料的非线性光学性质有助于开发高效、快速的光电子学元件。
3. 对手性催化性质的研究手性催化是手性材料的重要应用之一。
手性化合物的介绍
旋光度和比旋光度
一个手性分子的旋光能力大小用旋光度来衡量，用希腊字母 α表示。旋光度的大小用旋光仪测定。
chapter 5
12
旋光仪工作原理
chapter 5
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1.3.3.2 比旋光度
比旋光度：平面偏振光旋转的角度除以样品浓 度和光路长度。 比旋光度[α]：采用10厘米长（L）的样品管和 样品浓度（C）为1g/ml时所测定的偏转角度。
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1.3.3.3 旋光纯
单一对映异构体的样品是旋光纯的。自然界中大部 分过程产生和使用的是旋光纯化合物。
但是化学家却难以办到。产生手性中心的化学反应 中最普遍的结果是生成对映异构体混合物。如果混合 物对映异构体比例是1:1，产生的这种外消旋混合物， 也检测不到净旋光。
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通常情况是能检测到旋光，但又低于纯异构体的 旋光值，这是由于其中一种对映异构体过量。 对映体过量百分数用e.e.表示。在手性化合物的合 成中常用到e.e.值，但只有当对映异构体被分离后 才能确定e.e.值。
用(±)或(dl)表示
chapter 5
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具有光学活性的化合物对平面偏振光产生的偏转 角度称为旋光度，符号为α。利用旋光仪测定旋光度 时，除了光活性化合物本身的性质之外还有一些因素 影响α，如光源的波长、温度、样品液的浓度、溶剂 的类型和样品管的实际长度。所以一般采用比旋光度 [α]，而不是旋光度α。
如果分子中含有两个以上的手性碳原子并且分子中不存在 对称面、对称中心或交替对称轴的话，那么这个分子是手 性分子,反之为非手性分子
3.3.2.2 旋光异构体 （1）对映异构体 （2）非对映异构体 （3）D和L异构体 （4）R和S异构体
录
3.3.3 手性，对映体和光学活性
有机合成中的手性催化剂设计与应用
有机合成中的手性催化剂设计与应用手性催化剂是有机合成中不可或缺的重要工具，它们具有高效、选择性和环境友好等特点，在药物合成、材料制备和化学生物学等领域发挥着重要作用。
本文将重点探讨手性催化剂的设计与应用。
一、手性催化剂的概述手性催化剂是对手性底物具有高选择性的催化剂。
在有机合成中，手性催化剂通过催化底物的不对称反应，使得只生成特定手性的产物。
手性催化剂的设计和应用可以分为两个方面：配体设计和催化反应机理的理解。
二、手性催化剂的配体设计配体是手性催化剂的关键组成部分，合理的配体设计可以有效提高催化剂的催化活性和选择性。
目前，常见的手性配体设计策略包括手性诱导、手性分子诱导和手性羟基诱导等。
手性诱导是通过引入手性碳源或手性氮源来实现催化剂的手性控制。
例如，采用手性二醇为配体，可以形成手性的金属配合物催化剂，实现对手性底物的选择性催化反应。
手性分子诱导是利用手性分子与底物形成手性反应中间体，从而实现对底物的手性控制。
例如，利用手性腙（chiral oxime）作为配体，可以实现对醛或酮的不对称催化还原反应。
手性羟基诱导是通过引入手性羟基来控制催化剂的手性，使其对底物进行立体选择。
常见的手性羟基诱导催化剂包括双羟基脂肪酸盐、羟基含氮杂环等。
三、手性催化剂的应用手性催化剂在有机合成中有广泛的应用。
下面将介绍一些常见的手性催化反应及其应用。
1. 羟基化反应手性催化剂在羟基化反应中起到选择性诱导的作用。
通过催化剂对底物的立体选择，可以实现对手性羟基的高选择性合成。
