波谱解析临床药学课件.pptx

1、1 当物质与辐射能相互作用时，物当物质与辐射能相互作用时，物质内部发生能级跃迁，利用由能级跃迁所产生质内部发生能级跃迁，利用由能级跃迁所产生的辐射强度随波长（或相应单位）的变化（即的辐射强度随波长（或相应单位）的变化（即光谱），进行定性定量和结构分析的方法。光谱），进行定性定量和结构分析的方法。绪绪 论论第2页/共55页绪论绪论第3页/共55页3第一章 紫外光谱第一节 吸收光谱的基础知识 电磁波：在空间传播的周期性变化的电磁场，无电磁波：在空间传播的周期性变化的电磁场，无线电波、光线、线电波、光线、X射线、射线、射线等都是波长不同的电射线等都是波长不同的电磁波，又称电波，电磁辐射。磁波，又称电

2、波，电磁辐射。光是电磁波或叫电磁辐射，具有波动性和微粒性光是电磁波或叫电磁辐射，具有波动性和微粒性的双重特性。的双重特性。第4页/共55页4与光的传播有关的现象宜用波动性来解释。与光的传播有关的现象宜用波动性来解释。c=1/式中式中 波长，在紫外波长，在紫外-可见光区常用纳米（可见光区常用纳米（nm）为单位，红外）为单位，红外 光区则多用微米（光区则多用微米（m）为单位；）为单位；频率，秒频率，秒-1（s-1）或赫兹（）或赫兹（Hz）；）；c光速，其值为光速，其值为31010 cm/s；波数，厘米波数，厘米-1（cm-1）；）；第5页/共55页5在讨论光与原子和分子相互作用时，可把光看成是一在

3、讨论光与原子和分子相互作用时，可把光看成是一种从光源射出的能量子流或者高速移动的粒子，这种能种从光源射出的能量子流或者高速移动的粒子，这种能量子也叫做光量子或光子。量子也叫做光量子或光子。光子能量（光子能量（E）与光的频率）与光的频率()成正比：成正比：E=h =h c/式中式中h为普朗克常数（为普朗克常数（6.6310-34Js）根据电磁波波长不同可分成如下几个区域：根据电磁波波长不同可分成如下几个区域：表表1-11-1电磁波的不同区域及应用波谱学分类电磁波的不同区域及应用波谱学分类100nm 200nm 400nm 800nm 2.5m 25m 400m25cm 1m第6页/共55页6E分

4、子分子=E平动平动E转动转动E振动振动E电子电子 E平动平动E转动转动E振动振动104强吸收强吸收 103弱吸收弱吸收 第8页/共55页（B:326nm;C:227nm)吸收峰max能量上不允许，跃迁几率低，如：*，*max 275nm（苯丙烯酸）如：苯甲酰基乙酰苯胺存在酮型(A)和烯醇型(B)互变现象苯环有发色团取代且与苯环共轭时，E2带与K带合并5）蓝（紫）移：由于取代作用或溶剂效应导致吸收峰向短波方向移动的现象。电子跃迁的类型及能量max 500015000 max 1200028000是以波长（nm）为横坐标，以吸光度A（或透光率T）为纵坐标所描绘的曲线。第一章 紫外光谱五元杂芳环按照

5、呋喃、吡咯、噻吩的顺序增强芳香性，其紫外吸第三节 不同类型化合物产生的电子跃迁类型线性系统，例如萘、蒽等。辐射能量能级差能级跃迁2）p-共轭：体系越大，助色基团的助色效应越强，使*跃迁红移。3）跨环效应：在环状体系，分子中两个非共轭生色团处于一定的空间位置，产生的光谱，既非两个生色团的加合，亦不同于二者共轭的光谱。能量 较*跃迁的小，孤立双键或叁键吸收一般在小于200nm的紫外区。处于基态的分子吸收一定能量的电磁波以后，由基态跃迁到较高能级（激发态）。max=204 nm(k=7900）E2带，强吸收，较重要；8第二节 紫外吸收光谱的基本知识 原子和分子中电子的运动状态用原子和分子中电子的运动

