6.6 对映体与绝对构型

对映体(enantiomer)互为不能重合的镜像； 绝对构型(absolute configuration)描述手性分子或基团的空间排列， 可用合适的立体描述符表示。对于一个普通四面体手性碳，先按 CIP 规则比较四个取代基， 再用 R 或 S 记录排列。多中心分子须给出中心的位次，单写一个 R 无法描述整分子 （IUPAC, 1996）。

在普通各向同性、非手性溶液中，同一对映体对的对应氢具有相同的化学位移和标量耦合。 把整个分子取镜像也把它与周围非手性分子的关系取镜像，局部相互作用没有因此获得可区分的手性参照。 在温度、浓度、溶剂及聚集状态可比的条件下，普通氢谱给出的参数不能为两种镜像排列排序。 提高场强可以缓解重叠，却不引入手性参照；把相同参数测得更精确也不能完成这种区分。

例如，单独测量 R-丁烷-2-醇、S-丁烷-2-醇和它们的等量混合物， 在上述条件下会得到对应相同的一套普通氢谱。 等量混合物中两种分子的信号相加，积分报告总氢数，不能从一个甲基信号拆出各自的含量。 分子中的一个 CH₂ 仍可能有两个非对映异位氢；这种分子内部的环境差别并不等于两种对映体已被分开。 两套信号也不能单凭套数认作一对对映体：杂质、非对映异构体或较慢的构象交换都须排查。

前几节使用的耦合与 NOE 也受到这种限制：镜像候选的二面角关系、核间距离和对应的构象能量分布相同。 普通介质中的 NOE 网络可以排除某些非对映异构体，但通常保留整个镜像对。 旋光符号也没有普遍的 R 为正、S 为负的对应规则。 若样品浓度变化伴随谱图变化，应先检查聚集和分子间相互作用，不能把任意位移变化直接转写为绝对构型。

手性溶剂化试剂(chiral solvating agent, CSA)可通过氢键、离子配对或配位等相互作用辨别分析物。 在结合与解离较快时，每种对映体的信号可能是游离态和结合态的平均响应； 两种对映体的平均值仍可不同。试剂浓度、温度、水含量和酸碱状态都会改变这种响应。 手性镧系位移试剂还可能带来顺磁位移与展宽，不能只追求更大的分离而忽略可积分性。 完全以手性溶剂测量同样需要验证溶解性和具体的辨别效果。

手性衍生化试剂(chiral derivatizing agent, CDA)则把分析物转成共价衍生物。 若含量任务使用一种纯手性试剂，原来的两种对映体可变为两个非对映衍生物。 必须检查反应是否完全、有无消旋和选择性损失；两个对映体反应速率不同而反应未完成时， 产物比例可能偏离起始样品比例。 对于多个反应位点，还要先确认衍生化位置和产物数目，不能把每一套新增信号都计作一个原对映体。

这里的 \(I_P,I_Q\) 是两个完整信号的积分，\(n_P,n_Q\) 是各积分区域代表的氢数， \(x_P,x_Q\) 为无量纲摩尔分数。 公式要求两信号的单位氢响应可比，且这两个响应已确认来自同一对映体对。 ee 的绝对值不带构型名称；“40% ee，P 为主”仍保留 P 的身份待定这一事实。

表中的两甲基信号各代表三个氢。先除以氢数，再归一化，得到 P 的摩尔分数为 \(1.40/(1.40+0.60)=0.70\)，Q 为 \(0.30\)，所以 er 为 \(7:3\)，ee 为 40%。 把 70% 当成 ee 会把主组分含量与两组分含量之差混为一谈。 若用经独立确认的 R 标准加标，并追踪到 P 的对应信号增加，才可将原样品结果写作 R:S 为 7:3，40% ee，R 为主。

比例测量须使用面积，单取最高谱线的高度会受线宽和裂分影响。 积分区域应包含整个多重峰，检查基线、重叠、卫星与试剂杂峰， 并使采集条件下的弛豫和激发响应满足所需准确度。 本例为给定条件的计算练习，正式定量条件将在 7.1 节展开。 多个独立报告信号所得比例应相符；若甲基给 7:3 而另一个对应信号给 1:1， 先查归属和积分条件，不能选择更符合合成预期的数值。

主峰旁没有可见的次峰，只能给出与噪声、重叠及方法灵敏度有关的界限，不能直接证明 ee 为 100%。 同时，绝对构型已确定的主组分仍可以含有少量另一对映体。 “主组分为 R”和“样品具有多少 ee”应分别列在报告中，并说明测量方法。

