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1、天然药物化学天然药物化学 Chemistry of Natural Medicines 卫生部规划教材卫生部规划教材 Chemistry of Natural Products 第一章 总总 论论 （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 化合物纯度的鉴定化合物纯度的鉴定 1. 测熔点测熔点: 看熔程看熔程 2. 外观结晶色泽与形状外观结晶色泽与形状: 均一性均一性 3. 色谱法色谱法: TLC 三种组成不同的溶剂系统三种组成不同的溶剂系统, 单一斑点单一
2、斑点 （有效（有效Rf值）值） HPLC 单一峰单一峰 GC 单一峰单一峰 4. 核磁法核磁法第四节第四节 结构研究方法结构研究方法第四节第四节 结构研究方法结构研究方法二、已知化合物鉴定二、已知化合物鉴定二、已知化合物鉴定二、已知化合物鉴定 1. 有标准品有标准品(或对照品或对照品): Co-TLC (共薄层共薄层) 测混合熔点测混合熔点(相同溶剂结晶相同溶剂结晶); 测测IR (考察是否重叠）考察是否重叠） 2. 无标准品无标准品: 与文献值对照与文献值对照(相同的溶剂条件下：相同的溶剂条件下：mp, IR, UV, 1H-NMR, 13C-NMR等等)。三、结构研究的主要程序和采用的方法
3、三、结构研究的主要程序和采用的方法 初步推断初步推断化合物结构类型化合物结构类型测定分子式测定分子式计算不饱和度计算不饱和度确定官能团、结构确定官能团、结构片段或基本骨架片段或基本骨架推断并确定分子的推断并确定分子的平面结构平面结构推定分子的立体推定分子的立体结构（构型、构象）结构（构型、构象）观察色谱行为；测定理化常数；结合文献调研观察色谱行为；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；计算不饱和度；官能团定性定量分析；测定谱学数据测定谱学数据综合解析谱学数据及官能团定性、定量分析结综合解析谱学数据及官能团定性、定
4、量分析结果；与已知化合物进行比较或化学沟通；结合果；与已知化合物进行比较或化学沟通；结合文献调研文献调研CD、ORD、NOE、2D NMR、X-单晶衍射、人工合成单晶衍射、人工合成程序程序方法方法第四节第四节 结构研究方法结构研究方法四、结构测定中采用的主要方法四、结构测定中采用的主要方法 1.确定分子式，计算不饱和度确定分子式，计算不饱和度 主要方法：高分辨质谱（主要方法：高分辨质谱（HR-MS），给出化合物分子式。），给出化合物分子式。 计算不饱和度公式：计算不饱和度公式：u= -/2+/2+1为一价原子为一价原子为三价原子为三价原子为四价原子为四价原子第四节第四节 结构研究方法结构研究方
5、法2.质谱质谱(Mass spectra MS)为结构解析提供的信息为结构解析提供的信息 给出分子量给出分子量(M+), 给出基团或片段信息给出基团或片段信息, HR-MS可计算分子可计算分子式式; 常见质谱类型和特点常见质谱类型和特点 常见质谱类型、特点和适用范围常见质谱类型、特点和适用范围质谱类型质谱类型特点和适用范围特点和适用范围EI-MS（电子轰击质谱）电子轰击质谱）热不稳定或难于气化的不适用，如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醇、糖苷部分羧酸不能给出分子离子峰。子峰。ESI-MS（电喷雾电离质谱）（电喷雾电离质谱）适用于对热不稳定、极性大、难于适用于对热不
6、稳定、极性大、难于挥发的化合物及一些生物大分子化挥发的化合物及一些生物大分子化合物的测定，如糖苷合物的测定，如糖苷,肽肽,核酸类，核酸类，氨基酸类，抗生素类等氨基酸类，抗生素类等,可确定分可确定分子量。子量。FAB-MS（快速原子轰击电离质谱（快速原子轰击电离质谱 ）FD-MS（场解析电离质谱）（场解析电离质谱）FI-MS（场致电离质谱）（场致电离质谱）HR-MS（高分辨质谱）（高分辨质谱）用于确定精确分子量用于确定精确分子量FABMSHR-FABMS1257 M-H- 1125 M-H-132- 993 M-H-2132- 963 M-H-132-162- 1281.5886 M+Na+ c