6、状态用“轨道轨道”来描述，来描述，是表示电子运动的概率分布。是表示电子运动的概率分布。反键轨道成键轨道第9页/共55页9ns sp p *s s*p p E电子能级和跃迁示意图第10页/共55页n*跃迁：在-CO-、-CHO、-COOH、-CONH2、-CN等基团中，不饱和键一端直接与具有未用电子对的杂原子相连，将产生n*跃迁。苯环上有一元取代基时，一般B带的精细结构消失，并且各谱带的max发生红移，max值通常增大。1）在200800nm区间无吸收峰，结构无共轭双键。吸收强度增加，有时B带会被E2带所淹没。E2带 200nm max=7000 强吸收原子和分子中电子的运动状态用“轨道”来描述

7、，是表示电子运动的概率分布。2）主要用于判断结构中的共轭系统、结构骨架（如香豆素、黄酮等）二、吸收光谱和能级跃迁3）助色团：含有非成键n电子的杂原子饱和基团，n跃迁max270300nm，200nm，max104 共轭体系增长，共轭体系增长，max(红移红移)，max 溶剂极性溶剂极性，max 红移红移1R带：由带：由n*跃迁产生跃迁产生CO；CN；NN;NO；NO2等的特征等的特征max300nm，max104（紫外常观察不到）（紫外常观察不到）E2带带 200nm max=7000 强吸收强吸收苯环有发色团取代且与苯环共轭时，苯环有发色团取代且与苯环共轭时，E2带与带与K带合并带合并 一起

8、红移（长移）一起红移（长移）第29页/共55页未成键电子对与羰基电子相互作用，激发态能量提高；电磁波：在空间传播的周期性变化的电磁场，无线电波、光线、X射线、射线等都是波长不同的电磁波，又称电波，电磁辐射。（为吸光系数，取决于入射光的波长和物质的吸光特性，溶剂和温度影响）通常，反式(trans)异构体的max及max值较相应的顺式(cis)异构体大。线性系统，例如萘、蒽等。苯环上有一元取代基时，一般B带的精细结构消失，并且各谱带的max发生红移，max值通常增大。五元杂芳环按照呋喃、吡咯、噻吩的顺序增强芳香性，其紫外吸它们的紫外光谱同时受分子骨架和环数目两个因素的影响，因而比较复杂。2）酸性、

9、碱性或两性物质时，溶剂的pH值对光谱的影响很大，max295nm max280nm原子和分子中电子的运动状态用“轨道”来描述，是表示电子运动的概率分布。*跃迁：轨道上的电子由基态到激发态属于*跃迁。能量 较*跃迁的小，孤立双键或叁键吸收一般在小于200nm的紫外区。max=204 nm(k=7900）E2带，强吸收，较重要；-烷基(122)+24nm(CHCH)n，CHCCO（4）ORE分子=E平动E转动E振动E电子5）蓝（紫）移：由于取代作用或溶剂效应导致吸收峰向短波方向移动的现象。1）生色团之间、生色团与助色团之间空间过于拥挤，则导致共轭程度降低,吸收峰位紫移。291 1）.饱和烃类化合物

10、饱和烃类化合物 只含有只含有s s键电子，只产生键电子，只产生ssss跃迁，最大吸收到跃迁，最大吸收到出现在出现在 200nm的真空紫外区。的真空紫外区。2）.烯、炔及衍生物烯、炔及衍生物 既有既有s s键电子又有键电子又有p p键电子，键电子，p p键电子引起键电子引起pppp及及ssss跃迁。跃迁。谱学知识介绍谱学知识介绍第30页/共55页max 29000线性系统，例如萘、蒽等。既有键电子又有键电子，键电子引起及跃迁。光区则多用微米（m）为单位；4、质谱（mass spectra）：质量裂解，能量谱2）p-共轭：体系越大，助色基团的助色效应越强，使*跃迁红移。3）超共轭效应（-超共轭）：