例如，采用胆碱作为催化剂，可以实现对α-氨基酸的醛的α位羟基化反应。
2. 不对称加成反应手性催化剂在不对称加成反应中具有重要的应用。
例如，通过铜催化，底物的亲核试剂可以与底物进行不对称加成反应，生成手性产物。
这种反应在药物合成中应用广泛。
3. 不对称氢化反应手性催化剂在不对称氢化反应中起到立体选择的作用。
例如，采用手性磷脂配体和铑催化剂，可以实现不对称氢化反应，生成手性醇。
手性及手性物质的应用
磁 波 通 过 手 性 材 料 时 将 表 现 出 旋 波 性
（ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ） 和 圆二 色性 （ ｃ ｆ ｆ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｄ ｉ ｃ ｈ ｒ ｏ ｉ ｓ ｍ） 的 特
市场为 １ ３ ９ ３ 亿美元 ， ２ ０ ０ ２年为 １ ５ ２ ０亿美元 ， 全球 畅
型多 巴胺 １ （ Ｄ ｏ ｐ ａ ） 为治疗帕金森综合症的首选药物 ，
而（ Ｒ）一 型 能造成 粒状 白细胞 减少 症 ， 使用 极 度危 险 ； （ Ｓ ）一型普萘 洛尔 ２ （ Ｐ ｒ ｏ ｐ ｒ ａ ｎ ｏ ｌ ｏ １ ） （ 商 品名 ： 心得 安 ） 是 ６一受体 阻断药 ， 用于治 疗 心 脏病 ， 而（ Ｒ）一型普 萘 洛 尔具有 抑制性 欲作 用 ， 是 一种 男性 避 孕 药 ； （ Ｓ ）一型 布 洛芬 ３ （ ｂ ｕ ｐ ｒ ｏ ｆ ｅ ｎ ）是高 效 的非 甾体 解热镇 痛药 ， 而（ Ｒ）
一
手性 药物 的化 学 合成 。２ ０ ０ １年 为表 彰 他 们 在 手 性 催 化反 应 方 面做 出 的卓越 贡献 ， 授 予 三 人 诺 贝 尔 化
学 奖 。 ２ ０ ０ ４年 中 国科 学 院在 成都 成立 “ 手性 药物 国家工
型布 洛芬 基本 没有药 理活性 ’ 。
纤维素类手性分离材料
自由基共聚法
该键合方法中能发生聚合反应的双键过多，糖单元之间会 因相互交联产生副产物。另外，所用衍生化试剂须含乙烯 基，限制范围有限。
分子间缩聚法
该方法很大程度上避免了对衍生物本身有序结构的破坏， 但制备过程比较复杂
前面三种键合型方虽然可以成功制备 键合型 CSPs，但其制备过程十分复杂， 不利于大规模生产。 交联共聚法
主要内容
1 2 3 4
手性药物 纤维素简介
纤维素手性固定相的分类
及制备
手性
手性(chirality)一词是指一个手性分子与其镜像 不重合的现象如我们的双手，左手与互成镜像 的右手无法重叠。又如(R)-1,2-丙二醇与(S)-1,2 丙二醇的分子量、分子结构相同，但左右排列 相反，如实物与其镜中的映体，也就像人的两 只手一样彼此不能重合，故为手性化合物(chiral compounds)
[1]李健, 苏霜, 刘宁. 微晶纤维素醋酸酯的合成与工艺研[J]. 化学与粘合, 2009, 31(6): 6972.
纤维素与酰氯反应
研究发现如果固定相与消旋体间除了氢键、偶极-偶极作用外， 还存在 π-π 相互作用，其手性识别能力一般较高。基于此规律， 纤维素三苯甲酸酯（CTB）及其衍生物被开发出来，该类 CSPs 通过苯环提供 π-π 共轭作用。该类 CSPs 的手性拆分能 力主要受苯环上取代基的种类和位置影响，其手性识别位点是 羰基和苯环。
[1]EFrancotte, R M Wolf. Chromatogr. A, 1992, 595(1/2): 63-75.
纤维素与异氰酸酯反应
与 CTB 类似，该类衍生物的手性识别能力也与苯环上取代 基的种类、位置和数量有关。
[1]Okamoto Y, Kawashima M, Hatada K. Chromatogr A, 1986, 363(2): 173-186.
