旋光光谱和圆二色光谱
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第七章旋光光谱
该三个跃迁是光学活性的，可以产生简单的或复杂的康 顿效应。 α、β-不饱和酮一般是非平面构型，并且在发色团的两 部分之间有一个扭转角，可以被看作是固有的不对称发色 团，康顿效应的振幅和符号依赖于发色团的这个扭转角。
K带和R带常常是(但不总是)相反符号的。 n一π*跃迁规则：在α、β-不饱和酮中，八区律不再被 应用。 在非平面类反式环己烯酮和R带康顿效应符号之间的相 互关系如图，这个规则对于六元环和七元环都是有效的。
顺 式 （ +）
反 式 （ +）
顺 式 （ -）
反 式 （ -）
7.2.4 不饱和烃类： (1)单烯烃：在200nm以下有一个孤立的双键吸收。乙烯 通常的吸收在162nm处，烷基取代使这个吸收发生了向 红移动。 (2)共轭烯烃 丁二烯的紫外吸收在214nm。其取代物λmax红移， λmax可以按Wood Ward规则预计。
a a e 3 e 4 a e O 2 a 1 a 6 e 5 e
3 2 1
O
4
5 6
Hale Waihona Puke (2)α、β-不饱和醛酮：
α、β不饱和醛酮的羰基R带的n-π*跃迁发生红移，约出 现在 320~350nm处。 K带π→π*吸收带出现在240nm左右。在220～260nm 处有一个确定的π→π*吸收带。
另有第三个带可以被CD检测出来，但至今尚不清楚其 归属。
40 （ +） [φ ]0 （ -） -40 200 λ 400 /nm 600 OH CH3CH2 C H CH3
(+)和 （ -） 2-丁 醇 的 ORD曲 线
分子中有一个简单的发色团(如羰基)的ORD谱线， ORD曲线在紫外光谱λmax处越过零点，进入另一个相区。 形成的一个峰和一个谷组成的ORD谱线，称为简单康顿 效应(Connton effect,CE)谱线。 当波长由长波一端向短波一端移动时，ORD谱由峰向 谷变化称为正的康顿效应；而ORD谱线由谷向峰变化则 称为负的康顿效应。而ORD与零线相交点的波长称为λK。 谷至峰之间的高度称为振幅。
K带和R带常常是(但不总是)相反符号的。 n一π*跃迁规则：在α、β-不饱和酮中，八区律不再被 应用。 在非平面类反式环己烯酮和R带康顿效应符号之间的相 互关系如图，这个规则对于六元环和七元环都是有效的。
顺 式 （ +）
反 式 （ +）
顺 式 （ -）
反 式 （ -）
7.2.4 不饱和烃类： (1)单烯烃：在200nm以下有一个孤立的双键吸收。乙烯 通常的吸收在162nm处，烷基取代使这个吸收发生了向 红移动。 (2)共轭烯烃 丁二烯的紫外吸收在214nm。其取代物λmax红移， λmax可以按Wood Ward规则预计。
a a e 3 e 4 a e O 2 a 1 a 6 e 5 e
3 2 1
O
4
5 6
Hale Waihona Puke (2)α、β-不饱和醛酮：
α、β不饱和醛酮的羰基R带的n-π*跃迁发生红移，约出 现在 320~350nm处。 K带π→π*吸收带出现在240nm左右。在220～260nm 处有一个确定的π→π*吸收带。
另有第三个带可以被CD检测出来，但至今尚不清楚其 归属。
40 （ +） [φ ]0 （ -） -40 200 λ 400 /nm 600 OH CH3CH2 C H CH3
(+)和 （ -） 2-丁 醇 的 ORD曲 线
分子中有一个简单的发色团(如羰基)的ORD谱线， ORD曲线在紫外光谱λmax处越过零点，进入另一个相区。 形成的一个峰和一个谷组成的ORD谱线，称为简单康顿 效应(Connton effect,CE)谱线。 当波长由长波一端向短波一端移动时，ORD谱由峰向 谷变化称为正的康顿效应；而ORD谱线由谷向峰变化则 称为负的康顿效应。而ORD与零线相交点的波长称为λK。 谷至峰之间的高度称为振幅。
第五章 旋光与圆二色性光谱
平面乙烯分子等。
现代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）
光谱
拉曼光谱和红外光谱中官能团所对应的吸收峰的频率 是相同的。
现代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）
仪器
拉曼光谱仪入射光的频率可改变，能使拉曼跃迁出现在可
见区域，因而对相应的仪器元件如光学元件和样品池等材料要 比红外光谱仪简单。
C 8 H 17 CH 3
CH 3 CH 3
C 8 H 17
1
C 8 H 17 CH 3
2
3
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱)
C 8 H 17 CH 3 O O H C O
C 8 H 17 CH 3
4
5
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）
旋光谱考察参数：
a振幅：峰与谷的高
具有特征的吸收带圆二色性谱。
在一定波长范围内，若样品化合物有特征的吸收，在旋光光 谱中出现cotton效应的正S型或反S型的旋光曲线，则在接近
k处的绝对值将变化较大，给出具有特征的吸收带圆二色性
谱。