11、烷基取代双键碳上的氢以后，通过烷基的CH键和体系电子云重叠引起的共轭作用，使*跃迁红移，但影响较小。3）250290nm，中等强度吸收(max 100010000)，通常有芳香结构。1）共轭：使*、n*跃迁峰红移，共轭双键数目越多，吸收峰红移越显著。二、吸收光谱和能级跃迁频率，秒-1（s-1）或赫兹（Hz）；辐射能量能级差能级跃迁n*跃迁：溶剂极性的增大，蓝移。（因五元杂环中杂原子上的孤辐射能量能级差能级跃迁1）生色团之间、生色团与助色团之间空间过于拥挤，则导致共轭程度降低,吸收峰位紫移。二联苯中，因两个苯环处在同一个平面上，扩展了共轭系统，形成了新的发色系统，使苯的E2带发生红移，并且 km

12、ax 增大，其尾部常常盖住了苯的B带。（为吸光系数，取决于入射光的波长和物质的吸光特性，溶剂和温度影响）A计算值：max=254nm确定未知化合物的共轭结构单元30 a)醛酮类：醛酮类：C=O pppp 跃迁位于远紫外区；跃迁位于远紫外区；npp跃迁跃迁 max270300nm，Ph CHO COCH3 COOH COO、CN SO2NH2(NH3+)应用实例：应用实例：酚酞指示剂酚酞指示剂无色无色红色红色第34页/共55页（2）多环芳烃化合物的紫外光谱多环芳烃化合物的紫外光谱联苯类联苯类 二联苯中，因两个苯环处在同一个平面上，扩展了共轭系统，二联苯中，因两个苯环处在同一个平面上，扩展了共轭系

13、统，形成了新的发色系统，形成了新的发色系统，使苯的使苯的E2带发生红移带发生红移，并且，并且 kmax 增大，其增大，其尾部常常盖住了苯的尾部常常盖住了苯的B带。对位相连的三联苯和四联苯中，也因共带。对位相连的三联苯和四联苯中，也因共轭体系的扩展使轭体系的扩展使E2带更向红移。邻位三联苯中，由于空间位阻的影带更向红移。邻位三联苯中，由于空间位阻的影响，只有两个苯环处在同一个平面上，所以它的紫外光谱与二联苯响，只有两个苯环处在同一个平面上，所以它的紫外光谱与二联苯相近，而与对位三联苯不同。相近，而与对位三联苯不同。第35页/共55页四、影响紫外吸收光谱的主要因素2、红外光谱（infrared s

14、pectra）：分子振动与转动能级跃迁噻吩：231nm （k 7400）（为吸光系数，取决于入射光的波长和物质的吸光特性，溶剂和温度影响）环外双键（1）OCOR或OCOAr既有键电子又有键电子，键电子引起及跃迁。五元杂芳环按照呋喃、吡咯、噻吩的顺序增强芳香性，其紫外吸n*跃迁：溶剂极性的增大，蓝移。频率，秒-1（s-1）或赫兹（Hz）；（有机溶剂存在末端吸收，测定时需避开）5）有多个吸收峰，有的在可见区，则结构中可能有长链共轭体系或稠环芳香发色团。环外双键二、吸收光谱和能级跃迁能量 较*跃迁的小，孤立双键或叁键吸收一般在小于200nm的紫外区。三、Lambert-Beer定律在单色光和稀溶液的

15、实验条件下，溶液对光线的吸收遵守Lambert-Beer定律，即吸光度（A）与溶液的浓度（C）和吸收池的厚度（l）成正比：（肩峰）1、紫外光谱（ultraviolet spectra）：外层电子能级跃迁（3）共轭不饱和羰基化合物的紫外光谱.稠环芳烃稠环芳烃（3）杂环化合物杂环化合物，只有不饱和的杂环化合物在近紫外区才会有吸收。，只有不饱和的杂环化合物在近紫外区才会有吸收。五元杂芳环按照呋喃、吡咯、噻吩的顺序增强芳香性，其紫外吸五元杂芳环按照呋喃、吡咯、噻吩的顺序增强芳香性，其紫外吸 收也按此顺序逐渐接近苯的吸收。（因五元杂环中杂原子上的孤收也按此顺序逐渐接近苯的吸收。（因五元杂环中杂原子上的孤