本节的“S-MTPA 酯”专指酯中 MTPA 部分手性中心的描述符为 S， 不表示待测醇的中心为 S。 以不改变 MTPA 中心空间排列的酰化过程计，S-MTPA 酸生成 S-MTPA 酯， 但 R-MTPA 酸氯生成 S-MTPA 酯；相反，S-MTPA 酸氯生成 R-MTPA 酯。 酸氯与酯的描述符对换来自 CIP 优先级改变：甲氧基保持最高， 酸氯中的羰基碳按连接原子比较优先于三氟甲基碳，酯中的次序则相反。 这不表示手性中心发生了空间反转 （Hoye et al., 2007）。

式中 \(\mathrm{H}_i\) 是原醇部分同一个已指认的氢，\(\delta\) 沿用无量纲定义， 表内以 \(\delta/\mathrm{ppm}\) 和 \(\Delta\delta^{SR}/\mathrm{ppm}\) 报数。 两列须按生成酯的 MTPA 描述符命名；若从酸氯开始，第一列来自 R-MTPA 酸氯。 整张表交换两列会使所有位移差变号，足以导致相反的构型判定。

改进 Mosher 方法(modified Mosher method)比较两侧多个对应氢的位移差分布， 而非依据一个氢的正负号。 Ohtani 等把这种多点分析用于已知构型的醇及海洋萜类，为构型关联提供检验依据 （Ohtani et al., 1991）。 解释采用文献检验过的有效构象模型：酯部分取所用模型的 s-trans 排列，原醇的次甲基氢与 MTPA 的三氟甲基 分别与羰基共面、同向。溶液仍可包含多个构象，模型不宣称每个分子都固定成图中的形状 （Hoye et al., 2007）。

苯环的各向异性屏蔽使某些邻近氢向高场移动。 在图示有效模型中，后方 A 的氢在 R 酯中相对更受屏蔽，所以 S 减 R 为正； 前方 B 的氢在 S 酯中相对更受屏蔽，所以 S 减 R 为负。 这里的符号首先确定 A、B 对应哪个分子片段。 随后才把片段放回原醇，按 CIP 次序命名原醇中心；“正值”本身没有 R 或 S 的含义。

两种酯应在可比的溶剂、温度、浓度与位移参照条件下测量，避免整谱的定标偏差被计入位移差。 先确认两谱中的 H3a、H3b 对应同一个原子标签，不能把较高场的一条任意配给另一谱较高场的一条。 表中 \(1.20-1.28=-0.08\) ppm，把直接相连的甲基归于前方 B； 乙基的三个报告位置均给正值，把乙基归于后方 A。 下面把两个原醇候选分别按图中的 H、O 方向摆放，逐项核对预期符号。

CIP 顺序为氧、乙基、甲基、氢；乙基与甲基的首个原子同为碳， 比较下一层的连接原子即可区分次序。 把表中相符投影整体转到最低优先级氢背向观察者，氧到乙基再到甲基呈逆时针，得到 S。 这一结论依赖表中指认正确、两种酯身份正确且有效模型适用。 若原醇已有其他手性中心，本次酯化只直接检验该羟基所在中心；其他中心仍需相对关系才能关联。

单晶衍射可补充空间排列信息，但一幅精细的晶体结构图不自动消除镜像歧义。 绝对构型依据可以来自已知手性参照，也可以来自有足够区分能力的异常散射数据； 相应的绝对结构参数必须结合不确定度解释。 只报告一个接近零的参数而不报告其精度，不能充分支持绝对构型 （Flack and Bernardinelli, 1999）。 电子或振动圆二色性也可参与判断，但其谱图比较须考虑测量条件及构象，普通氢谱可协助检验构象模型。

对于两个中心的教学未知物，若耦合和 NOE 支持同一个相对关系，只剩 (2R,3S) 与 (2S,3R)， 而适用的 Mosher 分析确定羟基所在 C2 为 S，两条证据相接便选择后一个候选。 这里 C3 的赋值来自已建立的相对关系，并未由 Mosher 实验单独测得。 如果 C2 与 C3 之间的相对关系尚不确定，即使 C2 已定，也仍须保留 C3 的候选。

实际报告可分别写出：连接结构的谱学依据、相对构型网络、局部绝对构型的参照和模型、 样品的 er 或 ee。附上两种酯的原料记录、对应峰表、位移差、投影及未能可靠赋号的位置。 遇到两套信号，应继续辨认它们属于组分还是动态过程； 6.7 节将讨论交换速率与 NMR 时间尺度之间的关系。