第二讲 手性概述
手性与人类健康: “反应停”悲剧
O N NH O O O
(R)-thalidomide
O O N H O N O
(S)-thalidomide
反应停: 五十年恩怨
沙利度胺的S-异构体可导致严重的致畸性
1957年～1962年，造成数 万名婴儿严重畸形。 进一步研究表明，其致畸 作用是由沙利度胺其中的 一个异构体（S-异构体） 引起的，而R-构型即使大 剂量使用，也不会引起致 畸作用。
有机分子手征性的发现
1848年，法国化学家巴斯顿 （L.Pasteur, 1822～1895） 发现酒石酸两种不同的存在 形式： 左旋酒石酸 右旋酒石酸
图：巴斯顿把酒石酸晶体分 开成两个镜像异构体
1966 年 ， 凯 恩 (R.S.Cahn) 、 英 戈 德 (C.K.Ingold) 和普雷洛格 (V.Prelog) 三人认为引 起旋光性的唯一原因，是 “分子本身的结构和它 的镜像不能重合”，于是将不对称和非对称分子 一律称为手性分子(chiral molecule)。由此，他 们建议把分子本身和它的镜像不能重合的分子， 定义为手性分子．把不对称碳原子，改称为手性 碳原子，并提出了规定手性碳原子绝对构型的新 方法R/S构型规定法。这些建议已被国际纯粹与应 用化学联合会(IUPAC)所接受，为世界化学界所公 认。这样，结构和旋光性间的关系可简化为:手性 分子呈现旋光性，非手性分子则不呈现旋光性。
手性与生命现象：氨基酸、糖、蛋白质、DNA都是手性的；
手性与人类健康：“反应停”事件与FDA手性药物指导原 则，药物中近50%具有手性，开发中的有2/3以上是手性的； 手性与环境：手性技术与手性产品符合绿色化学原则； 手性与材料和信息科学：手性液晶显示、手性传感、手性 分离等； 手性技术与国民经济：巨大的手性药物和手性化学品市场， 2003年>1600亿美元，预计2010>2000亿美元。国内手性化 学品、手性药物及原料药销售额估计在 200 亿，仅占医药 工业销售额2751亿的10%左右。 手性技术壁垒：手性药物安全规则与加入 WTO 后手性技术 的知识产权问题。
手性材料汇报
蛋白质是一类复杂的高分子聚合物，具有特异的空间立体结构，所含手性亚单位L-氨基酸具有手性特异性，能特异性地结合小分子，因此对手性分子具有很强的识别、拆分能力。
手性物质的拆分在一些涉及手性化合物的香料、食品添加剂等领域具有十分重要的意义。
蛋白质方向：寻找高选择性的基质载体1.蛋白质●用于拆分酸性、碱性和中性对映体的蛋白质类手性固定相主要有α1—酸性糖蛋白(α1-AGP)、卵类粘蛋白(OVM)、核黄素结合蛋白(RfBP)、抗生物素蛋白(AVI)4种糖蛋白质，其中前3种属于酸性糖蛋白，最后一种属于碱性糖蛋白。
●拆分碱性及不带电荷对映体的蛋白质主要用于拆分碱性及不带电荷消旋体的蛋白质有：纤维素酶(cellulase)、胃蛋白酶(pepsin)淀粉葡萄糖苷酶(amyloglucosidase)和溶菌酶(lysozyme).●对酸性及中性外消旋体药物的拆分人血清蛋白●分离氨基酸及其衍生物牛血清蛋白2.影响蛋白质类固定相手性拆分能力的因素●流动相pH值：离子化程度减少，与固定相的亲和力会增加。
●改性剂：与溶质竞争结合位点。
●柱温：一般情况，柱温升高，手性分离性降低。
●固定相情况：固定化方法、载体的物理性质、键合反应基团的空间长度、蛋白质提取和纯化方法等。
