[发明专利]用于手性分析的腔增强傅立叶变换光谱

说明书

手性分子可以被定义为具有不可重叠的镜像的分子。这些镜像可以被称为对映体。对映体通常在其三维几何结构中具有相同的键长和键角集。本文描述的装置和技术可以用于通过使用腔增强分子转动光谱来执行手性分子的分析。样品单元可以限定谐振腔，并且样品引入端口可以提供分析物分子和手性标签的脉冲射流注入以允许分析包括分析物和手性标签的复合物。

优先权要求

本专利申请要求于2016年10月26日提交的题为“System and Method forMultiplexed Cavity-Enhanced Fourier Transform Microwave Spectrometer forChiral Analysis”的美国临时专利申请第62/413,155号的专利的优先权权益(代理人案卷号02328-01)，其全部内容由此通过引入并入本文中。关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是在国家科学基金会所授予的CHE1531913的政府支持下作出的。政府对发明有一定的权利。

本公开的技术领域

本文一般地但不限于涉及分子转动光谱，并且更具体地涉及腔增强傅里叶变换分子转动光谱。

技术背景

手性分子可以被定义为具有不可重叠的镜像的分子。这些镜像可以称为对映体。对映体通常在它们的三维几何结构中具有相同的键长和键角集。因此，对映体具有相似的分子特性，包括它们的传统吸收光谱。因为生命系统由具有特定手性的手性分子组成，所以它们是“不对称”系统并且对映体的生物化学可以不同。因此，分析手性分子的立体化学结构的能力在化学领域中具有许多应用，特别是在药物中的应用。

手性分子可以具有如下结构：其中存在几个“手性中心”，例如具有四个不同化学取代基的“不对称碳原子”。在该图示中，每个不对称碳的局部立体化学可以是右手的或左手的——例如使用Cahn-Ingold-Prelog R/S表示法所指示的。因此，针对具有N个手性中心的分子，存在2^N个立体异构体。在一般情况下(其中不存在内消旋结构的可能性)，立体异构体将具有可以被称为非对映异构体的2^N-1个不同的分子几何结构，并且针对每个非对映异构体，存在可以被称为对映体的两种不可重叠的镜像。对映体在每个手性中心处具有相反的局部手性。例如，在具有三个手性中心的分子中，使用R构型的所有这三个手性中心(RRR)形成的非对映异构体具有对映体，其中所有三个均为S构型(SSS)。

用于手性分析的通常可用的分析化学仪器分为两大类：色谱法和基于光的分析。色谱法使用样品混合物并且通过当样品流过“柱”时发生的分子与固定相的不同相互作用将其分离。实现方式包括气相色谱法(GC)、高性能液相色谱法(HPLC)和许多其他变体。现代色谱法可以使用少量样品实现不同几何结构的复杂混合物例如非对映异构体的分离。如果固定相本身是手性的，则可以实现对映体的分离。针对手性分析，通常使用两个不同的测量来确定非对映异构体和对映体组合物。可能需要大量的开发时间来找到产生清楚地分离所有感兴趣组分的仪器方案。可能需要参考样品来确定化合物在每个洗脱时间处的特性，特别是针对对映体分离。因此，通常使用其他手性分析技术来校准色谱仪器。

存在可以使用光来确定分子结构和手性分子的绝对构型的多种测量的集合。这样的分析方法包括：光的衍射；偏振光的旋转(偏振测定)；左右圆偏振光的差分吸收(圆二色性)及其相关的拉曼版本(拉曼光学活性)；以及从本质非手性光谱获得手性信息的方法(用于核磁共振(NMR) 分析的方法)。

X射线衍射被用于确定分子的绝对构型(手性)。它通常涉及使用单晶形式的对映体纯的样品。该样品制备要求可能限制其有用性。确定绝对构型的一种方法是使用内部手性参考。该参考可以包括具有已知(例如，先前确定的)绝对构型的分子。如果该分子可以与感兴趣分子共结晶，则单位晶胞结构用于复合物。尽管复合物的两个对映体都产生相同的衍射图案，但是对内部参考分子的绝对构型的了解使得可以明确地指定与其配对的分子的绝对构型。