7、alcd. 1281.5880 for C61H94O27Na第四节第四节 结构研究方法结构研究方法四、结构测定中采用的主要方法四、结构测定中采用的主要方法 3.紫外光谱紫外光谱(Ultraviolet spectra UV) 为结构解析提供的信息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（如香用于判断结构中的共轭系统、结构骨架（如香豆素、黄酮）豆素、黄酮） UV谱一致，不一定是一个化合物谱一致，不一定是一个化合物。 应用：应用：确定平面的确定平面的结构骨架结构骨架，立体结构的构型、，立体结构的构型、构象。构象。第四节第四节 结构研究方法结构研究方法几个不同结构黄酮类化合物紫外光
8、谱几个不同结构黄酮类化合物紫外光谱第四节第四节 结构研究方法结构研究方法4. 红外光谱红外光谱(Infrared spectra IR) 为结构解析提供的信息为结构解析提供的信息 提供各种官能团的信息提供各种官能团的信息 八大区（复习）八大区（复习） 如：芳香环如：芳香环: 1600-1480cm-1， OH: 3000 cm-1, C=O : 1700 cm-1. IR相同者为同一化合物相同者为同一化合物.茶皂苷的茶皂苷的IR光谱光谱第四节第四节 结构研究方法结构研究方法为结构解析提供的信息为结构解析提供的信息 化学位移化学位移: (用于判断用于判断H的化学环境的化学环境 chemical
9、shift); 偶合常数偶合常数: J (Hz) 用于判断用于判断H与与H的关系的关系 coupling constant) 积分强度积分强度(峰面积峰面积): 确定确定H的数目的数目.5. 核磁共振谱（核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.1 质子谱（质子谱（1H-NMR）J8.0Hz 存在偶合存在偶合化学位移数值化学位移数值计算得偶合常数计算得偶合常数积分面积表示氢数积分面积表示氢数第四节第四节 结构研究方法结构研究方法常见基团的化学位移常见基团的化学位移 值值:常见基团常见基团 1-12一般来说一般来说 烯氢（烯氢（sp2） 炔氢（炔氢（sp）
10、烷氢烷氢 （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与与ArOCH3 ：3.7-4.05. 核磁共振谱（核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.1 质子谱（质子谱（1H-NMR）第四节第四节 结构研究方法结构研究方法影响化学位移因素影响化学位移因素 化学位移值与化学位移值与电子云密度电子云密度有关。电子云密度有关。电子云密度降低降低,去屏蔽作用增强去屏蔽作用增强,向向低场位移低场位移, 增大增大。 1）诱导效应）
11、诱导效应 2）共轭效应）共轭效应 3）磁各向异性效应）磁各向异性效应 4）氢键缔合）氢键缔合 5）范德华效应）范德华效应4. 核磁共振谱（核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 4.1 质子谱（质子谱（1H-NMR）影响化学位移因素影响化学位移因素1）诱导效应（）诱导效应（inductive effect） O-CH3 N-CH3 C-CH3电负性电负性 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
12、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诱导效应随着链增长而减弱2) 共轭效应（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。使质吸电效应与供电效应谁占优势，谁的作用突出。使质子向相应的地方移动子向相应的地方移动 -I -I C C C-I -I C C-I -I C Ar-H C=CH CCH CH H处于负屏蔽区处于负屏蔽区 H处于正屏处于正屏蔽区蔽区4）氢键效应（）氢键效应（effective of hydrogen bond） 大部
