CN105445220A

CN105445220A - 一种旋光异构体的简易鉴别方法

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Publication number: CN105445220A
Application number: CN201510997416.XA
Authority: CN
Inventors: 王冬; 潘立刚; 王纪华; 马智宏; 侯金健; 靳欣欣; 万赐晖
Original assignee: Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences
Current assignee: Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: CN105445220B

Abstract

本发明提供一种旋光异构体的简易鉴别方法，所述方法基于振动光谱技术，设定光谱仪在特定的光谱分辨率下，在特定波数下获取样品的吸光度。根据特定波数及其所对应的吸光度值的特征，即样品的光谱学特征，拟合特征直线。在特定波数中间选取任一测试点，计算拟合值，并与测试点的实际吸光度比较。当拟合值大于实际吸光度值时，判定异构体为左旋体(L型)，否则判定为右旋体(D型)。本发明可实现对旋光异构化合物的快速、简易、高效、环境友好的鉴别，无需偏振光附件，扩展了振动光谱的应用范围，从而为旋光异构化合物的分离提纯、高效生产、安全使用等方面提供重要技术手段。

Description

一种旋光异构体的简易鉴别方法

技术领域

本发明涉及食药安全领域，具体地说，涉及一种旋光异构体简易鉴别方法。

背景技术

有机物旋光异构体属于有机物几何异构体中的光学异构体。旋光异构体主要存在于有机物，尤其是含有sp³杂化的碳原子有机物中。当碳原子发生sp³杂化时，其4个外层电子轨道呈四面体立体分布。当上述碳原子4个外层电子轨道结合不同的官能团(A、B、C、D)时，即手性碳原子(即C^*)，便产生旋光异构体，结构示意图详见说明书附图1，其中，细线表示sp³杂化碳原子的四面体立体结构，粗线代表手性碳原子(C^*)平行于纸面的两条sp³杂化轨道，实楔形线代表手性碳原子(C^*)伸出纸面的sp³杂化轨道，虚楔形线代表手性碳原子(C^*)凹进纸面的sp³杂化轨道。

旋光异构体一般分为左旋体(L型)和右旋体(D型)。在生命科学、农学、药物学、医学及生理学等领域中，绝大多数左旋体具有生物活性，反之，绝大多数右旋体无生物活性，甚至具有毒性。

然而，在化学合成过程中，左旋体和右旋体一般是同时等量产生的，亦即外消旋体。一般需要经过分离才可以得到纯净的左旋体和右旋体。旋光异构体的左旋体、右旋体分离纯净度是对旋光异构化合物考察的重要指标，特别是一些化合物的右旋体具有毒性，在分离过程中需要特别注意鉴别。

对旋光异构体的传统鉴别方法以色谱法为主，主要存在耗时长、污染环境、效率低等诸多问题。在振动光谱方面，传统方法采用偏振光谱，附件使用过程复杂繁琐，不易操作。因此，对旋光异构体的高效、绿色鉴别方法的开发成为亟待解决的问题。

振动光谱技术基于物质分子的振动、转动能级跃迁对电磁波的吸收。常见的振动光谱技术包含近/中红外光谱、拉曼光谱、太赫兹光谱等。振动光谱技术具有波谱数据采样速度快、分析效率高、绿色无污染等特点，目前已在生命科学、医学及生理学、药物学、农学等领域具有广泛的应用。

不同类型的振动光谱的性质不同。长久以来，红外光谱、拉曼光谱一直被认为不能直接对旋光异构体进行鉴别，一般需要将振动光谱仪器结合偏振光附件才能对旋光异构体进行鉴别。不使用偏振光附件一般认为不能对旋光异构体进行鉴别。

本发明提出一种旋光异构体简易鉴别方法，扩展了振动光谱的应用范围——在旋光异构体快速无损鉴别方面的用途。该方法具有快速、准确、工作效率高、绿色无污染等特点，无需偏振光谱附件，不仅可以为旋光异构体的快速无损鉴别提供有力保障和技术支持，而且对保障食品药品安全、提高工农业生产效率、促进生命科学、医学及生理学健康发展等方面具有积极作用。

发明内容

本发明针对旋光异构化合物的鉴别难题，提供一种基于振动光谱技术的旋光异构化合物快速无损鉴别方法，其目的是对旋光异构化合物进行快速无损鉴别。

本发明提供了一种旋光异构体的简易鉴别方法，流程参见图2所示；所述方法包括以下步骤：

(1)设置光谱仪分辨率；

(2)在步骤(1)所述分辨率下，采集待测样品的振动光谱谱图，获待测样品在特征波数w₁的吸光度值A₁和特征波数w₂的吸光度值A₂；

(3)根据所述特征波数以及所述特征波数对应的吸光度值，按照以下公式，拟合特征直线；

A = \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w - \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w_{1} + A_{1}

