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1、有机化合物波谱解析,1,天然药物化学教研室,邱 峰,2013年11月,2,课程安排,授课：1）单糖及其构型的确定。2）综合解析的研究思路和举例讲解。研究生结构解析实践：1）结合课题组研究获得的新化合物，测试UV、IR、1H-NMR、 13C-NMR及2D-NMR并通过解析确定化合物的平面结构，天然来源的化学成分最好能确定立体结构。3）具体讲解时间（第二次课开始）：随机抽取讲解人，在解析过程讲解完后，老师点评，并考核相关基础知识。,3,单糖及其构型的鉴定,单糖的绝对构型和相对构型,单糖结构的表示方法,单糖及其构型的确定,4,以D-葡萄糖（D-glucose）为例：,Fischer投影式,Hawo
2、rth式,Haworth简式,优势构象式,一、单糖结构的表示方法,5,CHO,OH,H,CH2OH,CHO,CH2OH,H,OH,C,1、糖链碳原子投影在一条上下排列的直线上；,甘油醛,2、氧化度高的基团要排列在上端；,3、取代基基团排列在左右两侧；,4、横、竖两条直线的交叉点代表手性碳原子；,5、排在横线上的基团，表示其在平面的上方,6、排在竖线上的基团，表示其在平面的下方,1. 单糖的Fischer式,6,单糖在水溶液中形成半缩醛环状结构，即成呋喃糖和吡喃糖。,五元氧环称呋喃型糖六元氧环称吡喃型糖,2. 单糖的Haworth式,7,Fischer投影式与Haworth 式的转化 以D-葡萄
3、糖（D-glucose)为例:,8,呋喃型糖:五元氧环,信封式吡喃型糖:椅式构象为优势构象(C1, 1C式),3. 单糖的构象式,9,1. 绝对构型（D / L 构型法）：,dexter,laevus,甘油醛,甘油醛,D-,L-,最早是用来标记甘油醛的立体结构,二、单糖的绝对构型和相对构型,10,Fischer投影式 :最后一个手性中心上的OH：在右侧为D型糖, 在左侧为L型糖。,D-,L-,11,糖的C1位形成差向异构体 C1-OH与最后一个手性中心上的OH,在同侧为 构型, 在异侧为 构型；,+,2. 相对构型（，构型）,12,3. 绝对构型与相对构型的关系,D/L, / ,末端手性碳上羟
4、基,末端手性碳上羟基与端基碳上羟基的相对关系,绝对构型,相对构型,描述的位置：,描述的方式：,两种方法：,13,葡萄糖,L-,吡喃,-,六元环,形成氧环的大小： 五元-呋喃，六元吡喃,末端手性碳取代羟基取向： 左-L型，右-D型,端基碳上羟基的相对位置： 与末端手性碳-OH 同侧- - 异侧- -,14,1) 五碳醛糖和六碳酮糖构成的吡喃糖：在二者吡喃型Haworth式，因原结构中C4和C5-OH不参与成环，故可直接根据其位置判断构型。五碳糖的C4或六碳酮糖的C5-OH处于环上者为L构型；环下者为D构型。 C1-OH与C4 或C5-OH处于同侧为 ，异侧为。,(2) Haworth式中，构型的
5、判定：,15,(2) Haworth式中，构型的判定：2)五碳呋喃碳、六碳醛糖或甲基五碳醛糖构成的吡喃糖：C4（C5）上的取代基：向上为D型，向下为L型。,D- L-,C1-OH与C4（C5）上取代基之间的关系： 同侧为，异侧为。,16,(2) Haworth式中，构型的判定：,3) 六碳醛糖或甲基五碳糖构成的呋喃糖： 因C5、C6部分成为环外侧链，由于对于5位羟基的写法并无约定俗成的规定，因此，无法通过Haworth式判断它们的绝对构型及相对构型。,17,D型糖,L型糖,规律1：D型葡萄糖采取C1式更稳定，L型葡萄糖采取1C式。,规律2：b-构型葡萄糖的端基OH总是处于平伏键。,以DL-葡萄
6、糖为例总结：,18,必须记住的几种常见单糖：,19,（一）糖的1H-NMR1.化学位移：糖端基质子： 4.3-6.0C6-CH3（鼠李糖）: 1.0(3H,d,J=6Hz),其它碳上质子: 3.2-4.2,2.偶合常数: J1,2判断苷键构型,吡喃型糖C1式(1C式)苷键为-D ( -L型), 当端基质子和C2-H为竖键, J=6-8Hz;苷键为-D(-L)型, 端基质子为横键, J=2-4Hz.,三、糖的波谱特征,20,D-葡萄糖,可通过J值来判定端基碳构型,21,无法通过J值来判定,C1-HC2-H,都约为60o (双面角）,-L-鼠李糖 -L-鼠李糖,22,所以无法通过J值来判断构型,呋
7、喃型糖偶合常数变化不大,不能用端基质子偶合常数判断苷键构型, -D-甘露糖 -D-甘露糖,C1-HC2-H,都约为60o (双面角）,23,偶合常数1JC1-H1:吡喃糖:(优势构象1C 或C1式),端基氢处于平伏键， 160-170Hz，多为-型苷键;端基氢处于直立键， 150-160Hz，多为-型苷键。上述规律可用于优势构象为C1或1C式糖苷键构型的判定。鼠李糖优势构象1C式, -L型, 160-170Hz, -L型150-160Hz；甘露糖优势构象C1式, -D型, 160-170Hz, -D型, 150-160Hz。,-L-鼠李糖苷,-D-甘露糖苷,24,(二) 糖的13C-NMR 1