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）
假想化合物的UV、CD和ORD谱图比较：
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）
[ ]lc
[α] 比旋光度或旋光率： 单位为度.毫升.克－1.分米－1，l
光程，c 浓度。 α与两园偏振光折射率差值的关系为：
a l
(nl nd )
由于在不同波长下，光的折射率不同，旋光度也不相同，因此， 当以波长为横坐标，旋光度为纵坐标，可得旋光光谱谱线。
分子结构不同，旋光谱线的谱形也不相同。
第五章 旋光与圆二色性光谱
息。
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）
旋光仪和圆二色光谱仪
旋光光谱仪
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱） 圆二色光谱仪
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）
Jasco圆二色光谱仪(CD/ORD)
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）
应用
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）
平面偏振光可看成是二个振幅相同，螺旋方向相反的二束光，即： 左圆偏振光和右圆偏振光的矢量和。
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱） 旋光光谱
非旋光活性介质：当一束平面偏振光通过某一介质时，左、右偏振 光的传播速度不变（折射率、散射率相同），入射光的振动方向不 变，这种介质为非旋光活性介质。
反S曲线，左旋
k:：在峰或谷靠短波长一侧的 谱线与旋光度0o 线交点处的波 长
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）
圆二色光谱
因旋光活性物质含有生色基团，对特定的波长有吸收，且对 左、右偏振光的吸收能力不同，而使其共振峰幅度不同，这 样不仅导致偏正光的速度不同，而且振幅也不同，这样两个 矢量就不是圆偏振，而是一个椭圆偏振光 圆二色性。
手性化合物的结构分析
CD和ORD可在适当的情况下用来鉴定发色团在手性分子中的位置。
➢ 对映性 ➢ 邻近关系 ➢ 构象
溶剂效应 溶剂—溶质之间的相互作用会影响分子的光学活性。
手性介质诱导的光学活性 若一个处于非手性分子被外部介质所诱导而产生光学活性。
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）
拉曼位移：
D 108 108 (cm1) E R
现代分析测试技术—光分析技术（激光拉曼光谱）
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱）
旋光仪和圆二色光谱仪
旋光光谱仪
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱） 圆二色光谱仪
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Jasco圆二色光谱仪(CD/ORD)
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应用
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平面偏振光可看成是二个振幅相同，螺旋方向相反的二束光，即： 左圆偏振光和右圆偏振光的矢量和。
现代分析测试技术—光分析技术（旋光与圆二色性光谱） 旋光光谱
非旋光活性介质：当一束平面偏振光通过某一介质时，左、右偏振 光的传播速度不变（折射率、散射率相同），入射光的振动方向不 变，这种介质为非旋光活性介质。
反S曲线，左旋
k:：在峰或谷靠短波长一侧的 谱线与旋光度0o 线交点处的波 长
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圆二色光谱
因旋光活性物质含有生色基团，对特定的波长有吸收，且对 左、右偏振光的吸收能力不同，而使其共振峰幅度不同，这 样不仅导致偏正光的速度不同，而且振幅也不同，这样两个 矢量就不是圆偏振，而是一个椭圆偏振光 圆二色性。
手性化合物的结构分析
CD和ORD可在适当的情况下用来鉴定发色团在手性分子中的位置。
➢ 对映性 ➢ 邻近关系 ➢ 构象
溶剂效应 溶剂—溶质之间的相互作用会影响分子的光学活性。
手性介质诱导的光学活性 若一个处于非手性分子被外部介质所诱导而产生光学活性。
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拉曼位移：
D 108 108 (cm1) E R
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圆二色谱和旋光谱概述
圆二色谱和旋光谱概述圆二色谱（circular dichroism spectroscopy，CD）是一种测量分子对具有不同方向旋转的圆偏振光吸收差异的技术。