(4)在所述特征波数w₁与特征波数w₂之间任选一个测试波数w，读出所述测试波数在振动光谱谱图中对应的吸光度实际值A₀，并将所述测试波数代入步骤(3)所得特征直线，计算其在特征直线上对应的吸光度拟合值A；

(5)根据所述吸光度拟合值A与吸光度实际值A₀之差，判断光学异构化合物的旋光性。

所述光学异构化合物指旋光异构体，包括左旋体、右旋体。本发明所述光学异构化合物可为生命科学、农学、药物学、医学及生理学等领域中常见的旋光异构体，优选为左旋酒石酸或右旋酒石酸。

所述振动光谱包括近红外光谱、中红外光谱、拉曼光谱、太赫兹光谱；所述振动光谱的数据表现形式包括吸收谱、吸收系数谱、透过率谱、时域谱、折射率谱。本发明所述振动光谱优选为中红外光谱的吸收谱。

当所述振动光谱为中红外光谱的吸收谱时，所述光谱仪分辨率为1～5cm^-1，优选为1～3cm^-1。所述特定波数w₁和特征波数w₂分别1730～1735cm^-1和1715～1720cm^-1。

作为所述步骤(5)的判断标准，当A-A₀＞0时，判断待测样品为左旋体(L型)；当A-A₀＜0时，判断待测样品为右旋体(D型)。

本发明提供一种鉴别酒石酸旋光异构体的优选方法，所述方法包括以下步骤：

(1)设置傅里叶变换中红外光谱仪的分辨率为1～3cm^-1；

(2)在步骤(1)所述分辨率下，采集待测样品的中红外光谱谱图，获待测样品在特征波数w₁＝1730～1735cm^-1的吸光度值A₁和特征波数w₂＝1715～1720cm^-1的吸光度值A₂；

A = \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w - \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w_{1} + A_{1}

(5)根据所述吸光度拟合值A与吸光度实际值A₀之差，判断待测样品的旋光性；当A-A₀＞0时，判断待测样品为左旋酒石酸；当A-A₀＜0时，判断待测样品为右旋酒石酸。

本发明提出的方法扩展了振动光谱在旋光异构体快速无损鉴别方面的用途。该方法具有快速、准确、工作效率高、绿色无污染等特点，不仅可以为旋光异构体的快速无损鉴别提供有力保障和技术支持，而且对保障食品药品安全、提高工农业生产效率、促进生命科学、医学及生理学健康发展等方面具有积极作用。

附图说明

图1为本发明所述旋光异构体示意图；

图2为本发明所述一种旋光异构体简易鉴别方法流程示意图；

图3为实施例1所述待测样品A和实施例2所述待测样品B在分辨率2cm^-1下的中红外光谱；

图4为对比例所述L-酒石酸和D-酒石酸在分辨率8cm^-1下的中红外光谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以下各实施例中，所用仪器为：傅里叶变换中红外光谱仪，型号：Spectrum400，美国PerkinElmer公司；附件：衰减全反射；

参数：光谱分辨率：2cm^-1，光谱范围：1800cm^-1～1500cm^-1，累加次数：273次，以空光路作参比。

实施例1

按照以下步骤检测待测样品A的旋光性：

(1)设置傅里叶变换中红外光谱仪的分辨率为2cm^-1；

(2)在分辨率为2cm^-1的条件下，采集待测样品的衰减全反射-中红外光谱，并进行衰减全反射校正，以消除不同波数的中红外光在衰减全反射晶体中的折射差异；以吸光度作为纵坐标，波数作为横坐标，获得待测样品在光谱范围1744cm^-1～1707cm^-1内的光谱图(参考图3所示)；

从图3中读出待测样品在特征波数₁＝1732cm^-1的吸光度₁为0.8733，在特征波数₂＝1717cm^-1的吸光度₂为0.8986；

A = \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w - \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w_{1} + A_{1}

得特征直线为：A＝-0.0017w+3.7957；

(4)在所述特征波数₁与特征波数₂之间选取测试波数w＝1724cm^-1，该测试波数w＝1724cm^-1是在所述特征波数₁与特征波数₂之间任意选取的；读出所述测试波数在振动光谱谱图中对应的吸光度实际值A₀为0.8726，并将所述测试波数代入步骤(3)所得特征直线，计算其在特征直线上对应的吸光度拟合值A为0.8868；

(5)所述吸光度拟合值A与吸光度实际值A₀之差：A-A₀＝0.0142＞0，判断待测样品为左旋酒石酸(L-酒石酸)。

通过对待测样品的结构验证，判断其为左旋酒石酸的结果正确。

实施例2

按照实施例1所述方法检测待测样品B的旋光性，具体步骤为：

(1)设置傅里叶变换中红外光谱仪的分辨率为2cm^-1；

从图3中读出待测样品在特征波数₁＝1732cm^-1的吸光度₁为0.9960，在特征波数₂＝1717cm^-1的吸光度₂为0.9888；

A = \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w - \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w_{1} + A_{1}