16、 电子对参与了共轭而不显示电子对参与了共轭而不显示n*吸收带。）吸收带。）呋喃：呋喃：204 nm（k 6500），），吡咯：吡咯：211nm（k 15000）噻吩：噻吩：231nm （k 7400）a.线性系统，例如萘、蒽等。线性系统，例如萘、蒽等。这个系列的化合物也具有类似苯的三个吸收带。随着苯环数目这个系列的化合物也具有类似苯的三个吸收带。随着苯环数目的增加，各吸收带向红移动。的增加，各吸收带向红移动。当苯环数增加到一定时，吸收带可达当苯环数增加到一定时，吸收带可达可见光区，因而产生颜色可见光区，因而产生颜色。b.非线性系统，例如菲、芘等。非线性系统，例如菲、芘等。它们的紫外光谱同时受分

17、子骨架和环数目两个因素的影响，因它们的紫外光谱同时受分子骨架和环数目两个因素的影响，因而比较复杂。而比较复杂。第36页/共55页36第37页/共55页37谱学知识介绍谱学知识介绍 max 215nm（咪唑咪唑）max max 275nm（苯丙烯酸）（苯丙烯酸）第38页/共55页38l黄酮类化合物：黄酮类化合物：220280nm(谱带谱带II)苯甲酰系统苯甲酰系统 300400nm(谱带谱带I)肉桂酰系统肉桂酰系统 第39页/共55页39OOII带强，带强，I带弱带弱l异黄酮类化合物：异黄酮类化合物：245270nm(谱带谱带II)苯甲酰系统苯甲酰系统第40页/共55页40通过通过Woodwar

18、d 规则等方法获得推测结构的吸收规则等方法获得推测结构的吸收峰位计算值，并于实测值相比较。峰位计算值，并于实测值相比较。与同类型的已知化合物的紫外光谱进行比较，可与同类型的已知化合物的紫外光谱进行比较，可进行结构分析类比。该规则只适用于进行结构分析类比。该规则只适用于共轭二烯、三共轭二烯、三烯、四烯烯、四烯。不适用不适用于芳香体系（芳香系统另有规则）于芳香体系（芳香系统另有规则）谱学知识介绍谱学知识介绍第41页/共55页41（1 1）共轭烯烃类化合物的紫外光谱）共轭烯烃类化合物的紫外光谱（Woodward-Fieser规则，共轭二烯、三烯、四烯）规则，共轭二烯、三烯、四烯）母体基本值母体基本值

19、 开链共轭双烯开链共轭双烯 异环共轭双烯异环共轭双烯 同环共轭双烯同环共轭双烯max（nm）217214253增加值增加值 扩展共轭双键扩展共轭双键 环外双键环外双键 双键碳原子上的取代基双键碳原子上的取代基 （1）OCOR或或OCOAr （2）R （3）Cl、Br （4）OR （5）SR （6）NRR30505563060溶剂校正值溶剂校正值0第42页/共55页42从防风草中分离得到一化合物，从防风草中分离得到一化合物，UV max(EtOH)=241nm，判断是松香酸，判断是松香酸(A)还是左旋海松酸还是左旋海松酸(B)？COOHCOOHAB第43页/共55页43（2 2）费泽）费泽-库恩

20、（库恩（Fieser-KuhnFieser-Kuhn）规则）规则共轭四烯以上化合物的紫外光谱共轭四烯以上化合物的紫外光谱第44页/共55页44例：例：第45页/共55页吸收强度增加，有时B带会被E2带所淹没。电子跃迁的类型及能量OCH3OH BrClCH3NH3+通常，反式(trans)异构体的max及max值较相应的顺式(cis)异构体大。辐射能量能级差辐射不被吸收(1)共轭二烯类化合物构象肩峰 sh异黄酮类化合物：245270nm(谱带II)苯甲酰系统能量 较*跃迁的小，孤立双键或叁键吸收一般在小于200nm的紫外区。通常，反式(trans)异构体的max及max值较相应的顺式(cis)异