它通过测量由物质吸收的左旋和右旋圆偏振光的差异，来研究物质的结构和构象。
圆二色谱的基本原理是Kirchhoff定律的直接应用，即分子的吸收光谱是由对电磁场的响应所导致的。
当吸收的光谱与光的旋转相耦合时，出现左旋和右旋圆二色效应。
圆二色谱实验通常通过使用圆偏振光源、样品和检测器组成。
光源通常是通过一个线性偏振器和一个相位均匀的偏振光源来产生的。
样品通常是通过溶液或薄膜的形式存在。
检测器用于测量透射或反射样品的圆二色信号。
测量得到的数据可以表示为贝尔系数，即偏振光旋转的绝对角度。
根据光谱的形状和幅度，可以分析物质的构象和结构。
旋光谱（optical rotation spectroscopy）是测量物质在其中一种溶剂中的光学旋转角度的技术。
它根据物质对线性偏振光的旋转效应研究物质的手性性质。
旋光谱原理是基于贝尔定律，该定律描述一个物质中的旋转既取决于溶液中物质的浓度，又取决于物质本身的旋转率。
旋光谱实验通常使用旋光仪进行测量。
旋光仪由一个光源、走样器、检测器和读数装置组成。
在实验中，光线通过一系列光学元件（如偏振器和波片）来形成线偏振光，然后通过待测物质样品，最后到达检测器。
读数装置可测量旋转对应的光强度变化，并通过校准数据来计算旋转角度。
圆二色谱和旋光谱在许多领域有着广泛的应用。
在有机化学中，它们被广泛用于研究手性分子、构象分析和反应动力学等。
在生物化学和生物物理学中，它们被用于研究蛋白质和核酸的结构和功能。
此外，圆二色谱和旋光谱还被应用于药物发现、金属络合物分析和环境监测等领域。
总之，圆二色谱和旋光谱是两种常用的分析技术，用于研究物质的光学性质和结构。
它们的基本原理和实验方法都是通过测量物质对光的旋转效应来实现的。
这些技术广泛应用于化学、生物学和医药等领域，为科学家研究和理解物质的性质和行为提供了重要工具。
旋光色散和圆二色性
旋光色散和圆二色性
旋光色散和圆二色性是眼球科学研究中最重要的两种原理，他们对提高人体视觉能力和推进视觉科学研究有着重大意义。
旋光色散原理认为，不同波长的光线因其不同的波粗糙程度而受到不同程度的折射，所以具有不同的色彩，光谱图上的各条线就是由这种现象引起的。
例如，人类的双眼不但能接收到可视光的波长，而且还能接收到光谱上的其他颜色，这一变化代表普通视觉是由这一原理引起的。
圆二色性原理指圆形结构中运用灰度变化能够区分椭圆形结构，它可以按该原理改变人类视觉结构，使人类看到更加逼真、清晰、富有视觉美感的圆形结构物。
此外，通过改变灰度，人们还可以分辨不同细小结构。
总的来说，旋光色散原理和圆二色性原理是眼球科学研究的重要原理，同时也具有重要的意义，它们有助于提高人类视觉能力，增强对外部环境的认知能力，为科学探索的道路提供建议。
旋光光谱和圆二色谱
－
＋
八区律
1、位于三个平面上的取代基，对cotton效应贡献为0
2、位于正负区的取代基效应可以抵消
3、取代基的贡献大小与性质有关
4、取代基对cotton效应的贡献大小随着与生色团的距离增大
而变小
2,2’,5-三甲基环己酮为例：
b是a的投影图，可看到： C1，C2，C4，C6，C7均处于分割面上，对cotton效应贡献为0
三、圆二色谱
1、手性物质对组成平面偏振光的左、右旋圆偏振光 的吸光度不同，即εL ≠ εR 这种现象为圆二色性 CD谱： Δε为纵坐标，λ为横坐标
[θ]:摩尔椭圆度，常用其代替Δε
两者关系:[θ]=3300 Δε=3300(εL - εR)
2、 [θ] 的物理意义
当平面偏振光通过手性介质时，不仅左、右旋圆偏振光
圆率降低，表明此时氨酸酸残基周围环境的极性发生了变化 ，
这种变化是由于双硫键桥的不对称性遭到破坏而引起BSA分子 三级结构变化的结果。
(2) 核酸
20 15 fsDNA ctDNA
(mdeg)
10 5 0 -5 -10 220 240 260 280 300 320
Wavelength(nm)
(a) 278nm有一强正的cotton效应-对应于碱基的堆积
摩尔振幅α=([Ф]1 -[Ф]2)/100
[Ф]1:ORD顶峰处的摩尔旋光度 [Ф]2:ORD谷底处的摩尔旋光度
2、CD的康顿效应 正的康顿效应： Δε或[θ]为正值且有峰的CD曲线
负的康顿效应： Δε或[θ]为负值且有谷的CD曲线 3、ORD、CD和UV光谱间的关系
（1）ORD和CD是同一现象的两个方面，都是光与
1、在紫外和可见区内无发色团的饱和化合物，则ORD光谱呈
旋光光谱和圆二色光谱
D-(+)-樟脑酮的ORD谱，呈正的简单康顿效应， λK = 294nm， α=（+3080+3320）/100 = 64。
有些化合物同时含有两个以上不同的发色团，其ORD谱可有多个峰和谷，呈复杂康顿 效应曲线。
每一个实际的ORD曲线都是分子中各个发色团的平均效应，分子的每种取向及每种构 象的贡献。因此ORD谱线常呈复杂情况。
这θ是平面偏振光离开试样槽，即最后出来时的椭圆度，它与摩尔椭圆度〔θ〕的关 系是：
〔θ〕 = θ M / 100LC =3300△ε
因为〔θ〕=3300△ε，△ε可为正值亦可为负值，圆二色性曲线(CD)也有正性谱线 （向上）和负性谱线（向下）。
θ ×-4 10
3 2 1 0 -1 -2 -3
200
a
a
3
4
3
e
4
5
e
e
2
5
1
O
6
e 2 a
a
e
O
1
6
a