8、. 化学位移及偶合常数端基碳： 95-105; CH-OH (C2、C3、C4) 7085 CH2-OH (C6) 62 左右 CH3 20,25,2.苷化位移(Glycosylation shift, GS) 定义：糖与苷元成苷后, 苷元的-C, -C和糖的端基碳的化学位移值发生了变化, 这种变化称苷化位移. 应用: 推测糖与苷元,糖与糖的连接位置, 苷元被苷化碳的绝对构型及碳氢信号归属.,26,苷元为环醇，若-C无烷基取代，与链状仲醇的苷化位移规律一致；有烷基取代，苷化位移与苷元位及糖的端基碳手性有关。,苷元位及糖的端基碳构型相同，-C向低场位移约6ppm，糖端基碳向低场位移4ppm左右。
9、,苷元位及糖的端基碳构型不同， -C向低场位移约10ppm，糖端基碳向低场位移7ppm左右。,27,四、糖的鉴定方法,TLC,HPLC,GC,单糖的鉴定方法,28,标准糖糖腈乙酸酯衍生物的制备,(1) 反应原理 单糖和盐酸羟胺在吡啶中经加热后，反应生成糖肟，糖肟与乙酸酐在加热条件下，继续反应生成具有挥发性的糖腈乙酸酯衍生物。反应式如下：,(一)糖腈乙酸酯衍生化及GC分析,（用于确定糖的种类）,29,(2) 实验方法 1 mg标准糖与5 mg盐酸羟胺均匀混合，加入0.4 ml的吡啶，90恒温水浴加热1小时，生成糖醇。反应物冷却至室温后，加入0.6 ml乙酸酐，90水浴加热1小时，即生成糖腈乙酸酯
10、衍生物溶液，所得样品即可用GC分析。,30,2. GC实验条件进样器温度：270进 样 量：1.0L分 流 比：10：1载 气：氦气柱 流 速：1.0ml/min色 谱 柱：DM-5（30mm），内径0.25mm，膜厚0.25m柱 温：160(2/min) 195(10/min,6min) 230(5min) 检 测 器：FID 280(氮气体积流量： 30 ml/min，氢气体积流量：40 ml/min空气体积流量： 3400ml/min）,31,3. 实验结果对标准糖D-半乳糖进行了检测，得到结果如下：,测试化合物,D-半乳糖标准品,32,（二）糖噻唑三甲基硅醚衍生化及GC分析,（确定糖的
11、种类及绝对构型）,反应原理 单糖和L-半胱氨酸甲酯盐酸盐在吡啶中加热反应生成2-（多羟基烃)-噻唑-4-羧酸甲酯，与三甲基硅烷咪唑在加热的条件下，继续反应生成相应的具有挥发性的三甲基硅醚化衍生物。,Duan and Qiu* et al. J. Nat. Prod. 2009, 72, 15791584,33,2. 实验方法,1mg 标准单糖加入1 mL 无水吡啶和2 mg L-半胱氨酸甲酯盐酸盐，混合均匀，60加热2 h, 反应产物吹干，干燥，加入0.2 mL三甲基硅烷咪唑， 60加热2 h后，将反应液转移至2 mL 水中，用等体积环己烷萃取三次，合并萃取液浓缩，制成单糖的糖噻唑三甲基硅醚衍
12、生物，取0.5mL 环己烷溶解，即可用于气相分析。,34,3. GC实验条件进样器温度：270进 样 量：1.0L分 流 比：10：1载 气：氦气柱 流 速：1.0ml/min色 谱 柱：HP-5（30mm），内径0.32mm，膜厚0.25m柱 温：160(4/min) 200(keep5min,10/min) 240(keep10min) 检 测 器：FID 280(氮气体积流量： 30 ml/min)氢气体积流量：40 ml/min空气体积流量： 3400ml/min）,35,36,由于芹糖是支链碳糖，在形成呋喃环的过程中，3位会成为不对称的碳原子，因此会形成以下四种形式的异构体：,-D-
13、erythro-,-D-erythro-, -L-threo-, -L-threo-,（三）芹糖构型的确定,37,日本学者Tadashi等人研究以上四种形式的呋喃糖甲苷的氢核磁共振性质，其中端基氢化学位移和偶合常数及端基碳化学位移如下所示：,当结构式2中所连的苷元不是甲醇而是空间结构比较大时，J 1，2会趋近1Hz，甚至二者之间不发生偶合而表现为单峰。,38,从芹菜中分离的得到含芹糖的化合物A，其端基氢信号位于5.35(1H,brs)，碳信号位于108.2，可以确定芹糖为-D-赤式或者-L-苏式中的一种，此时通过NOE效应来确定。,5.35 (1H,br s),108.2,化合物A的部分NMR信号,39,-D-erythro-,H-5,H-2,H-4 b,化合物A的NOESY部分相关,40,化合物结构：,Zhou and Qiu* et al. J. Nat. Prod. 2009, 72, 15631567,41,芹糖部分碳氢数据归属:,1H-NMR,13C-NMR,No.,