3.蛋白质类手性固定相的制备●吸附法：将蛋白质直接物理吸附在载体●化学键合法：利用蛋白质中的—NH2或—COOH等将蛋白质键合到载体上4.载体：无机微粒如多孔微球研究进展：1.《寡肽—类寡肽混合型结构手性固定相的制备及色谱评价》合成了以L—脯氨酸或L—亮氨酸为主链，(S)-(-)-苯乙胺、(R)-(+)-苯乙胺或非手性的苄胺为侧链的寡肽—类寡肽，并相应的制备了6种含有寡肽-类寡肽混合型结构的手性固定相，通过这些固定相来考察主链手性选择剂单元的种类、链长和手性侧链的结构对手性分离的影响。
研究发现，通过在主链结构中引入手性氨基酸，该类手性固定相对类寡肽手性固定相的手性选择性有了明显的提高；手性侧链对固定相的分离能力有较大影响；本论文讨论了手性对映体结构中氢键、芳香基团对手性分离的影响；同时考查了流动相和柱温对脯氨酸寡肽—寡肽混合型手性固定相分离的影响。
手性概念的提出
手性概念的提出
手性概念最早是由法国科学家路易斯. 帕斯图尔于1824年提出的。
他在研究结晶物质时发现，有些结晶物质的镜像能够使得左右对称，而有些则不能。
他将这种现象称为“手性”（chirality），并提出了手性分子的概念。
帕斯图尔通过观察结晶物质在偏光下的旋光性质，发现它们能够使光线发生旋光现象，而其镜像物质则会产生相反方向的旋光。
这种旋光性质在二十世纪初被利用于判断化学物质的结构和性质。
后来，随着化学研究的深入，人们发现很多化合物都是手性的，例如氨基酸、糖类等有机分子。
这些手性分子具有非对称的结构，无法与其镜像重叠。
由于手性分子的存在，使得化学研究和应用领域出现了许多新的问题和挑战。
手性概念的提出对化学、生物学、医药和材料科学等领域有着重要影响。
在生物学中，手性分子在生物体内的代谢、药物作用、蛋白质结构等方面起着关键作用。
在医药领域，手性药物的研究和合成也成为重要的研究方向。
在材料科学中，手性分子的配位或组装能够产生新的功能材料。
总的来说，手性概念的引入为许多领域的研究提供了新的角度和思路，对于理解和利用手性分子的特殊性质具有重要意义。
化学手性有机化合物的合成和应用研究
化学手性有机化合物的合成和应用研究一、手性有机化合物的概念手性有机化合物是指分子中含有手性碳原子（即一个碳原子连接着四个不同的原子或原子团）的有机分子。
手性碳原子使得分子具有非对称的空间结构，因此手性有机化合物具有镜像异构体，称为手性异构体。
二、手性有机化合物的合成方法1.逆合成法：逆合成法是一种根据目标产物设计合成路径的方法。
首先确定目标产物的结构，然后逆向推导出合成该产物的步骤。
这种方法在有机合成中具有广泛的应用。
2.手性催化剂：手性催化剂是指在化学反应中能够诱导出手性选择性的催化剂。
利用手性催化剂可以实现对手性有机化合物的合成，从而获得特定的手性异构体。
3.手性助剂：手性助剂是指在化学反应中与反应物发生作用，从而影响反应选择性的化合物。
手性助剂可以提高手性有机化合物的合成效率和选择性。
4.立体选择性合成：立体选择性合成是指在化学反应中，通过控制反应条件，使反应物分子中的不同基团在空间上发生选择性反应，从而获得特定手性异构体的方法。
三、手性有机化合物的应用1.药物化学：手性有机化合物在药物化学领域具有重要意义。
许多药物分子具有手性异构体，这些异构体在药效、药代动力学和毒副作用方面可能存在显著差异。
因此，研究手性有机化合物的合成和应用，有助于开发新药和优化药物结构。
2.材料科学：手性有机化合物在材料科学领域也有广泛应用。
例如，手性有机分子可以用于制备手性光学材料、手性液晶和手性传感器等。
3.催化领域：手性有机化合物在催化领域具有重要作用。
手性催化剂和手性助剂可以提高化学反应的选择性，从而实现高效、绿色的化学合成。
4.分析化学：手性有机化合物在分析化学领域也有应用。