(2)α、β-不饱和醛酮： α、β不饱和醛酮的羰基R带的n-π*跃迁发生红移，约出现在 320~350nm处。
K带π→π*吸收带出现在240nm左右。在220～260nm处有一个确定的π→π*吸收带。 另有第三个带可以被CD检测出来，但至今尚不清楚其归属。
这时有
△n = nL - nR = 0
矢量和保持在同一个平面之中，在迎着光传播方向观察，这矢量和是忽长忽短周期性 变化的一条线 。
介质为有不对称结构的晶体或手性化合物的溶液（总称旋光性物质），则nL ≠ nR， △n≠0，从而使它们的矢量和偏离原来的偏振面，并且偏离程度随光程增大而增大，这就 是旋光现象。
在图8-7中用代表矢量的箭头长短来表示左旋和右旋圆偏振光分量强度。在迎着它的 传播方向观察时，它们的矢量和将描出一个椭圆轨迹。这椭圆的长轴即二矢量相位相同时 的值（左右圆偏光矢量之和)，短轴即二矢量相位相反时的值(左右圆偏光矢量差)，两短 轴与长轴比例的正切tanθ，就同时反映了圆双折射和圆二向色性。
有些化合物同时含有两个以上不同的发色团，其ORD谱可有多个峰和谷，呈复杂康顿 效应曲线。
每一个实际的ORD曲线都是分子中各个发色团的平均效应，分子的每种取向及每种构 象的贡献。因此ORD谱线常呈复杂情况。
这θ是平面偏振光离开试样槽，即最后出来时的椭圆度，它与摩尔椭圆度〔θ〕的关 系是：
〔θ〕 = θ M / 100LC =3300△ε
因为〔θ〕=3300△ε，△ε可为正值亦可为负值，圆二色性曲线(CD)也有正性谱线 （向上）和负性谱线（向下）。
θ ×-4 10
3 2 1 0 -1 -2 -3
200
a
a
3
4
3
e
4
5
e
e
2
5
1
O
6
e 2 a
a
e
O
1
6
a
(2)α、β-不饱和醛酮： α、β不饱和醛酮的羰基R带的n-π*跃迁发生红移，约出现在 320~350nm处。
K带π→π*吸收带出现在240nm左右。在220～260nm处有一个确定的π→π*吸收带。 另有第三个带可以被CD检测出来，但至今尚不清楚其归属。
这时有
△n = nL - nR = 0
矢量和保持在同一个平面之中，在迎着光传播方向观察，这矢量和是忽长忽短周期性 变化的一条线 。
介质为有不对称结构的晶体或手性化合物的溶液（总称旋光性物质），则nL ≠ nR， △n≠0，从而使它们的矢量和偏离原来的偏振面，并且偏离程度随光程增大而增大，这就 是旋光现象。
在图8-7中用代表矢量的箭头长短来表示左旋和右旋圆偏振光分量强度。在迎着它的 传播方向观察时，它们的矢量和将描出一个椭圆轨迹。这椭圆的长轴即二矢量相位相同时 的值（左右圆偏光矢量之和)，短轴即二矢量相位相反时的值(左右圆偏光矢量差)，两短 轴与长轴比例的正切tanθ，就同时反映了圆双折射和圆二向色性。
圆二色谱和旋光谱
八区律用于2，2′,5-三甲基环己酮 ：
9 CH3 5 6 1 O 2 CH3 8 3 6 CH3 7 4 9 5 4 3
O
1
2 8
7
C1,C2,C4,C6，C7均在分割面上，从而对康顿效应没有贡献。 C3和C5的贡献相互抵消，C8和C9的贡献均为正。 所以这个化合物应当有正的康顿效应，即CD谱中△ε>0，吸收峰在横坐 标上方；ORD谱中，长波位置出现峰，短波方向出现谷；这与实验结果一致。
如手性环酮中的羰基有邻位手性中心时是不对称的，手性烯烃(+)-3蒈烯(Carene)中的双键也一样。
Me
3 *
O
H
2 6
H
1
1
Me
4Hale Waihona Puke ClC* 5
D
Me
(3)由分子轨道不互相交叠的发色团偶极相互作用产生的。
O C O O O C
各类化合物的ORD和CD谱
一 、羰基化合物 羰基发色团是对称的 ，但如果其处于不对称的环境中亦可诱导其 电子分布不对称而产生一个康顿效应。 通常其在近紫外区发生n→π*跃迁，有一个弱吸收带，属R带。 (1)饱和的酮和醛： 羰基是由于被手性环境所诱导的具有光学活性的发色基团，以环 己酮为例，来介绍经验规律——八区律。
圆二色光谱(CD)和旋光谱(ORD)
•
旋光光谱(Optical Rotatory Dispersion，ORD)和圆二色 谱(Circular Dichroism，CD)分别于20世纪50年代和60 年代发展起来的仪器分析方法，原理都是利用电磁波和手性 物质相互作用的信息来研究化合物立体结构及其它有关问题。 旋光光谱和圆二色光谱在测定手性化合物的构型和构象、确 定某些特征官能团(如羰基)在手性分子中的位置方面有独到 之处，同其它用光谱方法来确定立体化学相比，其优势无可 代替的。
圆二色谱和旋光谱概述
CD谱： Δε为纵坐标，λ为横坐标 [θ]:摩尔椭圆度，常用其代替Δε 两者关系:[θ]=3300 Δε=3300(εL - εR)
当平面偏振光通过手性介质时，不仅左、右旋圆偏振光的传播速度 不同，而且强度也不同。用箭头的长短代替强度。因而光在传播时， 它的矢量和将产生的一椭圆轨道 长轴：矢量相位相同时的强度
有些化合物同时含有两个以上不同的发色团，其ORD谱可有多个峰和谷， 呈复杂康顿效应曲线。
每一个实际的ORD曲线都是分子中各个发色团的平均效应，分子的每种取 向及每种构象的贡献。因此ORD谱线常呈复杂情况。
圆二色性谱(Circular Dichroism,CD)
手性物质对组成平面偏振光的左、右旋圆偏振光的吸光度不同，即εL ≠ εR 这种现象为圆二色性
