第一章-天然药物化学结构研究...ppt

第一章第一章 总论总论3 13 23绪论绪论提取分离的方法提取分离的方法结构研究方法结构研究方法 从天然物中分离到化合物单体后从天然物中分离到化合物单体后, ,需进行结构鉴定需进行结构鉴定, ,方法有方法有文献调研、化学法、波谱法等文献调研、化学法、波谱法等1）） 纯化和干燥化合物的样品纯化和干燥化合物的样品 a) 均一晶形、明确敏锐熔点均一晶形、明确敏锐熔点 b) 三种展开系统均显示单一斑点三种展开系统均显示单一斑点 c) HPLC、、GC分析分析四、结构研究方法四、结构研究方法2）通过文献调研，理化常数和化学定性分析等初步判断化合物结）通过文献调研，理化常数和化学定性分析等初步判断化合物结构类型构类型3）测定分子式、计算不饱和度）测定分子式、计算不饱和度 a) 元素分析元素分析 b) 同位素丰度比率同位素丰度比率 c) HR-MS 不饱和度：不饱和度： Ω =Ⅳ-Ⅰ/2+Ⅲ/2+1四、结构研究方法四、结构研究方法 4）确定分子中含有的官能团、结构片段、基本骨架。

确定分子中含有的官能团、结构片段、基本骨架 UV、、IR、、NMR、、MS等等UV：：共轭双键、共轭双键、α-β不饱和羰基、芳香化合物不饱和羰基、芳香化合物IR ：：特征官能团：羟基、羰基、双键、芳环等特征官能团：羟基、羰基、双键、芳环等NMR：：化学位移化学位移(δ)、积分面积、偶合常数、积分面积、偶合常数(J)MS：：EI-MS、、ESI-MS、、FD-MS、、FAB-MS 四、结构研究方法四、结构研究方法 5）推断并确定分子的平面结构）推断并确定分子的平面结构 化学沟通化学沟通6）推断并确定分子的主体结构）推断并确定分子的主体结构 构型与构象构型与构象 CD、、NOE谱、谱、X-Ray衍射、人工合成衍射、人工合成四、结构研究方法四、结构研究方法 其中最常用的有四大谱：分别是其中最常用的有四大谱：分别是紫外光谱紫外光谱（（Ultraviolet spectroscopy 缩写为缩写为UV）、）、红外光谱红外光谱（（Infrared spectroscopy 缩写为缩写为IR）、）、核磁共振谱核磁共振谱（（Nuclear magnetic resonance 缩写为缩写为NMR））和和质谱质谱（（Mass spectroscopy 缩写为缩写为MS）。

X X光光真真空空紫紫外外区区近近紫紫外外区区紫紫蓝蓝 青青 绿绿 黄黄 橙橙 红红近近红红外外区区远远红红外外区区无无线线电电波波可见光区可见光区100nm200nm400nm800nm20m mm500m mm光波区域光波区域10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 wavelength (cm) g g-rays x-rays UV VIS IR m m-wave radio 分子中电子跃迁（从基态至激发态）其中，分子中电子跃迁（从基态至激发态）其中，n-π*、、π-π* 跃迁可因吸收紫外光及可见光所引起，吸收光跃迁可因吸收紫外光及可见光所引起，吸收光谱将出现在光的紫外区和可见区（谱将出现在光的紫外区和可见区（200~700nm） 200nm 400 700nm 紫外区（紫外区（UV）） 可见区（可见区（VIS）） 紫外光谱（紫外光谱（UV））紫外紫外 — 可见光谱（可见光谱（UV -VIS））—— 共轭体系特征共轭体系特征应用：应用：v推断化合物的骨架类型推断化合物的骨架类型—— 共轭系统，。

共轭系统，v取代基团的推断如加入诊断试剂推断取代基团的推断如加入诊断试剂推断黄酮的取代模式（类型、数目、排列方黄酮的取代模式（类型、数目、排列方式）式）v用于含量测定（以最大吸收波长作为检用于含量测定（以最大吸收波长作为检测波长进行含量测定）测波长进行含量测定） 红外光谱红外光谱（（IR））分子中价键的伸缩及弯曲振动所引起的吸收分子中价键的伸缩及弯曲振动所引起的吸收而测得的吸收图谱，称为红外光谱而测得的吸收图谱，称为红外光谱4000 3600 3000 1500 1000 625cm-1特征频率区特征频率区 指纹区指纹区特征官能团的鉴别特征官能团的鉴别 化合物真伪的鉴别化合物真伪的鉴别 红外光谱红外光谱(IR)(IR)的八个重要区段的八个重要区段1)1)3300~3000 3300~3000 弱吸收弱吸收 烯氢、芳氢、烯氢、芳氢、 强吸收强吸收O-HO-H、、N-HN-H1)1)3000~2700 3000~2700 饱和饱和C-HC-H2)2)2400~2100 2400~2100 不饱和三键不饱和三键3)3)1900~1650 C=O1900~1650 C=O及其衍生物及其衍生物4)4)1680~1500 C=C1680~1500 C=C及芳香核骨架震动、及芳香核骨架震动、C=NC=N等等5)5)1500~1300 1500~1300 饱和饱和C-HC-H面内弯曲振动面内弯曲振动6)6)1000~650 1000~650 不饱和不饱和C-HC-H面外弯曲振动面外弯曲振动应用：应用：v1.含氧官能团的判断；含氧官能团的判断；v2.含氮官能团的判断；含氮官能团的判断；v3.有关芳香环的信息；有关芳香环的信息；v4.确定炔烃、烯烃，特别是双键类型的判断。

