天然产物化学全套 - 结构研究法

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1、天然药物化学 Chemistry of Natural Medicines 卫生部规划教材 Chemistry of Natural Products 第一章第一章 总 论 （Generation） 本本 章章 内内 容容 第一节第一节 绪论绪论 第二节第二节 生物合成生物合成 第三节第三节 提取分离方法提取分离方法 第四节第四节 结构研究方法结构研究方法 一一 化合物纯度的鉴定 1. 测熔点: 看熔程 2. 外观结晶色泽与形状: 均一性 3. 色谱法: TLC 三种组成不同的溶剂系统, 单一斑点 （有效Rf值） HPLC 单一峰 GC 单一峰 4. 核磁法 第四节 结构研究方法 第四节 结构

2、研究方法 二、已知化合物鉴定二、已知化合物鉴定 1. 有标准品(或对照品): Co-TLC (共薄层) 测混合熔点(相同溶剂结晶); 测IR (考察是否重叠） 2. 无标准品: 与文献值对照(相同的溶剂条件下：mp, IR, UV, 1H-NMR, 13C-NMR等)。 三、结构研究的主要程序和采用的方法 初步推断 化合物结构类型 测定分子式 计算不饱和度 确定官能团、结构 片段或基本骨架 推断并确定分子的 平面结构 推定分子的立体 结构（构型、构象） 观察色谱行为；测定理化常数；结合文献调研 元素分析；同位素丰度比法；质谱 计算不饱和度；官能团定性定量分析； 测定谱学数据 综合解析谱学数据及

3、官能团定性、定量分析结 果；与已知化合物进行比较或化学沟通；结合 文献调研 CD、ORD、NOE、2D NMR、 X-单晶衍射、人工合成 程序 方法 第四节 结构研究方法 四、结构测定中采用的主要方法 1.确定分子式，计算不饱和度 主要方法：高分辨质谱（HR-MS），给出化合物分子式。 计算不饱和度公式： u= -/2+/2+1 为一价原子 为三价原子 为四价原子 第四节 结构研究方法 2.质谱(Mass spectra MS) 为结构解析提供的信息 给出分子量(M+), 给出基团或片段信息, HR-MS可计算分子 式; 常见质谱类型和特点 常见质谱类型、特点和适用范围 质谱类型特点和适用范围

4、 EI-MS（电子轰击质谱） 热不稳定或难于气化的不适用，如 醇、糖苷部分羧酸不能给出分子离 子峰。 ESI-MS（电喷雾电离质谱） 适用于对热不稳定、极性大、难于 挥发的化合物及一些生物大分子化 合物的测定，如糖苷,肽,核酸类， 氨基酸类，抗生素类等,可确定分 子量。 FAB-MS （快速原子轰击电离质谱 ） FD-MS（场解析电离质谱） FI-MS（场致电离质谱） HR-MS（高分辨质谱）用于确定精确分子量 FABMS HR-FABMS 1257 M-H- 1125 M-H-132- 993 M-H-2132- 963 M-H-132-162- 1281.5886 M+Na+ calcd.

5、 1281.5880 for C61H94O27Na 第四节 结构研究方法 四、结构测定中采用的主要方法 3.紫外光谱(Ultraviolet spectra UV) 为结构解析提供的信息 用于判断结构中的共轭系统、结构骨架（如香 豆素、黄酮） UV谱一致，不一定是一个化合物。 应用：确定平面的结构骨架，立体结构的构型、 构象。 第四节 结构研究方法 几个不同结构黄酮类化合物紫外光谱 第四节 结构研究方法 4. 红外光谱(Infrared spectra IR) 为结构解析提供的信息 提供各种官能团的信息 八大区（复习） 如：芳香环: 1600-1480cm-1， OH: 3000 cm-1,

6、 C=O : 1700 cm-1. IR相同者为同一化合物. 茶皂苷的IR光谱 第四节 结构研究方法 为结构解析提供的信息 化学位移: (用于判断H的化学环境 chemical shift); 偶合常数: J (Hz) 用于判断H与H的关系 coupling constant) 积分强度(峰面积): 确定H的数目. 5. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.1 质子谱（1H-NMR） J8.0Hz 存在偶合 化学位移数值 计算得偶合常数 积分面积表示氢数 第四节 结构研究方法 常见基团的化学位移值: 常见基团 1-12 一般来说 烯氢（sp2） 炔氢

7、（sp） 烷氢 （sp3） Ar-H ：6-8, -CHO ：9-10 -CH3 ：1-2, C=C-CH3, COCH3, ArCH3 ：1.9-2.5 -OCH3 ：3.5-4.0, -COOCH3与ArOCH3 ：3.7-4.0 5. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.1 质子谱（1H-NMR） 第四节 结构研究方法 影响化学位移因素 化学位移值与电子云密度有关。电子云密度降低, 去屏蔽作用增强,向低场位移, 增大。 1）诱导效应 2）共轭效应 3）磁各向异性效应 4）氢键缔合 5）范德华效应 4. 核磁共振谱（Nuclear magneti

8、c resonance NMR） 4.1 质子谱（1H-NMR） 影响化学位移因素 1）诱导效应（inductive effect） O-CH3 N-CH3 C-CH3 电负性 3.5 3.0 2.5 3.24-4.02 2.12-3.10 0.71-1.88 CH3Br CH3CH2Br CH3CH2CH2Br 2.60 1.66 1.04 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 3.05 5.33 7.24 取代基电负性越强，质子化学位移向低场移动幅度越大 诱导效应随着链增长而减弱 2) 共轭效应（conjugative effect ） 吸电效应与供电效应谁占优势，谁的作用突出。使质 子向

