1、第四章 结构研究方法目录 第一节 结构研究的一般程序 一、化合物纯度的判定 二、理化常数的测定 三、分子式的确定与不饱和度的计算 四、化合物的功能团和分子骨架的推定 五、化合物结构的确定 第二节 波谱分析在结构测定中的应用 一、紫外光谱 二、红外光谱 三、核磁共振谱 四、质谱 五、其它分析方法1 1第一节 结构研究的一般程序 第一种方法是根据化合物的理化性质和常数判定。固体物质根据有无一致的晶形和均匀的色泽、有无明确的熔点和较窄的熔距进行判定；液体物质根据有无恒定的沸点、沸程、折光率及相对比重等判定。若是已知物，则只要将其比旋度与文献数据对比，如相同则表明其已是或接近纯品。 第二种方法是根据化
2、合物的色谱行为判定，这是最常用的方法。目前结构鉴定中采用的色谱方法包括薄层色谱（TLC）、纸色谱（PC）、气相色谱（GC）和高效液相色谱（HPLC）等。一、化合物纯度的判定二、理化常数的测定 在天然化合物结构研究中测定的重要物理常数有：熔点、沸点、比旋度、折光率和相对密度等。 此外，测定化合物的其他理化常数，如pH和化学定性反应等，能为结构推断提供必要的线索。三、分子式的确定与不饱和度的计算（一）测定分子式 分子式的测定主要有以下几种方法： 1. 元素定量分析配合分子量测定 2.同位素丰度比法 3.高分辨率质谱法（二）不饱和度的计算 分子式确定后，可按下式求算不饱和度（u表示） u=IV-I/
3、2+III/2+1 I为一价原子（如H, D, X）的数目 III为三价原子（如N, P）的数目 IV为四价原子（如C, S）的数目 1.根据化合物的不饱和度，推算结构中可能含有的双键数或环数。 2.利用样品与某种试剂发生颜色变化或产生沉淀等定性实验对化合物类型进行初步判断。四、化合物的功能团和分子骨架的推定 化学工作、仪器分析、植物化学分类学及文献工作的相互配合、综合分析。五、化合物结构的确定1 2第二节 波谱分析在结构测定中的应用一、紫外光谱l 分子吸收波长范围在200400nm区间的电磁波产生的吸收光谱称为紫外吸收光谱（ultraviolet absorption spectra，UV）
4、。l UV光谱对于分子中含有共轭双键、不饱和羰基结构的化合物以及芳香化合物结构鉴定是一种重要的手段。图图4-1 槲皮素的槲皮素的UV光谱光谱二、红外光谱l 红外光谱(infrared spectra, IR)是研究红外光与物质分子间相互作用的吸收光谱，是由分子中价键的伸缩及弯曲振动在光的红外区域即4000500 cm-1处引起吸收产生的。l IR光谱对未知结构化合物的鉴定，主要用于功能基的确认，芳环取代类型的判断等。图谱中1300cm-1以上为化合物的特征基团区，1300500cm-1为指纹区。图图4-2 槲皮素的槲皮素的IR图谱图谱表表4-3 4-3 红外吸收的八个重要区段红外吸收的八个重要
5、区段波长（m）波数（cm1）键的振动类型2.73.337503000OH, NH3.03.333003000CH(-CC-H,C=C-H ,Ar-H)（极少数可到2900）3.33.7300027004.24.924002100CC，CN，-CC-CC-5.36.119001650C=O（酸，醛，酮，酰胺，酯，酸酐）6.06.716801500C=C（脂肪族及芳香族），CN6.87.714751300C-H（面内），XY10.015.41000650CC-H,Ar-H(面外)三、核磁共振谱 核磁共振谱（nuclear magnetic resonance spectra, NMR）是化合物分子
6、在磁场中受电磁波的辐射，有磁距的原子核吸收一定的能量产生能级的跃迁，即发生核磁共振，以吸收峰的频率对吸收强度作图所得的谱图。 NMR是目前解决结构问题最强有力的工具。1.氢核磁共振谱（1H-NMR） 图图4-3 槲皮素的氢谱槲皮素的氢谱u1H核的化学位移()范围在020，不同类型的1H核共振信号出现在不同区域，据此可以识别；u1H-NMR谱上积分面积与分子中的总质子数相当，分析图谱时，只要通过比较共振峰的面积，就可判断氢核的相对数目；u若化合物分子式已知，即可确定每个吸收峰所代表氢质子的绝对个数。 裂分峰类型：s(singlet)、d(doublet)、t(triplet)、 q(quarte