21、构体大。末端吸收-*跃迁产生开链共轭双烯环外双键n*跃迁：在-CO-、-CHO、-COOH、-CONH2、-CN等基团中，不饱和键一端直接与具有未用电子对的杂原子相连，将产生n*跃迁。是以波长（nm）为横坐标，以吸光度A（或透光率T）为纵坐标所描绘的曲线。max 270nm max 234nm5）蓝（紫）移：由于取代作用或溶剂效应导致吸收峰向短波方向移动的现象。电磁波：在空间传播的周期性变化的电磁场，无线电波、光线、X射线、射线等都是波长不同的电磁波，又称电波，电磁辐射。波谱（光谱）分析法max 275nm（苯丙烯酸）45（3 3）共轭不饱和羰基化合物的紫外光谱）共轭不饱和羰基化合物的紫外光谱

22、第46页/共55页46第47页/共55页47例：鸦胆子中一种苦木内酯化合物例：鸦胆子中一种苦木内酯化合物UV谱谱 max(EtOH):221,280nm;max(EtOH+NaOH):221,328nm.a a骨架：骨架：,六元不饱和酮类六元不饱和酮类 215nm215nm-OH +35nm-OH +35nm-烷基烷基 (12(12 2)+24nm2)+24nm maxmax计算值计算值 274nm274nmb b骨架：骨架：,不饱和酯类不饱和酯类 193nm193nm-烷基烷基 (12(12 2)+24nm2)+24nm maxmax计算值计算值 217nm217nmOROHOOHCOOCH

23、3OOOCCHOCCH3CHCH3CH3abA:R=OH B:R=H第48页/共55页48 确定构型确定构型:构型不同，构型不同，max及及max 也不同。通也不同。通常，反式常，反式(trans)异构体的异构体的max及及max值较相应的顺值较相应的顺式式(cis)异构体大。异构体大。谱学知识介绍谱学知识介绍HCCHHHCCHH空间位阻大共平面性差空间位阻大共平面性差 空间位阻小共平面性好空间位阻小共平面性好 max 280nmmax 10500max 295.5nmmax 29000第49页/共55页49HHHHHHHHHHHH (s-trans)(s-cis)确定构象：确定构象：(1)共

24、轭二烯类化合物构象共轭二烯类化合物构象 顺式比相应的反式异构体的吸收波长长，但吸收强度弱顺式比相应的反式异构体的吸收波长长，但吸收强度弱 s-transs-cismax max 270nm270nm max max 234nm234nmmax max 5000500015000 15000 max max 12000120002800028000如：如：第50页/共55页505 5）测定互变异构现象）测定互变异构现象如：苯甲酰基乙酰苯胺存在酮型如：苯甲酰基乙酰苯胺存在酮型(A)(A)和烯醇型和烯醇型(B)(B)互变现象互变现象 COCH2CONHCHCOHNHOH_(PH12)+HCOCH_C

25、ONHCO(C)(A)(B)max（nm）：245，308 pH=l2:308 323。则：则：245nm为为A吸收峰；吸收峰；308nm为为B异构体吸收峰。异构体吸收峰。原因：原因：pH=l2时，烯醇羟基失去质子变为烯醇离子时，烯醇羟基失去质子变为烯醇离子C，故红移。，故红移。第51页/共55页511）在在200800nm区间无吸收峰，结构无共轭双键。区间无吸收峰，结构无共轭双键。2）220250nm，强吸收，强吸收(max在在1042 104之间之间)，有共，有共轭不饱和键（共轭二烯，轭不饱和键（共轭二烯，,-不饱和醛、酮）不饱和醛、酮）3）250290nm，中等强度吸收，中等强度吸收(m

26、ax 100010000)，通常有芳香结构。通常有芳香结构。4）250350nm，中低强度吸收，中低强度吸收(10 100)，且，且200 nm以上无其他吸收，则含有带孤对电子的未共轭以上无其他吸收，则含有带孤对电子的未共轭的发色团。（羰基或共轭羰基）的发色团。（羰基或共轭羰基）谱学知识介绍谱学知识介绍第52页/共55页525）有多个吸收峰，有的在可见区，则结构中可能有有多个吸收峰，有的在可见区，则结构中可能有长链共轭体系或稠环芳香发色团长链共轭体系或稠环芳香发色团。如有颜色，则至。如有颜色，则至少有少有45个共轭的发色团。个共轭的发色团。6）利用溶剂效应、利用溶剂效应、pH影响：影响：增加溶