AcO 300
OH
OAc N-OH
ORD、CD、UV之间的关系
旋光谱(ORD)，圆二色性谱(CD)是同一现象的二个方面，它 们都是光与物质作用产生的。 在紫外可见区域，用不同波长的左、右旋圆偏振光测量CD和 ORD的主要目的是研究有机化合物的构型或构象。在这方面， ORD和CD所提供的信息是等价的，实际上它们互相之间有固 定的关系。
矢量和保持在同一个平面之中，在迎着光传播方向观察，这矢量 和是忽长忽短周期性变化的一条线 。
介质为有不对称结构的晶体或手性化合物的溶液（总称旋光性物 质），则nL ≠ nR，△n≠0，从而使它们的矢量和偏离原来的偏振 面，并且偏离程度随光程增大而增大，这就是旋光现象。
旋光现象是由于平面偏振光通过旋光性物质时，组成平面偏振光 的左旋圆偏光和右旋圆偏光在介质中的传播速度不同(即折射率不 同nL ≠ nR)，使平面偏振光的偏振面旋转了一定的角度造成。
圆二色光谱(CD)和旋光谱(ORD)
当平面偏振光通过手性介质时，不仅左、右旋圆偏振光的传播速度 不同，而且强度也不同。用箭头的长短代替强度。因而光在传播时， 它的矢量和将产生的一椭圆轨道 长轴：矢量相位相同时的强度
有些化合物同时含有两个以上不同的发色团，其ORD谱可有多个峰和谷， 呈复杂康顿效应曲线。
每一个实际的ORD曲线都是分子中各个发色团的平均效应，分子的每种取 向及每种构象的贡献。因此ORD谱线常呈复杂情况。
圆二色性谱(Circular Dichroism,CD)
手性物质对组成平面偏振光的左、右旋圆偏振光的吸光度不同，即εL ≠ εR 这种现象为圆二色性
AcO 300
OH
OAc N-OH
ORD、CD、UV之间的关系
旋光谱(ORD)，圆二色性谱(CD)是同一现象的二个方面，它 们都是光与物质作用产生的。 在紫外可见区域，用不同波长的左、右旋圆偏振光测量CD和 ORD的主要目的是研究有机化合物的构型或构象。在这方面， ORD和CD所提供的信息是等价的，实际上它们互相之间有固 定的关系。
矢量和保持在同一个平面之中，在迎着光传播方向观察，这矢量 和是忽长忽短周期性变化的一条线 。
介质为有不对称结构的晶体或手性化合物的溶液（总称旋光性物 质），则nL ≠ nR，△n≠0，从而使它们的矢量和偏离原来的偏振 面，并且偏离程度随光程增大而增大，这就是旋光现象。
旋光现象是由于平面偏振光通过旋光性物质时，组成平面偏振光 的左旋圆偏光和右旋圆偏光在介质中的传播速度不同(即折射率不 同nL ≠ nR)，使平面偏振光的偏振面旋转了一定的角度造成。
圆二色光谱(CD)和旋光谱(ORD)
第七章-旋光色散和圆二色光谱-课件
3. CD is more frequently used than ORD because of superior instrumentation and the shapes of the CD curves.
4. Very few chromophores are intrinsically optically active; those that are active include the amides and disulfide cystine in proteins. Most optical activity of chromophores arises from optical activity induced by interactions with asymmetrically placed neighboring groups.
光学活性物质除使入射到它上面并通过它传播 的平面偏振光的偏振面旋转一定的角度之外 (称为 “旋光”)， 还会存在光吸收各向异性， 称为“圆二 色性 (circular dichroism)"。
活的生物体所含有的分子差不多都具有光学活性。 小分子的光学活性来源于其结构的不对称性， 特 别是分子中存在的不对称的碳原子以及这些原子 对附近生色团 (chromophore) 的影响。
对于同一物质， 比旋 [] 或摩尔比旋 [φ]与入射偏 振光的波长λ有关， 比旋 [] 或摩尔比旋 [] 与波 长间的函数关系称为旋光色散。
7.2.3 圆二色性(Circular Dichroism)和椭圆率(ellipticity)
当一束光穿过样品时，光的强度呈指数规律下降，服 从Beer-Lambert定律。
六十年代，园二色谱逐渐取代旋光色散方法，成为 研究生物大分子溶液构象的有力工具。
旋光光谱和圆二色谱教材
的椭圆偏振光。
二、旋光光谱（ORD）
1、当平面偏振光通过手性物质时，偏振面会发生旋转，即该物
质具有旋光性，旋转的角度——旋光度 2、原理 （1）介质为对称结构时，左右旋圆偏振光的传播速度相同，
则它们的折射率n相等
因n＝c/υ Δn=nL-nR=0 c:真空中光速 υ:介质中光速 偏振面保持不变
（2）介质为不对称结构时，nL≠nR Δn ≠0 偏振面发生旋转，随光程增大而增大——旋光现象
3、测定仪器
4、旋光度：α实
比旋光度：[α]D＝(α实/cl)×100 通常用钠光D线(≈589.3nm)测量α实
l:试样槽厚度（dm）
c:100ml溶剂中溶液的g数 不同波长的[α]λ(比旋光度)为纵坐标，
λ为横坐标可得ORD光谱