13、分大部分氢键形成氢键形成低场位移低场位移 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。度、温度有关）有关。氢键效应对化学位移的影响氢键效应对化学位移的影响第四节第四节 结构研究方法结构研究方法5. 核磁共振谱（核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.1 质子谱（质子谱（1H-NMR）.偶合常数偶合常数(J) a.偶合裂分是由原子核引起的偶合裂分是由原子核引起的,一般通过化学键传递一般通过化学键传递; b.相互偶合的相互偶合的H核其核其J值相同值相同; c.一级图谱峰的裂分遵循一级图谱峰的
14、裂分遵循n+1规律规律; d.归属归属H核核,判断排列情况判断排列情况.l偶合分类偶合分类 偕偶偕偶(Jgem)又为同碳偶合；邻偶；远程偶合又为同碳偶合；邻偶；远程偶合以苯环为例：以苯环为例：偶合分类偶合分类Ha和和Hb:邻位偶合邻位偶合Jo =6-9HzHa和和Hc:间位间位偶合偶合Jm =1-3HzHa和和Hd:对位偶合对位偶合Jp =0-1Hz5. 核磁共振谱（核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.2 碳谱（碳谱（13C-NMR）为结构解析提供的信息为结构解析提供的信息化学位移：碳处的化学环境化学位移：碳处的化学环境峰高或峰面积峰高或峰面积: :
15、与碳的个数成比例，与碳的种类（伯、仲与碳的个数成比例，与碳的种类（伯、仲 叔、季）有关。叔、季）有关。碳信号的裂分碳信号的裂分: :因因13C自然界丰度比为自然界丰度比为1.1%，13C相连机相连机 遇极小，偶合小，埋在噪音中，遇极小，偶合小，埋在噪音中，J几乎观几乎观 察不到。而异核偶合较为明显（察不到。而异核偶合较为明显（JCH）.第四节第四节 结构研究方法结构研究方法茶黄酮的茶黄酮的13C NMR光谱光谱5. 核磁共振谱（核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.2 碳谱（碳谱（13C-NMR）常见一些基团的化学位移常见一些基团的化学位移 值值: 脂
16、肪脂肪C: sp sp3 100-200 70-130 10-100B 取代基不同导致电子云密度不同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；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。电子云密度越大，则化学位移越小。影响化学位移的因素影响化学位移的因素: B 取代基不同导致电子云密度不同取代基不同导致电子云密度不同简单的取代基位移规律简单的取代基位移规律 C-Me取代位移取代位移 C-OH取代位移取代位移 O-Me取代位移取代位移影响化学位移的因素影响化学位移的因素:
17、 B 取代基不同导致电子云密度不同取代基不同导致电子云密度不同简单的取代基位移规律简单的取代基位移规律 苯环上的取代基位移苯环上的取代基位移 酰基取代位移酰基取代位移 (脂肪链和芳香环上相反脂肪链和芳香环上相反) 影响化学位移的因素影响化学位移的因素:C -效应效应 较大基团对较大基团对位碳上的氢通过空间有一种挤压作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，用，使电子云偏向碳原子，碳化学位移向高场移动，称为称为-效应。在这种效应中效应。在这种效应中-顺式要比顺式要比-反式产生反式产生的效应大得多。的效应大得多。顺式顺式2-丁烯两个甲基的化学位丁烯两个甲基的化学