得特征直线为：A＝0.0005w+0.1646；

(4)在所述特征波数₁与特征波数₂之间选取测试波数w＝1724cm^-1，该测试波数w＝1724cm^-1是在所述特征波数₁与特征波数₂之间任意选取的；读出所述测试波数在振动光谱谱图中对应的吸光度实际值A₀为0.9994，并将所述测试波数代入步骤(3)所得特征直线，计算其在特征直线上对应的吸光度拟合值A为0.9922；

(5)所述吸光度拟合值A与吸光度实际值A₀之差：A-A₀＝-0.0072＜0，判断待测样品为右旋酒石酸(D-酒石酸)。

通过对待测样品的结构验证，判断其为右旋酒石酸的结果正确。

将实施例1和2所述待测样品的中红外吸收光谱置于图3中进行比较，样品A(L-酒石酸)和样品B(D-酒石酸)在1732cm^-1和1717cm^-1波数范围内的谱形、趋势具有明显区别，且将所述特征波数1732cm^-1～1717cm^-1之间的其他测试点计算拟合值并获取相应的吸光度值，皆符合上述结果。上述数据说明采用本发明所述方法可以实现对L-酒石酸和D-酒石酸的快速无损鉴别，且无需偏振光附件。

实施例3

另外取已知旋光性的50组L-酒石酸和50组D-酒石酸按照，分别按照实施例1所述方法采集衰减全反射-中红外光谱，并按照上述方法进行处理。结果表明，L-酒石酸在上述两个特征值之间的任意测试点吸光度拟合值皆大于相应的吸光度实际值，而D-酒石酸在上述两个特征值之间的任意测试点吸光度拟合值皆小于相应的吸光度实际值。上述结果说明本实施例采用的傅里叶变换中红外光谱仪在光谱分辨率2cm^-1下可以将L-酒石酸和D-酒石酸实现快速无损鉴别，无需偏振光附件。

对比例

采用分辨率8cm^-1鉴别待测样品A(L-酒石酸)和待测样品B(D-酒石酸)，其余检测条件同实施例1。所得光谱图如图4所示，所得特征波数、拟合直线、测试点处吸光度实际值及拟合值详见表1。

表1：分辨率8cm^-1下的特征波数、测试点处吸光度及拟合直线、拟合值

从表1可见，如果采用8cm^-1，即使数据处理方法相同，L-酒石酸的拟合值0.9291大于测试点吸光度实际值0.9186，而D-酒石酸的拟合值0.9580也大于测试点吸光度实际值0.9474。从附图4可见，L-酒石酸和D-酒石酸在1732cm^-1～1717cm^-1范围内的光谱图谱形、趋势几乎完全一致，无明显区别。对所述特征波数1732cm^-1～1717cm^-1之间的其他任意测试点计算拟合值并获取相应的吸光度实际值，L-酒石酸和D-酒石酸亦无法鉴别。对另外50组L-酒石酸和50组D-酒石酸按上述方法采集了光谱分辨率8cm^-1的衰减全反射-中红外光谱，并按照上述方法进行处理，L-酒石酸和D-酒石酸亦无法鉴别。综上，在8cm^-1下无法对L-酒石酸和D-酒石酸进行鉴别。

本发明提出一种旋光异构体简易鉴别方法，扩展了振动光谱的应用范围——在光学异构体快速无损鉴别方面的用途。该方法具有快速、准确、工作效率高、绿色无污染等特点，无需偏振光谱附件，不仅可以为旋光异构体的快速无损鉴别提供有力保障和技术支持，而且对保障食品药品安全、提高工农业生产效率、促进生命科学、医学及生理学健康发展等方面具有积极作用。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种旋光异构体的简易鉴别方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)设置光谱仪分辨率；

A = \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w - \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w_{1} + A_{1}

(4)在所述特征波数w₁与特征波数w₂之间任选一个测试波数w，读出所述测试波数w在振动光谱谱图中对应的吸光度实际值A₀，并将所述测试波数代入步骤(3)所得特征直线，计算其在特征直线上对应的吸光度拟合值A；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学异构化合物指旋光异构体，包括左旋体、右旋体。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光学异构化合物为左旋酒石酸或右旋酒石酸。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述振动光谱包括近红外光谱、中红外光谱、拉曼光谱、太赫兹光谱；

所述振动光谱的数据表现形式包括吸收谱、吸收系数谱、透过率谱、时域谱、折射率谱。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述振动光谱为中红外光谱的吸收谱。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光谱仪分辨率为1～5cm^-1，优选为1～3cm^-1。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定波数w₁和特征波数w₂分别1730～1735cm^-1和1715～1720cm^-1。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，当A-A₀＞0时，判断待测样品为左旋体；当A-A₀＜0时，判断待测样品为右旋体。

9.一种鉴别酒石酸旋光异构体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)设置傅里叶变换中红外光谱仪的分辨率为1～3cm^-1；

A = \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w - \frac{A_{2} - A_{1}}{w_{2} - w_{1}} w_{1} + A_{1}