7、t)、m(multiplet)等。 在低级偶合系统中，某一质子裂分后的峰数为n+1（n为干扰核的数目），裂分峰之间的距离称作偶合常数(coupling constant, J, Hz)，表示相互作用力的强度。 为方便解谱，有时亦可采用双照射去偶和核Overhauser效应（nuclear Overhauser effect，简称NOE）等实验方法把氢谱中复杂重叠的谱线简化并明确质子间的偶合关系。2.碳核磁共振谱（13C-NMR） (1) 质子宽带去偶谱(broad band decoupling, BBD)：即全氢去偶谱(proton complete decoupling, COM)。13C
8、 NMR测定技术图图4-4 4-4 槲皮素的槲皮素的质子宽带去偶谱质子宽带去偶谱 (2) DEPT谱 (distortionless enhancement by polarization transfer)DEPT（135）谱 一级碳原子(CH3) 、三级碳原子(CH)为向上的峰; 二级碳原子(CH2)为向下的峰; 四级碳原子(C)没有峰.DEPT（90）谱 主要用来识别三级碳原子(CH). 在DEPT（90）谱图中,每一个峰代表一种三级碳原子(CH).131.503113.7231750100ppm对氨基苯甲酸乙酯 13C核化学位移值范围: 0250ppm 醛基碳-175205ppm; 苯
9、环碳 - 128ppm; 烯碳 - 100150ppm; 炔碳- 6590ppm； 季碳- 3570ppm； 叔碳- 3060ppm； 仲碳- 2545ppm； 伯碳- 030ppm同核化学位移相关谱 1、1H-1H相关的二维NMR谱(1H-1H COSY) A.谱图显示1H-1H的偶合关系; B.谱图中的二维坐标都是1H的化学位移. C.处于对角线上的信号与一维氢谱提供的化学位移是一致的. D.处于对角线外的信号称为交叉峰. E.从交叉峰出发,分别画水平线和垂直线,它们与对角线产生两个交点, 两个交点所对应的两个质子之间存在偶合作用.图图4-6 青蒿素的青蒿素的1H-1H COSY谱谱 2、
10、NOESY A.对角线上有对角峰，对角线外显示相关峰 B.表示的是质子在空间位置上相互接近，而非通过键的相互偶合 C.提供分子相对立体化学和溶液构象方面的信息，是研究分子构型、构象和运动性的重要工具图图4-7 青蒿素的青蒿素的NOESY局部放大谱局部放大谱3、 TOCSY A.可以找到同一偶合体系中所有氢核的相关信息 B.从某一个氢核的信号出发，能找到与它处在同一个自旋系统中所有质子的相关峰，故又称全相关谱 C.接力系统也会由于其中存在一个较小的偶合常数而中断 D.对于含多个复杂自选偶合系统，特别是含多个糖或氨基酸单元的皂苷、环肽、多肽等天然产物的结构解析和氢质子的归属十分重要。图图4-8青蒿
11、素的青蒿素的TOCSY放大谱放大谱异核化学位移相关谱1、 HSQC谱（异核单量子相关谱 Heteronuclear Single Quantum Coherence)通过确定C-H偶合关系(1JCH)，来反映lH核和与其直接相连的13C的关联关系图图4-9 青蒿素的青蒿素的HSQC谱谱2、 HMBC谱（异核多键相关谱Heteronuclear Multiple Bond Correlation)图谱中横轴为1H化学位移,纵轴为13C化学位移，只有相隔2根键或3根键的lH和13C远程偶合相关（2JCH或3JCH）才会出现相关峰信号。图图4-10青蒿素的青蒿素的HMBC谱谱 质谱（mass spectrum, MS）就是把带电荷的分子或经一定方式裂解形成的碎片离子按照质荷比（m/z）大小排列的而成的图谱。 质谱可用于确定分子量及求算分子式和提供其他结构信息。常用的离子源的电离方式如下： 1. 电子轰击质谱（EI-MS） 2. 快原子轰击质谱（FAB-MS） 3. 电喷雾质谱（ESI-MS）四、质谱五、其它分析方法lMosher法l圆二色谱法（circular dichroism CD）l晶体X-射线衍射法(X-Ray Diffraction Method)化学工业出版社谢谢观赏数字出版中心2018.08