27、剂极性增加溶剂极性：K带红移、带红移、R带紫移，带紫移，max变化大变化大 时，有互变异构体存在。时，有互变异构体存在。pH变化：变化：碱化后谱带红移，酸化后又恢复，则有酚碱化后谱带红移，酸化后又恢复，则有酚 羟基、烯醇存在；羟基、烯醇存在；酸化后谱带紫移，有芳胺存在。酸化后谱带紫移，有芳胺存在。谱学知识介绍谱学知识介绍第53页/共55页53A计算值：计算值：max=254nm（B:326nm;C:227nm)练习：练习：1.分子式为分子式为C15H22O，可能为下列结构，可能为下列结构A、B、C。紫外光谱。紫外光谱 max:206nm(=5350)，250nm(=10500)，判断结构。，判

28、断结构。OOOABC第54页/共55页54(C)(B)(A)入max420max18600入max438max22000入max475max320003NNNNOHC3 2(CH )2NNNNOH C 3 2(CH )223 2(CH )(CH )23NNNNO2.与化合物（与化合物（A）的电子光谱相比，解释化合物（）的电子光谱相比，解释化合物（B）与（与（C）的电子光谱发生变化的原因（在乙醇中）。）的电子光谱发生变化的原因（在乙醇中）。第55页/共55页55第一章 紫外光谱第一节 吸收光谱的基础知识 电磁波：在空间传播的周期性变化的电磁场，无电磁波：在空间传播的周期性变化的电磁场，无线电波、

29、光线、线电波、光线、X射线、射线、射线等都是波长不同的电射线等都是波长不同的电磁波，又称电波，电磁辐射。磁波，又称电波，电磁辐射。光是电磁波或叫电磁辐射，具有波动性和微粒性光是电磁波或叫电磁辐射，具有波动性和微粒性的双重特性。的双重特性。第4页/共55页六、吸收带的类型与分子结构n*跃迁：含有未共用电子对的基团，如-OH、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-I等，未共用电子对将产生n*跃迁，吸收多小于200 nm的紫外区，它们的紫外光谱同时受分子骨架和环数目两个因素的影响，因而比较复杂。苯环有发色团取代且与苯环共轭时，E2带与K带合并max295nm max280nm收也按此顺序逐渐接近苯的吸

30、收。二联苯中，因两个苯环处在同一个平面上，扩展了共轭系统，形成了新的发色系统，使苯的E2带发生红移，并且 kmax 增大，其尾部常常盖住了苯的B带。第一章 紫外光谱E2带 200nm max=7000 强吸收（Woodward-Fieser规则，共轭二烯、三烯、四烯）A计算值：max=254nm*跃迁双键或叁键中轨道的电子跃迁到*。*跃迁双键或叁键中轨道的电子跃迁到*。二、吸收光谱和能级跃迁*跃迁：轨道上的电子由基态到激发态属于*跃迁。max 270nm max 234nm-烷基(122)+24nmpH变化：碱化后谱带红移，酸化后又恢复，则有酚56E分子分子=E平动平动E转动转动E振动振动E电

31、子电子 E平动平动E转动转动E振动振动104强吸收强吸收 Ph CHO COCH3 COOH COO、分子式为C15H22O，可能为下列结构A、B、C。助色基（X）使*跃迁max的增加值确定未知化合物的共轭结构单元（B:326nm;C:227nm)从防风草中分离得到一化合物，UVmax(EtOH)=241nm，判断是松香酸(A)还是左旋海松酸(B)？电子对参与了共轭而不显示n*吸收带。max 275nm（苯丙烯酸）线性系统，例如萘、蒽等。噻吩：231nm （k 7400）1）共轭：使*、n*跃迁峰红移，共轭双键数目越多，吸收峰红移越显著。（6）NRR*跃迁：轨道上的电子由基态到激发态属于*跃迁。能量 较*跃迁的小，孤立双键或叁键吸收一般在小于200nm的紫外区。62A计算值：计算值：max=254nm（B:326nm;C:227nm)练习：练习：1.分子式为分子式为C15H22O，可能为下列结构，可能为下列结构A、B、C。紫外光谱。紫外光谱 max:206nm(=5350)，250nm(=10500)，判断结构。，判断结构。OOOABC第54页/共55页