18、位移比反式移比反式2-丁烯甲基化学位移丁烯甲基化学位移值小值小5个单位个单位D 共轭效应：共轭效应：R供电供电，迫位向，迫位向低场低场位移，邻、对位高位移，邻、对位高场位移，间位略向低场位移场位移，间位略向低场位移R吸电吸电，迫位向，迫位向高场高场位移，邻、对位低位移，邻、对位低场位移，间位略向高场位移场位移，间位略向高场位移E 分子内部作用：分子内部作用： 氢键作用氢键作用 偶极偶极-偶极作用偶极作用分子内氢键使羰基分子内氢键使羰基的化学位移值增加的化学位移值增加5. 核磁共振谱（核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.2 碳谱（碳谱（13C-NMR）
19、第四节第四节 结构研究方法结构研究方法 a 全氢去偶谱全氢去偶谱(COM)或或噪音去偶谱噪音去偶谱(PND)或或质子宽带去偶质子宽带去偶谱谱(BBD) 特点特点: 图谱简化图谱简化, 所有信号均呈单峰所有信号均呈单峰. b 偏共振去偶谱偏共振去偶谱(OFR) 特点特点: 由于部分保留由于部分保留1H的偶合影响的偶合影响,可识别伯、仲、叔、可识别伯、仲、叔、季碳。季碳。 CH3, q， CH2, t， CH, d， C, s。 常见的常见的13C-NMR谱的类型谱的类型BBD5. 核磁共振谱（核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.2 碳谱（碳谱（13C-
20、NMR）第四节第四节 结构研究方法结构研究方法.常见的常见的13C-NMR谱的类型谱的类型 c. DEPT谱谱 特点：特点：不同类型不同类型13C信号呈单峰分别朝上或向下信号呈单峰分别朝上或向下, 可识别可识别CH3，CH2，CH，C. 脉冲宽度脉冲宽度 =135CH3, CH , CH2 （常用常用） =90CH , =45CH3, CH2 , CH , 季碳不出现季碳不出现DEPT谱谱135 =135CH3, CH , CH2 90CH 5. 核磁共振谱（核磁共振谱（Nuclear magnetic resonance NMR） 5.3 常见二维谱类型常见二维谱类型第四节第四节 结构研究方
21、法结构研究方法1H-1H COSY(相互偶合的氢核给出交叉峰相互偶合的氢核给出交叉峰)NOESY(空间相近的氢核的关系空间相近的氢核的关系)HMQC(13C-1H COSY) 13C,1H 直接相关谱直接相关谱1JCHHMBC(远程远程13C-1H COSY) 13C,1H 远程相关谱远程相关谱 2JCH, 3JCH第四节第四节 结构研究方法结构研究方法6. 旋光谱和圆二色散光谱（旋光谱和圆二色散光谱（ORD and CD）(Optical Rotatory Dispersion and Circular Dichroism) 旋光谱旋光谱(ORD)和圆二色谱和圆二色谱(CD,需对紫外可见光有
22、吸收需对紫外可见光有吸收)在解在解决决手性中心手性中心附近有附近有生色团生色团(含通过化学转换可变成生色团的化合含通过化学转换可变成生色团的化合物，如物，如-OH、C=O)的化合物的的化合物的绝对构型或优势构象绝对构型或优势构象的方面应用。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。率
23、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旋光性：非对称的有机化合物分子能使平面偏振光的偏振：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。面发生旋转，称为旋光性。圆二色性圆二色性：非对称有机化合物分子对组成平面偏振光的左：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。性。第四节第四节 结构研究方法结构研究方法 在不同波长下测定物质的比旋度，以比旋度为纵坐标，在不同波长下测定物质的比旋度，以比旋度为纵坐标
24、，波长为横坐标做图，该图称为波长为横坐标做图，该图称为ORD谱。谱。ORD谱的分类谱的分类 (1). 平坦谱线平坦谱线 无峰无谷，有旋光性，但手性中无峰无谷，有旋光性，但手性中心附近无生色团。心附近无生色团。 正平坦曲线正平坦曲线: 随波长短移比旋度增大随波长短移比旋度增大负平坦曲线负平坦曲线: 随波长短移比旋度减小随波长短移比旋度减小ORD谱简介谱简介第四节第四节 结构研究方法结构研究方法 (2). 单纯单纯Cotton曲线曲线 有峰有谷，手性中心附近有生色团。有峰有谷，手性中心附近有生色团。正正Cotton曲线曲线: 长波长波 短波，先峰后谷短波，先峰后谷负负Cotton曲线曲线: 长波长