[Ф]λ:摩尔比旋光度，常用其代替[α]λ [ Ф ] λ= [ α ] λ· Mr/100(度· cm2· dmol-1) Mr:待测物质的摩尔质量
旋光光谱和圆二色谱
旋光光谱（optical rotatory dispersion， ORD）
圆二色谱（circular sichroism， CD）
分别于20世纪50年代和60年代发展起来的仪器分析
方法，都是利用电磁波和手性物质相互作用的信息来
研究化合物的立体结构及其它有关问题。
偏振光与手性物质的相互作用 旋光光谱 圆二色谱
（2）晶体的双折射现象
当自然光射入双折射晶体时，两束折射光o和e都是线偏 振光，并且它们的振动面通常接近于相互垂直
（3）二向色性晶体
有些透明晶体不仅具有双折射现象，而且对o光和e光有不 同的吸收作用，这种晶体称为二向色性晶体，如电气石晶具有 很强的二向色性，硫酸碘奎宁晶体
圆二色谱和旋光谱概述共41页文档
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51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
旋光光谱和圆二色光谱课件
拓展应用领域 旋光光谱不仅在化学、生物、医药等领域有着广泛的应用， 未来还将拓展到更多领域，如环境监测、材料科学等。
联用技术发展 旋光光谱将与其它谱学技术（如红外光谱、核磁共振谱等） 联用，实现多维度的信息解析，提供更全面、深入的分子 结构信息。
圆二色光谱的发展趋势与展望
圆二色光谱仪器升级
随着光学技术和计算机技术的发展，圆二色光谱仪器的性能将得到 提升，具有更高的分辨率和更广的测量范围。
生物大分子的研究
圆二色光谱在生物大分子（如蛋白质、DNA等）的结构和功能研究 中具有重要应用价值，未来将有更多的生物学家采用这一技术。
化学反应动力学研究
圆二色光谱可用于研究化学反应的动力学过程，揭示反应机理，未来 将在化学反应研究中发挥更大的作用。
旋光光谱和圆二色光谱在未来的发展与应用前景
结构生物学
手性分子具有旋光性，不同构型的对映异构体具有不同的旋光度， 因此旋光光谱可用于对映异构体的鉴别。
判断分子光学活性
具有手性结构的分子可能具有光学活性，旋光光谱能够反映分子的 旋光性，从而判断光学活性。
圆二色光谱在分子结构研究中的应用
确定共轭体系的结构
01
圆二色光谱能够反映分子中电子云分布和键结构，可以推断出
旋光度的定义
旋光活性的定义
样品在旋光仪中由于偏振光在样品中沿轴 向传播时受到的偏转角度，用于衡量样品 的旋光活性。
指物质具有使偏振光向某一方向旋转的特 性。
圆二色光谱的定义
圆二色光谱
是一种研究物质光学活性的方法， 通过测定样品在圆二色仪中的透 射或反射光的偏振状态随波长变 化的情况。
圆二色度的定义
提高分析的准确性和可靠性 两种谱学方法相互补充，可以提高分析的准确性 和可靠性。
联用技术发展 旋光光谱将与其它谱学技术（如红外光谱、核磁共振谱等） 联用，实现多维度的信息解析，提供更全面、深入的分子 结构信息。
圆二色光谱的发展趋势与展望
圆二色光谱仪器升级
随着光学技术和计算机技术的发展，圆二色光谱仪器的性能将得到 提升，具有更高的分辨率和更广的测量范围。
生物大分子的研究
圆二色光谱在生物大分子（如蛋白质、DNA等）的结构和功能研究 中具有重要应用价值，未来将有更多的生物学家采用这一技术。
化学反应动力学研究
圆二色光谱可用于研究化学反应的动力学过程，揭示反应机理，未来 将在化学反应研究中发挥更大的作用。
旋光光谱和圆二色光谱在未来的发展与应用前景
结构生物学
手性分子具有旋光性，不同构型的对映异构体具有不同的旋光度， 因此旋光光谱可用于对映异构体的鉴别。
判断分子光学活性
具有手性结构的分子可能具有光学活性，旋光光谱能够反映分子的 旋光性，从而判断光学活性。
圆二色光谱在分子结构研究中的应用
确定共轭体系的结构
01
圆二色光谱能够反映分子中电子云分布和键结构，可以推断出
旋光度的定义
旋光活性的定义
样品在旋光仪中由于偏振光在样品中沿轴 向传播时受到的偏转角度，用于衡量样品 的旋光活性。
指物质具有使偏振光向某一方向旋转的特 性。
圆二色光谱的定义
圆二色光谱
是一种研究物质光学活性的方法， 通过测定样品在圆二色仪中的透 射或反射光的偏振状态随波长变 化的情况。
圆二色度的定义
提高分析的准确性和可靠性 两种谱学方法相互补充，可以提高分析的准确性 和可靠性。
旋光光谱和圆二色谱
康顿效应的强度通常用摩尔振幅 摩尔振幅α来表示 摩尔振幅 α=（[φ]1-[φ]2）/100 •[φ]1——ORD顶峰处的摩尔旋光度 •[φ]2——ORD谷底处的摩尔旋光度
图为D-（+）-樟脑酮的 ORD谱，呈正的简单康顿 效应，λK=294nm。
有些化合物同时含有两个以上不同的发色团，其ORD谱可 有多个峰和谷，呈复杂康顿效应曲线 复杂康顿效应曲线。 复杂康顿效应曲线 每一个实际的ORD曲线都是分子中各个发色团的平均效应 ，包括200nm以下的吸收，分子的每种取向及每种构象的 贡献，因此，ORD谱线呈复杂情况。
椭圆的长轴即二矢量相位相同时的值，短轴即二矢量相位 相反时的值，两短轴与长轴比例的正切tanθ，就同时反映 了圆双折射和圆二向色性。 θ是平面偏振光离开试样槽，即最后出来时的椭圆度 椭圆度，它 椭圆度 与摩尔椭圆度 摩尔椭圆度[θ]的关系是： 摩尔椭圆度 [θ] = θ M / 100lc =3300△ε