手性异构体之间的相互作用差异，可以用于检测和分析生物分子、环境污染物等。
综上所述，化学手性有机化合物的合成和应用研究是一个涉及有机合成、手性化学、药物化学、材料科学等多个领域的复杂课题。
通过对手性有机化合物的合成方法及其应用的研究，可以为我国化学工业、医药事业和材料科学的发展提供理论支持和实践指导。
手性材料的电磁特性与应用研究
手性材料的电磁特性与应用研究手性材料是一类具有特殊结构和性质的材料，其分子或晶体结构不具有对称性，导致其物理性质在左右镜像体之间存在差异。
手性材料广泛应用于电磁学、化学、生物学等领域，对于实现光子学器件、生物传感器等具有重要的应用价值。
为了研究手性材料的电磁特性与应用，我们需要运用物理学的定律并进行相应的实验准备和过程。
首先，我们需要了解电磁学的基本定律，如麦克斯韦方程组、安培定律、法拉第定律等。
这些定律描述了电场、磁场和电流之间的关系，为我们研究手性材料的电磁行为提供了基础。
同时，我们还需熟悉手性材料的特性，如旋光性、介电常数的手性依赖等。
下一步，我们需要进行实验准备。
首先，选择适当的手性材料样品。
常用的手性材料包括蛋白质、糖类、有机小分子等。
我们可以通过化学合成、生物提取等方法获得手性材料样品。
其次，设计合适的实验装置。
根据研究的目的，我们可以采用透射光谱、反射光谱、圆二色光谱等技术对手性材料的电磁特性进行表征。
在实验装置中，通常包括光源、样品托盘、检测器以及数据采集系统等。
接下来，我们进行实验操作。
首先，将样品放置在样品托盘上，调整样品的位置和角度，以便光线正常通过或与其相互作用。
然后，选择适当的波长和偏振状态的光源，照射到手性材料样品上。
通过检测器捕捉并记录透过、反射或散射的光信号。
在实验过程中，我们需要调整光源的强度、角度和波长等参数，以获得所需的实验数据。
在获得实验数据后，我们可以对其进行分析和解读。
通过分析透射、反射或散射光谱数据，我们可以确定手性材料的旋光性、介电常数等电磁特性。
此外，通过圆二色光谱实验，我们还可以研究手性材料的空间二次谐波产生、非线性光学效应等特性。
至于手性材料的应用，根据其电磁特性和研究目的，可以涉及光学器件、传感器、光催化等领域。
例如，在光学器件中，我们可以利用手性材料的旋光效应实现光学隔离器、偏振器等功能。
而在生物传感器方面，手性材料的旋光性和生物分子的识别相结合，可以实现高灵敏度、高选择性的生物分子检测。
手性材料概述
高分子聚合物 型手性柱
空穴型手性柱
非聚合物手性 住
直链淀粉 型
纤维素型
蛋白质型
环糊精型 冠醚型
Pirkle型
大环抗生 素型
生物碱型
高分子聚合物型手性柱
纤维素型 纤维素型手性色谱柱的分离作用包括相互吸引的作用及 形成包埋复合物。它们属于Wainer分类中的第2种类型。市 售的手性色谱柱为微晶三醋酸基、三安息香酸基、三苯基氨 基酸盐纤维素固定相。很多化合物可通过此类型的色谱柱得 到分离。这种类型的手性色谱柱种类也很齐全。流动相使用 低极性溶剂，典型的流动相为乙醇-己烷混合物。但特别要 注意由于氯可以使纤维素从硅胶上脱落，因此要确保流动相 中无含氯溶剂。
图三：带有手性集团的盘状分子诱导非手性的盘状分子形成手性聚集体 Smulders, M. M. J . ，etc.J. Am. Chem. Soc., 2007, 130 (2): 606-611.
图四：由C3-对称的盘状分子自由组装形成的螺 旋聚集体
van Gestel, J., etc. J. Am. Chem. Soc., 2005, 127 (15): 5490-5494.