25、波 短波，先谷后峰短波，先谷后峰 (3). 复合复合Cotton曲线曲线 有几个峰和几个谷。有几个峰和几个谷。第四节第四节 结构研究方法结构研究方法结构与结构与ORD谱的关系谱的关系 结构与结构与ORD的关系已总结了许多规律，现只介绍应用最的关系已总结了许多规律，现只介绍应用最广泛也是最古老的一个规律八区律广泛也是最古老的一个规律八区律(octant rule)。 (1). 平面分割法平面分割法 用三个相互垂直的平面用三个相互垂直的平面a、b、c分割成八个区域，以分割成八个区域，以c平面为界，平面前称平面为界，平面前称“前区前区”， 平面后称平面后称“后区后区”。 每个区又可分为上下左右四个分
26、每个区又可分为上下左右四个分区，各区旋光分担如图所示。区，各区旋光分担如图所示。+ a). C4的的a和和e，C2和和C6的的e键取代基均无贡献。键取代基均无贡献。 b). C5的的a和和e，C2的的a键取代基均为正贡献。键取代基均为正贡献。 c). C3的的a和和e，C6的的a键取代基均为负贡献。键取代基均为负贡献。 d). 旋光贡献具有加和性。旋光贡献具有加和性。 e). 距离羰基越远，贡献越小。距离羰基越远，贡献越小。 f). 集团越大，贡献越大。集团越大，贡献越大。 (2).投影法投影法 环己酮各原子主要落在环己酮各原子主要落在c平面平面“后区后区”，为判断旋光，为判断旋光分担方便起见
27、采用投影法。分担方便起见采用投影法。 (+)ORD谱的应用谱的应用 (1). 优势构象的确定优势构象的确定 经测定右旋异薄荷酮为负经测定右旋异薄荷酮为负Cotton曲线，请根据曲线，请根据ORD谱谱确定优势构象。确定优势构象。 （5）-（4）-（3） （6）-（1）-（2） （5）-（4）-（3） （6）-（1）-（2）负负Cotton曲线曲线正正Cotton曲线曲线平面平面 椅式椅式 八区律要求的八区律要求的椅式椅式ORD谱的应用谱的应用 (2). 绝对构型的确定绝对构型的确定 某化合物为某化合物为3-OH, 3-十九烷基环己酮，经测定十九烷基环己酮，经测定 ORD为正为正Cotton曲线，
28、请根据曲线，请根据ORD谱确定绝对构型。谱确定绝对构型。 a). 先写出先写出R构型和构型和S构型的结构式。构型的结构式。 b). 写出优势构象式写出优势构象式(十九烷基为大集团应在十九烷基为大集团应在e键上键上)。 c). 转换成八区律要求的椅式构象式或投影式。转换成八区律要求的椅式构象式或投影式。 d). 根据八区律确定绝对构型。根据八区律确定绝对构型。负负Cotton曲线曲线R型型S型型故该化合物为故该化合物为S构型构型第四节第四节 结构研究方法结构研究方法CD谱简介谱简介 当分子中具有生色团时，手性分子对左旋圆偏振光和当分子中具有生色团时，手性分子对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的吸收是不
29、同的，即右旋圆偏振光的吸收是不同的，即 L = R。当再合成平面当再合成平面偏振光时就变成椭圆的。以偏振光时就变成椭圆的。以或摩尔椭圆度或摩尔椭圆度 为纵坐标为纵坐标,以波长为横坐标做图就得圆二色谱。以波长为横坐标做图就得圆二色谱。 = 3300 圆二色谱也有正圆二色谱也有正Cotton效应曲线和负效应曲线和负Cotton效应效应曲线曲线,峰形向下的为负，峰形向上的为正。峰形向下的为负，峰形向上的为正。圆二色谱与旋光谱的关系圆二色谱与旋光谱的关系 (1).一个复杂的化合物，并不一定其所有的吸收峰都呈一个复杂的化合物，并不一定其所有的吸收峰都呈现光学活性负担现光学活性负担(如如III带带)。 (2).CD谱能很明确的表现出吸收带的圆二色性谱能很明确的表现出吸收带的圆二色性(如如I带和带和II带带)。 (3). 由于旋光性的叠加由于旋光性的叠加ORD不如不如CD谱明确。谱明确。The End