9、相应的地方移动 -I -I C C -I -I C C -I -I C=CH CCH CH H处于负屏蔽区 H处于正屏蔽区 4）氢键效应（effective of hydrogen bond） 大部分氢键形成低场位移 氢键效应对化学位移的影响与氢键强弱（与溶液的浓 度、温度有关）有关。 氢键效应对化学位移的影响 第四节 结构研究方法 5. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.1 质子谱（1H-NMR） .偶合常数(J) a.偶合裂分是由原子核引起的,一般通过化学键传递; b.相互偶合的H核其J值相同; c.一级图谱峰的裂分遵循n+1规律; d.归属H

10、核,判断排列情况. l偶合分类 偕偶(Jgem)又为同碳偶合；邻偶；远程偶合 以苯环为例： 偶合分类 Ha和Hb:邻位偶合Jo =6-9Hz Ha和Hc:间位偶合Jm =1-3Hz Ha和Hd:对位偶合Jp =0-1Hz 5. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.2 碳谱（13C-NMR） 为结构解析提供的信息 化学位移：碳处的化学环境 峰高或峰面积:与碳的个数成比例，与碳的种类（伯、仲 叔、季）有关。 碳信号的裂分:因13C自然界丰度比为1.1%，13C相连机 遇极小，偶合小，埋在噪音中，J几乎观 察不到。而异核偶合较为明显（JCH）. 第四节 结

11、构研究方法 茶黄酮的13C NMR光谱 5. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.2 碳谱（13C-NMR） 常见一些基团的化学位移值: 脂肪C: sp sp3 100-200 70-130 10-100 B 取代基不同导致电子云密度不同 (键结合方式；电子流向电负性强方向移动 ) 一般电子云密度越小，化学位移越大； 电子云密度越大，则化学位移越小。 影响化学位移的因素: B 取代基不同导致电子云密度不同 简单的取代基位移规律 C-Me取代位移 C-OH取代位移 O-Me取代位移 影响化学位移的因素: B 取代基不同导致电子云密度不同 简单的取代基位

12、移规律 苯环上的取代基位移 酰基取代位移 (脂肪链和芳香环上相反) 影响化学位移的因素: C -效应 较大基团对位碳上的氢通过空间有一种挤压作 用，使电子云偏向碳原子，碳化学位移向高场移动 ，称为-效应。在这种效应中-顺式要比-反式产 生的效应大得多。 顺式2-丁烯两个甲基的化学位 移比反式2-丁烯甲基化学位移 值小5个单位 D 共轭效应： R供电，迫位向低场位移，邻、对位高 场位移，间位略向低场位移 R吸电，迫位向高场位移，邻、对位低 场位移，间位略向高场位移 E 分子内部作用： 氢键作用 偶极-偶极作用 分子内氢键使羰基 的化学位移值增加 5. 核磁共振谱（Nuclear magnetic

13、 resonance NMR） 5.2 碳谱（13C-NMR） 第四节 结构研究方法 a 全氢去偶谱(COM)或噪音去偶谱(PND)或质子宽带去偶 谱(BBD) 特点: 图谱简化, 所有信号均呈单峰. b 偏共振去偶谱(OFR) 特点: 由于部分保留1H的偶合影响,可识别伯、仲、叔 、季碳。 CH3, q， CH2, t， CH, d， C, s。 常见的13C-NMR谱的类型 BBD 5. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR ） 5.2 碳谱（13C-NMR） 第四节 结构研究方法 .常见的13C-NMR谱的类型 c. DEPT谱 特点：不同类型13C信

14、号呈单峰分别朝上或向下, 可识别CH3，CH2，CH，C. 脉冲宽度 =135CH3, CH , CH2 （常用） =90CH , =45CH3, CH2 , CH , 季碳不出现 DEPT谱 135 =135CH3, CH , CH2 90 CH 5. 核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.3 常见二维谱类型 第四节 结构研究方法 1H-1H COSY(相互偶合的氢核给出交叉峰) NOESY(空间相近的氢核的关系) HMQC(13C-1H COSY) 13C,1H 直接相关谱1JCH HMBC(远程13C-1H COSY) 13C,1H 远程相关谱

15、2JCH, 3JCH 第四节 结构研究方法 6. 旋光谱和圆二色散光谱（ORD and CD） (Optical Rotatory Dispersion and Circular Dichroism) 旋光谱(ORD)和圆二色谱(CD,需对紫外可见光有吸收)在解 决手性中心附近有生色团(含通过化学转换可变成生色团的化合 物，如-OH、C=O)的化合物的绝对构型或优势构象的方面应用 。 当平面偏振光通过手性中心时，左旋圆偏光和右旋圆偏光的 折射率、传播速度不同，当再合成平面偏振光时，偏振面就发 生了旋转，这就是产生旋光的光学原理。随着波长变短，折射 率差值增大，比旋度增大。 平面偏振光在非旋光性和旋光性物质中传播的图解 旋光性：非对称的有机化合物分子能使平面偏振光的偏振 面发生旋转，称为旋光性。 圆二色性：非对称有机化合物分子对组成平面偏振光的左 旋和右旋偏振光的吸收系数不相等，这种性质成为圆二色 性。 第四节 结构研究方法 在不同波长下测定物质的比旋度，以比旋度为纵坐标 ，波长为横坐标做图，该图称为ORD谱。 ORD谱的分类 (1). 平坦谱线 无峰无谷，有旋光性，但手性中 心附近无生色团。 正平坦曲线: 随波长短移比旋度增大 负平坦