? 冠醚类固定相用于分离一级胺，一级胺必须质子化 方能达到分离。因此必须使用酸性流动相，如高氯酸。最 常用的是冠醚类固定相是18-冠-6，已有商品化产品，由 Daicel公司制造。无论（+）或（-）型均可达到有效分 离，并可通过变化（+）（-）类型而改变分析物出峰顺 序。冠醚作为添加剂也用于核磁共振和电泳，但由于其毒 性较大，有致癌性，使其应用受到限制。
手性材料概述
目录
1.手性 2.手性材料
3.手性色谱柱
手性
手性（chirality，＝handedness）一词源于希腊词 “手”χειρ (cheir)，指左手与右手的差异特征。手性及手 性物质只有两类：左手性和右手性。有时为了对比，另外加 上一种无手性（no chirality）作参照，可称它为“中性手 性”。左手性用learus或者L表示，右手性用dexter或者D 表示，中性手性用M表示。
手性介孔材料-
第x章手性介孔材料谢俊杰、车顺爱上海交通大学化学化工学院第一节引言介孔材料具有均一且连续可调的孔径、较大的比表面积和孔体积、多种规则有序的孔道结构等一系列优点，其发现开创了多孔材料研究的新纪元。
手性介孔材料是其中重要的一个分支[1, 2]。
最近，一种新型介孔材料高度有序的手性介孔二氧化硅的发现，引起了化学、材料学等多学科的普遍关注。
由于手性介孔材料不仅具有上述介孔材料的优点，而且还兼具独特的手性孔道结构，在选择性吸附分离、不对称催化以及非线性光学等方面具有巨大的应用潜力[3]。
下面将对手性介孔材料的合成，形貌与结构，形成机理以及性能进行详细介绍[4]。
手性是自然界的基本属性之一。
自然界的基本生命现象和定律都是由手性构成的。
手性表示的是宏观世界中的物体在几何学上不对称性：一个物体通过旋转和移动，不能与其镜面物体重合，就说明该物体具有手性[5]。
从简单的分子、聚合物、表面活性剂分子、生物大分子到超分子聚集体，再到自然界中的螺旋生物体，手性在各个层次上都呈现出不同的表现方式。
随着近现代科学研究技术的不断发展，手性的研究可以分为三个层次：1)分子手性；2)超分子手性；3)宏观形貌的手性。
分子手性是由于分子中基团的不对称排列而形成的特定空间构象所表现出来的手性层次，这类化合物分子成为手性分子, 不具有对称中心，对称轴和对称面是识别手性分子与非手性分子的基本标志，其中结构完全镜面对称的两个分子成为对映异构体(enantiomers)；超分子手性是由于手性分子或非手性分子之间，通过分子间非共价键相互作用，组装形成聚集形态以非线性的方式得以放大的手性[6, 7]。
超分子中二维或三维的非对称空间的结构的手性表现出比分子更高层次的手性。
超分子手性与分子手性之间的区别在于：分子手性体现的是手性分子本身的构象特征，而超分子手性所体现的是有序超分子组装体的表达；手性分子，甚至是非手性分子均可参与形成手性超分子组装体。
在宏观世界中，手性物质的宏观形貌大都以螺旋的结构为重要的表达形式，体现了自然世界的复杂性和特殊性，对于手性的科学研究有助于人类对自然界的基本问题：手性起源，手性的传递与放大的进一步认识。
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聚集体。它既可以由手性分子构筑而成，也可以由手
性分子诱导非手性分子组装而成，甚至可以由非手性 分子自组装形成。
图三：带有手性集团的盘状分子诱导非手性的盘状分子形成手性聚集体
Smulders, M. M. J .，etc.J. Am. Chem. Soc., 2007, 130 (2): 606-611.
图四：由C3-对称的盘状分子自由组装形成的螺旋聚集体
van Gestel, J., etc. J. Am. Chem. Soc., 2005, 127 (15): 5490-5494.
图五：由多肽自组装的手性聚集体过程中在不同时间的形貌
Pashuck, E. T., etc.J. Am. Chem. Soc., 2010, 132 (26): 8819-8821.