CD谱比较简单明确，容易解析。 ORD谱比较复杂，但它能提供更多的立体结构信息。 ORD和CD都可以用于测定有特征吸收的手性化合物的绝 对构型。 对于有多个紫外吸收峰的化合物，就会有多个连续变化的 CD峰和相应的ORD谱线。
四、ORD和CD的实例分析 和 的实例分析
八区律（羰基） 八区律（羰基）
旋光光度计
旋光光度计是用单色器发光，一边改变波长一边连续记录 旋光度的一种装置。
二、圆二色谱
旋光性有机分子对组成平面偏振光的左旋圆偏振光和右旋 圆偏振光的摩尔吸光系数 摩尔吸光系数是不同的，即εL≠εR，这种现象称 摩尔吸光系数 圆二色性。 之为圆二色性 圆二色性 两种摩尔吸光系数之差 摩尔吸光系数之差△ε=εL-εR，是随入射偏振光的波长 摩尔吸光系数之差 变化而变化的。以△ε或有关量为纵坐标，波长为横坐标， △ 得到的图谱就叫圆二色谱 圆二色谱(CD)。 圆二色谱
旋光光谱和圆二色谱资料讲解
三、圆二色谱
1、手性物质对组成平面偏振光的左、右旋圆偏振光 的吸光度不同，即εL ≠ εR 这种现其代替Δε 两者关系:[θ]=3300 Δε=3300(εL - εR)
2、 [θ] 的物理意义
当平面偏振光通过手性介质时，不仅左、右旋圆偏振光 的传播速度不同，而且强度也不同。用箭头的长短代替强 度。因而光在传播时，它的矢量和将产生的一椭圆轨道
五、应 用
1、在立体结构化学研究中的应用 对于羰基化合物，特别是环酮类化合物的研究较多，并形成了
半经验的“八区律”来推测其立体结构：八个区域的划分如下图所 示：
将环己酮按图放好： 观察者迎着O=C－的方向即从Y轴的负方向看Y轴的正方向。 三个互相垂直的A、B、C平面将环己酮分割为八个区： O＝C－前面的4个区由于取代基很难进入，对cotton效应贡 献小，不考虑 O＝C－后面的4个区贡献大，其对cotton效应正负号的贡献 如下图所示：
(2)
理想情况下：λmax（UV） =λmax(CD) =λk (ORD) 实际情况：三者接近，但不
一定重合
ORD谱和CD谱都可用来测
定有特征吸收的手性化合物
的绝对构型
CD谱：容易解析
ORD谱：比较复杂
不对称分子某生色团吸收峰的Cotton effect 的 正负号与该生色团的手性中心的构型有关联，故 可分析分子的绝对构象。 ORD摩尔振幅α与CD谱中[θ]或Δε的关系 α=0.0122[θ]=40.28Δε
2、原理
（1）介质为对称结构时，左右旋圆偏振光的传播速度相同， 则它们的折射率n相等 因n＝c/υ c:真空中光速 υ:介质中光速
Δn=nL-nR=0 偏振面保持不变 （2）介质为不对称结构时，nL≠nR
旋光光谱和圆二色谱课件
行后续的数据处理和分析。
数据处理
02 利用软件对数据进行平滑处理、基线校正等操作，以
提高数据的质量和可靠性。
结果输出
03
将处理后的数据以图表形式输出，便于分析和解读实
验结果。
06
CATALOGUE
总结回顾与拓展延伸
关键知识点总结回顾
旋光光谱和圆二色谱基本 原理
回顾两种光谱技术的物理原理、数学表达式 及实验方法。
手性分子与圆二色现象
只有手性分子才具有圆二色性，其左、右旋圆偏振光吸收不同。
立体化学环境与圆二色性
分子的立体化学环境，如构型、构象等，会影响圆二色性表现。
圆二色性参数定义及计算方法
圆二色性参数
描述圆二色性强弱的参数，如椭圆率、旋转角等。
计算方法
通过测量左、右旋圆偏振光的吸收差值，并利用相关公式进行计算得出。
药物与DNA/RNA相互作用
通过圆二色谱可以研究药物与DNA/RNA的相互作用， 了解药物对DNA/RNA构象的影响，为药物设计提供依 据。
生物膜脂质组成分析
要点一
脂质组成
圆二色谱可以检测生物膜中不同脂质组分的含量和分布， 从而了解生物膜的结构和功能。
要点二
膜蛋白与脂质相互作用
通过圆二色谱可以研究膜蛋白与脂质之间的相互作用，揭 示膜蛋白在生物膜中的功能和作用机制。
旋光度测定
通过测量旋光度，可以确定有机化合物的旋 光性质和旋光度大小，从而进行化合物鉴定 。
纯度检查
比较实际测量值与理论计算值，可以判断样 品纯度，如旋光度与浓度关系是否符合比尔 定律。
药物开发中活性成分筛选
活性成分筛选
利用旋光光谱技术，可以快速筛选具有特定 旋光性质的活性成分，提高药物开发效率。
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化合物无发色团时，对旋光度为负值的化合物，ORD
谱线从紫外到可见区呈单调上升；而旋光值为正的化合物
是单调下降。两种情况下都趋向和逼近〔φ〕λ =O的线， 但不与O线相交。即谱线只是在一个相内延伸，没有峰也
没有谷，这类ORD谱线称为正常的或平坦的旋光谱线，
40 [φ ]0
（ +） （ -）
OH CH3CH2 C CH3
第8章 旋光光谱和圆二色光谱
旋光光谱和圆二色光谱在测定手性化合物的构型和构 象、确定某些官能团(如羰基)在手性分子中的位置方面有 独到之处，是其它光谱无法代替的。 8.1 基本原理 8.1.1 旋光光谱(Optical Rotatory Dispersion, ORD)
假如有机分子是具有手性的，即分子和它的镜像互相 不能重叠，当平面偏振光通过它时，偏振面便发生旋转， 即所谓该物质具有“旋光性”。