确定炔烃、烯烃，特别是双键类型的判断氢谱氢谱信息参数：化学位移（信息参数：化学位移（δ）、峰面积、峰裂分）、峰面积、峰裂分（（s 、、d、、t、、q、、m）及偶合常数（）及偶合常数（Ј）） — 化学位移化学位移 (chemical shift)：与质子的化学：与质子的化学环境（诱导效应、共轭效应、各向异性效应等）环境（诱导效应、共轭效应、各向异性效应等） 　　— 偶合常数偶合常数 (coupling constant)与与裂分峰形裂分峰形 — 积分曲线积分曲线 (integration line)帮助了解分子中质子的类型、连接方式以及数目帮助了解分子中质子的类型、连接方式以及数目ＧGHＧＨ 核磁共振氢谱核磁共振氢谱（（1H-NMR））v1 化学位移化学位移δ(Chemical shift) (以四甲基硅烷以四甲基硅烷TMS为内标物，将其化学位为内标物，将其化学位移定为移定为0，测定各质子共振频率与它的相对，测定各质子共振频率与它的相对距离，这个相对值称为化学位移），一般距离，这个相对值称为化学位移），一般 δ 1-10ppm与与1H核所处的化学环境（核所处的化学环境（1H核周围的电子云密度）有关核周围的电子云密度）有关电子云密度大，处于高场，电子云密度大，处于高场，δ值小值小电子云密度小，处于低场，电子云密度小，处于低场，δ值大值大~0.9-C-CH3 ~1.8-C=C-CH3~2.1-COCH3 ~3.0-NCH3 ~3.7-OCH3 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0-COOH -CHO Ar-H -C=C-H 常见结构的化学位移大致范围常见结构的化学位移大致范围(δ(δ(δppm)v2 偶合常数偶合常数J (Coupling constant) 因偶合使信号发生分裂因偶合使信号发生分裂,表现出不同的裂分表现出不同的裂分,如如s (单峰单峰), d (二重峰二重峰), t (三重峰三重峰), q (四重四重峰峰)等。

等磁不等同两个或两组磁不等同两个或两组1H核在一核在一定距离内相互自旋偶合干扰，定距离内相互自旋偶合干扰，发生的分裂所表现出的不同裂分发生的分裂所表现出的不同裂分 符合符合 n+1 规律规律 ( n = 磁等同质子的数目磁等同质子的数目 ) 用偶合常数（用偶合常数（J）表示）表示 峰裂分的数目峰裂分的数目 峰裂分的距离峰裂分的距离 不同系统偶合常数不同系统偶合常数 (J Hz) 大小大小s 单峰单峰 d 双峰双峰 t 三重峰三重峰 q 四重峰四重峰 m 多重峰多重峰 3 积分曲线积分曲线 也称积分面积，与分子中的总质子数相当也称积分面积，与分子中的总质子数相当 化学位移化学位移积分值积分值偶合裂分偶合裂分NOE效应效应 选择的照射一种质子使其饱和，则与该质子在立选择的照射一种质子使其饱和，则与该质子在立体空间位置上接近的另一个或数个质子信号强度体空间位置上接近的另一个或数个质子信号强度增高的效应称为核增高的效应称为核Overhauser效应，简称效应，简称NOE NOE主要用来确定两种质子在分子立体空间主要用来确定两种质子在分子立体空间结构中是否距离相近，若存在结构中是否距离相近，若存在NOE，，则表示相近；则表示相近； NOE 越大，则两者在空间的距离就越近。