性手性”。左手性用learus或者L表示，右手性用dexter或 者D表示，中性手性用M表示。
让·巴蒂斯特·毕奥于1815年发现光学活性 路易斯·巴斯德在1848年发现类酒石酸晶体由两种晶体组
成，分别能左旋和右旋现象，类酒石酸晶体则没有，推测出手 性现象是源于分子。
1875年范霍夫发表了《空间化学》一文。首次提出了一个
纤维素固定相的每个单元都为螺旋型，而且这种螺旋
结构还存在极性作用、π -π 作用及形成包埋复合物等手性 分离因素。 目前此类型的柱子能分离80%左右可能面临到的所有手
性化合物。此类柱子通常用于正相系统，用正己烷-乙醇，
正己烷-异丙醇混合溶剂为流动相。
蛋白型
蛋白质型手性色谱柱属于第5种类型。分离依赖于疏 水相互作用和极性相互作用。已经有多种蛋白质用于此类手 性色谱柱。目前使用较多的是α -酸性糖蛋白（α -Acid Glycoprotein，AGP），人血清白蛋白（Human Serum
谱柱，采用高纯硅胶柱，柱效高，峰形好。而且通用性很好， 适用广泛，价格合适，在进口色谱柱市场上占有一定份额。
③：迪马钻石色谱柱：属于高纯硅胶柱，柱压低，峰形好，
通用性好，拥有广阔的市场。
高分子聚合物 型手性柱
空穴型手性柱
非聚合物手性 住 Pirkle型 大环抗生 素型
直链淀粉 型
纤维素型
环糊精型
“不对称碳原子”的新概念。不对称碳原子的存在，使酒石酸
分子产生两个变体——右旋酒石酸和左旋酒石酸；二者混合后，
可得到光学上不活泼的外消旋酒石酸。范霍夫用他所提出的 “正四面体模型”解释了这些旋光现象。
在化学中，组成相同但空间结构上互成镜像（对
映体）的分子叫手性分子。
手性材料
手性超分子
• 手性液晶相 • 手性超分子聚集体 • 手性碳材料 • 手性无机纳米材料 • 手性金属-有机框架材料
手性介孔材料
根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的定义，纳
米尺度的多孔材料可以按照孔径大小区分，孔径小于 2 nm
为微孔（microporous）材料，大于 50 nm 为大孔
（macroporous）材料，而介于 2-50 nm 之间的称为介孔 （mesoporous）材料。
谢俊杰，手性介孔材料的形成机理及其光学活性的诱导性能，博士论文
族化合物，或用氯化萘酚等对化合物进行衍生化后进行
手性分离。
大环抗生素型
大环抗生素型手性色谱柱是最近发展起来的，通过将 大环抗生素键合到硅胶上制成的新型手性色谱柱。大环抗 生素型手性色谱柱的出现归功于Dan Armstrong的贡献。
此类色谱柱常用的大环抗生素主要由三种：利福霉素
（Rifamycin），万古霉素（Vancomycin），替考拉宁 （Ticoplanin）
王良御, 液晶化学[M]. 科学出版社, 1988。
图一：手性向列型液晶和手性近晶液晶中分子的螺旋排列
图二：双重螺旋结构的手性蓝晶液相
手性超分子聚集体
手性超分子聚集体，是数目不定的大量手性分子
或非手性分子通过一些非共价的弱相互作用力，自发 缔合产生某个特定的相而形成的多分子实体。 简单的分子，聚合物，表面活性剂，双性分子， 到生物超分子在一定的条件都可以组装成手性超分子
手性色谱柱
概念
手性色谱柱（Chiral HPLC Columns）是由具有光
学活性的单体，固定在硅胶或其它聚合物上制成手性
固定相（Chiral Stationary Phases）。通过引入手
性环境使对映异构体间呈现物理特征的差异，从而达
到光学异构体拆分的目的。
分类
根据手性固定相和溶剂的相互作用机制，Irving Wainer
有致癌性，使其应用受到限制。
Pirkle型 Pirkle 型手性固定相是有美国学者Pirkle 主持研
究的，其通过含末端羧基或异氰酸基手性前体与氨基键
合硅胶进行缩合反应，分别形成喊酰胺或脲型结构的手 性固定相
刷型手性固定相分为π 电子接受型和π 电子提供型
两类。最常见的π 电子接受型固定相是由（R）-N-3，5二硝基苯甲酰苯基甘氨酸键合到γ -氨丙基硅胶上的制成。 此类刷型手性色谱柱可以分离许多可提供π 电子的芳香
第4类：基于形成非对映体的金属络合物，是由
Davankov开发的手性分离技术，也称为手性配位交换色谱 （CLEC）。
第5类：蛋白质型手性色谱柱。手性分离是基于疏
水相互作用和极性相互作用实现。
但由于市场上可选择的手性色谱柱越来越多，此 分类系统有时很难将一些手性柱归纳进去。因此参考 Irving Wainer的分类方法，将手性色谱柱分为以下几 种
手性无机材料
手性介孔材料
手性超分子
多个分子通过氢键、范德华力、电荷的库仑作用、
π -π 、共轭等非化学建立的弱作用力而自动结合成有序
有组织的聚合系统的过程称为自组装，由此形成的组成复 杂的、有组织的聚集体为手性超分子，并保持一定的完整 性使其具有明确的微观结构和宏观特性。
沈兴海 , 超分子化学 -概念和展望 ，北京大学出版社 ，2002.