当波长由长波一端向短波一端移动时，ORD谱由峰向 谷变化称为正的康顿效应；而ORD谱线由谷向峰变化则称 为负的康顿效应。而ORD与零线相交点的波长称为λK。 谷至峰之间的高度称为振幅。
[ ]0
[ ]0
0
振幅
0
振幅
K
正康顿效应
/nm
旋光光谱和圆二色光谱
K
/nm
负康顿效应
康顿效应的强度通常用摩尔振幅α来表示： α = （〔φ〕1 - 〔φ〕2）/ 100
旋光光谱和圆二色光谱
实际的ORD测量工作中常用摩尔旋光度〔φ〕λ来代替 比旋光度〔α〕λ，它们之间的关系为：
〔φ〕λ =〔α〕λ·M／ 100
这个100是人为指定的，为的是使摩尔旋光度的值不 致过大。〔α〕λ：比旋光度 ；
M：待测物质分子量 ； 〔φ〕λ的量纲为：度·cm2·dmol-1 。
旋光光谱和圆二色光谱
H
-40
200
400
6 00
λ /nm
(+)和 （ -） 旋2光-光丁谱和醇圆二的色光谱ORD曲 线
分子中有一个简单的发色团(如羰基)的ORD谱线，ORD 曲线在紫外光谱λmax处越过零点，进入另一个相区。形成 的一个峰和一个谷组成的ORD谱线，称为简单康顿效应 (Connton effect,CE)谱线。
式中，α实是实际观察到的旋光度。C为100ml溶剂中溶 质的g数，L是试样槽的厚度(以dm计)。
我们可以把平面偏振光(即线偏振光)看成是以相同的传 播速度前进的左、右两个圆偏振光的矢量和，如图8-2所 示。
旋光光谱和圆二色光谱
当介质有对称结构时，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光在该 介质中的传播速度相同，表现为它们的折射率nL、nR相同， 因为：
这θ是平面偏振光离开试样槽，即最后出来时的椭圆度， 它与摩尔椭Байду номын сангаас度〔θ〕的关系是：
〔θ〕 = θ M / 100LC =3300△ε
因为〔θ〕=3300△ε，△ε可为正值亦可为负值，圆二 色性曲线(CD)也有正性谱线（向上）和负性谱线（向下）。
旋光光谱和圆二色光谱
8.1.3 ORD、CD、UV之间的关系
旋光现象是由于平面偏振光通过旋光性物质时，组成平 面偏振光的左旋圆偏光和右旋圆偏光在介质中的传播速度 不同(即折射率不同nL ≠ nR)，使平面偏振光的偏振面旋转 了一定的角度造成。 旋光光谱和圆二色光谱
RL 在非旋光介质中
L R
在旋光介质中
假如用不同波长的平面偏振光来测量化合物的比旋光度 〔α〕λ，并以〔α〕λ或有关量作纵坐标，波长为横坐标， 得到的图谱就叫旋光谱(简称ORD)。
由于△ε绝对值很小，常用摩尔椭圆度[θ]来代替，它与 摩尔吸光系数的关系是：
[θ] = 3300△ε = 3300（εL-εR）
旋光光谱和圆二色光谱
当平面偏振光通过在紫外区有吸收峰的旋光性介质时， 它所包含的左旋和右旋圆偏振光分量不仅传播速度不同 (因折射率不同)，而且强度也不同(圆二色性)。
在图8-7中用代表矢量的箭头长短来表示左旋和右旋圆 偏振光分量强度。在迎着它的传播方向观察时，它们的矢 量和将描出一个椭圆轨迹。这椭圆的长轴即二矢量相位相 同时的值（左右圆偏光矢量之和)，短轴即二矢量相位相 反时的值(左右圆偏光矢量差)，两短轴与长轴比例的正切 tanθ，就同时反映了圆双折射和圆二向色性。
效应，分子的每种取向及每种构象的贡献。因此ORD谱线
常呈复杂情况。
旋光光谱和圆二色光谱
8.1.2 园二色性谱(Circular Dichroism,CD)
旋光性有机分子对组成平面偏振光的左旋圆偏光和右 旋圆偏光的摩尔吸光系数是不同的，即εL≠εR，这种现象 称之为圆二色性。
两种摩尔吸光系数之差△ε=εL-εR，是随入射偏振光的 波长变化而变化的。以△ε或有关量为纵坐标，波长(通常 用紫外可见光区)为横坐标，得到的图谱就叫园二色性谱 (CD)。
式中：〔φ〕1 = ORD顶峰处的摩尔旋光度 〔φ〕2 == ORD谷底处的摩尔旋光度
D-(+)-樟脑酮的ORD谱，呈正的简单康顿效应， λK = 294nm， α=（+3080+3320）/100 = 64。
有些化合物同时含有两个以上不同的发色团，其ORD 谱可有多个峰和谷，呈复杂康顿效应曲线。
每一个实际的ORD曲线都是分子中各个发色团的平均
偏振面所旋转的角度称之为旋光度，可用旋转检偏镜 进行测定。
从观察者的角度看当检偏镜顺时针方向旋转时，样品 称右旋(+)物质，逆时针方向旋转时称左旋（-）物质(图8-
旋光光谱和圆二色光谱
1)，通常用钠光D线(≈589.3nm)，来测量。
定义比旋光度[α]D为： [α]D =（α实/ C L）× 100
旋光谱(ORD)，圆二色性谱(CD)是同一现象的二个方 面，它们都是光与物质作用产生的。
在紫外可见区域，用不同波长的左、右旋圆偏振光测量 CD和ORD的主要目的是研究有机化合物的构型或构象。 在这方面，ORD和CD所提供的信息是等价的，实际上它 们互相之间有固定的关系。
n = 在真空中的光速／在介质中的光速 这时有 △n = nL - nR = 0
矢量和保持在同一个平面之中，在迎着光传播方向观察， 这矢量和是忽长忽短周期性变化的一条线 。
介质为有不对称结构的晶体或手性化合物的溶液（总称 旋光性物质），则nL ≠ nR，△n≠0，从而使它们的矢量和 偏离原来的偏振面，并且偏离程度随光程增大而增大，这 就是旋光现象。