越大，则两者在空间的距离就越近NOE是确定分子中某些基团的位置，立体构型和优势是确定分子中某些基团的位置，立体构型和优势构象的重要手段之一构象的重要手段之一核磁共振氢谱在综合光谱解析中的作用核磁共振氢谱在综合光谱解析中的作用v核核磁磁共共振振氢氢谱谱(1H—NMR) 在在综综合合光光谱谱解解析析中中主主要要提供化合物中所含提供化合物中所含⒈⒈质质子子的的类类型型：：说说明明化化合合物物具具有有哪哪些些种种类类的的含含氢氢官官能能团⒉⒉氢分布：氢分布：说明各种类型氢的数目说明各种类型氢的数目⒊⒊核核间间关关系系: :氢氢核核间间的的偶偶合合关关系系与与氢氢核核所所处处的的化化学学环环境境¬指指核核间间关关系系可可提提供供化化合合物物的的二二级级结结构构信信息息，，如如连连结结方方式式、、位位置置、、距距离离；；结结构构异异构构与与立立体体异异构构( (几几几几何何何何异异异异构构构构、、、、光光光光学学学学异异异异构构构构、、、、构构构构象象象象) )等等) 三方面的结构信息三方面的结构信息(核磁共振碳谱核磁共振碳谱(13C—NMR)碳谱与氢谱类似，也碳谱与氢谱类似，也可提供化合物中可提供化合物中 1.碳核的类型、碳核的类型、 2.碳分布碳分布 、、 3.核间关系三方面结构信息。

核间关系三方面结构信息 主要提供化合物的碳主要提供化合物的碳主要提供化合物的碳主要提供化合物的碳“ “骨架骨架骨架骨架” ”信息信息信息信息碳谱的各条谱线一般都有它的惟一性，能够迅碳谱的各条谱线一般都有它的惟一性，能够迅速、正确地否定所拟定的错误结构式碳谱对速、正确地否定所拟定的错误结构式碳谱对立体异构体比较灵敏立体异构体比较灵敏立体异构体比较灵敏立体异构体比较灵敏，，，，能给出细微结构信息能给出细微结构信息能给出细微结构信息能给出细微结构信息 核磁共振碳谱核磁共振碳谱（（13C-NMR））不同不同 13C 核核δC大小与大小与13C 核所处的化学环境核所处的化学环境（周围电子云密度）有关（周围电子云密度）有关 用于用于13C 核类型的推断核类型的推断 ( δC ppm ) 150~220( c=o) 200 150 100 50 0 c=c Ar 50~80 (c-o) 饱和碳原子（饱和碳原子（0~60）） 主要结构主要结构13C 核核δC的大致范围的大致范围电子轰击质谱（电子轰击质谱（EI-MS）：目前常用。

目前常用但对于热敏成分及难于气化的成分但对于热敏成分及难于气化的成分（醇、糖苷、部分羧酸等）（醇、糖苷、部分羧酸等）大分子物质（多糖、肽类）难以气化大分子物质（多糖、肽类）难以气化 测不到分子离子峰测不到分子离子峰亦无法测得分子量亦无法测得分子量 解决措施解决措施 质谱质谱（（MASS））电离新方法电离新方法 （样品不必加热（样品不必加热气化而直接电离）气化而直接电离） 化合物乙酰化或三甲基化合物乙酰化或三甲基硅烷化（硅烷化（TMS化）化）制成热稳定性好的挥发制成热稳定性好的挥发性衍生物进行测定性衍生物进行测定 (2)场解析质谱场解析质谱 FD-MS(3)快原子轰击质谱快原子轰击质谱 FAB-MS(4)化学电离质谱化学电离质谱 CI-MS(5)电喷雾电离质谱电喷雾电离质谱 ESI-MS(6)基质辅助激光解吸电离质谱基质辅助激光解吸电离质谱 ( MALDI-MS )(7)场致电离场致电离 (FI-MS)(8)串联质谱（串联质谱（MS-MS））质谱在综合光谱解析中的作用质谱在综合光谱解析中的作用¹ 质质谱谱(MS) 主主主主要要要要用用用用于于于于确确确确定定定定化化化化合合合合物物物物的的的的分分分分子子子子量量量量、、、、分分分分子式。

子式¹质质谱谱图图上上的的碎碎片片峰峰可可以以提提供供一一级级结结构构信信息息对对于于一一些些特特征征性性很很强强的的碎碎片片离离子子，，如如烷烷基基取取代代苯苯的的m/z 91的的苯苯甲甲离离子子及及含含γ氢氢的的酮酮、、酸酸、、酯酯的的麦麦氏氏重重排排离离子子等等，，由由质质谱谱即即可可认认定定某某些些结结构构的的存存在¹质质谱谱的的另另一一个个主主要要功功能能是是作作为为综综合合光光谱谱解解析析后后，，验证所推测的未知物结构的正确性验证所推测的未知物结构的正确性验证所推测的未知物结构的正确性验证所推测的未知物结构的正确性。