手性材料概述
目录
1.手性 2.手性材料 3.手性色谱柱
手性
手性（chirality，＝handedness）一词源于希腊词 “手”χ ε ι ρ (cheir)，指左手与右手的差异特征。手性 及手性物质只有两类：左手性和右手性。有时为了对比，另
外加上一种无手性（no chirality）作参照，可称它为“中
环糊精是环形低聚糖，具有疏水中心和极性外表，空 腔的大口边缘具有仲羟基，小口边缘为极性更大的伯羟基， 手性化合物可全部或部分进入空腔内，形成酷游不稳定性 的可逆包合物，对映体选择性可能与空腔入口由葡萄糖单
元外露的羟基产生的手性有关，利用对映体所产生的不同
包合物在稳定和保留时间上的差异达到分离目的。
市售的环糊精主要是α、β、γ三种类型，分别含6、 7、8个吡喃葡萄糖单元。环糊精分子成锥筒型，构成一 个洞穴，洞穴的孔径由构成环糊精的吡喃葡萄糖的数目 决定。
环糊精类型及洞穴的孔径等见下表
环糊精 糖元数目 洞穴孔径 可进入洞穴的 分子类型 5-6元环的芳香 族化合物 联苯或萘 取代芘和类固 醇 40 手性中心数目
α β γ
6 7 8
4.5～6.0 6.0～8.0 8.0～10.0
30 35
环糊精固定相的选择性取决分析物的分子大小；
α-环糊精只能允许单苯基或萘基进入， β-环糊精 允许萘基及多取代的苯基进入，γ-环糊精仅用于大分子 萜类。
蛋白质型
冠醚型
生物碱型
高分子聚合物型手性柱
纤维素型 纤维素型手性色谱柱的分离作用包括相互吸引的作用及 形成包埋复合物。它们属于Wainer分类中的第2种类型。市 售的手性色谱柱为微晶三醋酸基、三安息香酸基、三苯基氨
基酸盐纤维素固定相。很多化合物可通过此类型的色谱柱得
到分离。这种类型的手性色谱柱种类也很齐全。流动相使用 低极性溶剂，典型的流动相为乙醇-己烷混合物。但特别要 注意由于氯可以使纤维素从硅胶上脱落，因此要确保流动相 中无含氯溶剂。
首次提出了手性色谱柱的分类体系：
第1类：通过氢键、π -π 作用、偶级-偶级作用形成复 合物。 第2类：既有类型1中的相互作用，又存在包埋复合物。 此类手性色谱柱中典型的是由纤维素及其衍生物制成的手
性色谱柱。
第3类：基于溶剂进入手性空穴形成包埋复合物。这类手
性色谱柱中最典型的是由Armstrong教授开发的环糊精型手性柱 [2]，另外冠醚型手性柱和螺旋型聚合物，如聚（苯基甲基甲基 丙烯酸酯）形成的手性色谱柱也属于此类。
常用色谱柱的品牌及特点
目前市场上常见的色谱柱生产厂家有美国的Waters（沃特
世）、Phenomenex（菲罗门）、Agilent（安捷伦）以及日本的 岛津公司，国内的有北京迪马、大连依利特、天津博纳艾杰尔 等。 市场上使用最多的是反相色谱柱，这里就其品牌型号及性
能特点做一个简单的介绍。
β-环糊精手性固定相应用范围最广
冠醚型手性柱
冠醚具有亲水性内腔和亲脂性外壳，可键合在硅胶或 聚乙烯基质上制成手性固定相。根据主-客化学原理，用于 含有能够质子化的伯胺功能团的药物对映体的分离。
冠醚类固定相用于分离一级胺，一级胺必须质子化
方能达到分离。因此必须使用酸性流动相，如高氯酸。最 常用的是冠醚类固定相是18-冠-6，已有商品化产品，由 Daicel公司制造。无论（+）或（-）型均可达到有效分离， 并可通过变化（+）（-）类型而改变分析物出峰顺序。冠 醚作为添加剂也用于核磁共振和电泳，但由于其毒性较大，
手性液晶相
液晶是介于各向同性的液体和完全有序的晶体之间的 一种取向有序的流体，它既有液体的流动性，又有晶体的 双折射等各向异性的特性。当物质结晶受热熔融或被溶剂