1、 天然药物的结构解析天然药物的结构解析前前 言：言：天然药物单体化合物的结构表征天然药物单体化合物的结构表征(即测即测定定)从分子水平认识物质的基本手段，是从分子水平认识物质的基本手段，是天然药物化学的重要组成部分。过去，主要依天然药物化学的重要组成部分。过去，主要依靠化学方法进行各类型有机化合物的结构测定靠化学方法进行各类型有机化合物的结构测定,其缺点是：费时、费力、费钱，需要的样品量其缺点是：费时、费力、费钱，需要的样品量大。例如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从大。例如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究，直至年开始研究，直至1952年才完全阐明，历时年才完全阐明，历时147年。年。
2、而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其优点是：省时、省力、省钱、快速、准确，样品消耗优点是：省时、省力、省钱、快速、准确，样品消耗量是微克级的，甚至更少。它不仅可以研究分子的结量是微克级的，甚至更少。它不仅可以研究分子的结构，而且还能探索到分子间各种集聚态的结构构型和构，而且还能探索到分子间各种集聚态的结构构型和构象的状况，对人类所面临的生命科学、材料科学的构象的状况，对人类所面临的生命科学、材料科学的发展，是极其重要的。发展，是极其重要的。HOOHNCH3吗吗 啡啡 碱碱OPalytoxinOHOH N2OOOHHOOHHOOHOHOH OOHH
3、 OOH3OHROHOHOHH OOHOOOOHOHOHOHOHOHN(CH)NO2 nHHOHOHOHOHOOHHOOHOHOOHHOO2OHRHOOHOHOHH O1OHR123R=R=R=O H,n=1 结构研究的主要程序U=IV-I/2+III/2+1初步推断化合物类型初步推断化合物类型测定分子式，计算不饱和度测定分子式，计算不饱和度确定官能团或结构片断或基本骨架确定官能团或结构片断或基本骨架推断并确定分子平面结构推断并确定分子平面结构推断并确定分子的主体结构推断并确定分子的主体结构核磁共振仪核磁共振谱核磁共振谱一、基本原理一、基本原理 1.原子核的自旋原子核的自旋 核象电子一样，也有
4、自旋现象，从而有自旋角动量。核象电子一样，也有自旋现象，从而有自旋角动量。核的自旋角动量核的自旋角动量()是量子化的，不能任意取值，是量子化的，不能任意取值，可用自旋量子数可用自旋量子数(I I)来描述。来描述。H H0 0旋旋进进轨轨道道自自旋旋轴轴自自旋旋的的质质子子2)1(hIII0 0、1/21/2、1 1 I=0，=0=0，无自旋，不能产生自旋角动量，不会无自旋，不能产生自旋角动量，不会产生共振信号。产生共振信号。只有当只有当I O时，才能发生共振吸收，产生共振时，才能发生共振吸收，产生共振信号。信号。I 的取值可用下面关系判断：的取值可用下面关系判断：质量数（质量数（A）原子序数（
5、原子序数（Z）自旋量子数（自旋量子数（I）奇奇 数数 奇数或偶数奇数或偶数 半整数半整数 n+1/2。n=0,1,2,奇奇 数数 整整 数数 偶偶 数数 偶偶 数数 0例如：例如：H HA AZ Z（1 1）（1 1）C CA AZ Z（1 12 2）（6 6）N NA AZ Z（1 14 4）（7 7）奇奇 -奇奇偶偶 -偶偶偶偶 -奇奇I I为为半半整整数数（1 1/2 2）I I =0 0I I为为整整数数有有共共振振吸吸收收有有共共振振吸吸收收无无常见的常见的NMR谱有：谱有：1H 13C 15N 19F 取向数取向数=2 I+1 （在没有外电场时，自旋核的取向是任意的）。（在没有外电
6、场时，自旋核的取向是任意的）。即即：H H核核在在外外场场有有两两个个自自旋旋方方向向相相反反的的取取向向。H H 核核：自自旋旋取取向向数数 =2 21 1/2 2 +1 1 =2 2H H0 01 1H H H H 一一 致致相相 反反1.化学位移的由来化学位移的由来 屏屏蔽效应蔽效应 化学位移是由核外电子化学位移是由核外电子的屏蔽效应引起的。的屏蔽效应引起的。二、化学位移二、化学位移定义：在照射频率确定时，同种核因在分子中的化学定义：在照射频率确定时，同种核因在分子中的化学环境不同而在不同共振磁场强度下显示吸收峰的现象环境不同而在不同共振磁场强度下显示吸收峰的现象称为化学位移。称为化学位
7、移。因此一个质子的化学位移是由其周围因此一个质子的化学位移是由其周围的电子环境决定的。的电子环境决定的。H核在分子中不是完全裸露的，核在分子中不是完全裸露的，而是被价电子所包而是被价电子所包围的。因此，在围的。因此，在外加磁场作用下，由于核外电子在外加磁场作用下，由于核外电子在垂垂直于外加磁场的平面绕核旋转，从而产生与外加磁场直于外加磁场的平面绕核旋转，从而产生与外加磁场方向相反的感生磁场方向相反的感生磁场H。这样，。这样，H核的实际感受到的核的实际感受到的磁场强度为：磁场强度为：若质子的共振磁场强度只与若质子的共振磁场强度只与(磁旋比磁旋比)、电磁波照、电磁波照射频率射频率v有关，那有关，那
8、么，试样中符合共振条件的么，试样中符合共振条件的1H都发都发生共振，就只产生一个单峰生共振，就只产生一个单峰,这对测定化合物的结构是这对测定化合物的结构是毫无意义的。实验证明：在相同的频率照射下，化学毫无意义的。实验证明：在相同的频率照射下，化学环境不同的质子将在不同的环境不同的质子将在不同的磁场强度处出现吸收峰。磁场强度处出现吸收峰。)1(H0000HHHHH实式中：式中：为屏蔽常数为屏蔽常数 核外电子对核外电子对H核产生的这种作用，称为屏蔽效应核产生的这种作用，称为屏蔽效应(又又称抗磁屏蔽效应称抗磁屏蔽效应)。显然，核外电子云密度越大，屏蔽效应越强，要发显然，核外电子云密度越大，屏蔽效应越
9、强，要发生共振吸收就势必增加外加磁场强度，共振信号将移向生共振吸收就势必增加外加磁场强度，共振信号将移向高场区；反之，共振信号将移向低场区。高场区；反之，共振信号将移向低场区。H0低场高场屏蔽效应，共振信号移向高场屏蔽效应，共振信号移向低场去因此，因此，H核磁共振的条件是：核磁共振的条件是：）（实1220HH2.化学位移的表示方法化学位移的表示方法 化学位移的差别约为百万分之十，精确测量十分化学位移的差别约为百万分之十，精确测量十分困难，现采用相对数值。以四甲基硅（困难，现采用相对数值。以四甲基硅（TMS）为标准）为标准物质，规定：它的化学位移为零，然后，根据其它吸物质，规定：它的化学位移为零
10、，然后，根据其它吸收峰与零点的相对距离来确定它们的化学位移值。收峰与零点的相对距离来确定它们的化学位移值。零点零点-1-2-31234566789 化学位移用化学位移用 表示，以前也用表示，以前也用 表示，表示，与与 的关系为：的关系为：=10-TMS低场低场高场高场 核磁共振氢谱图示S un A pr 02 15:27:55 2000:(untitled)W 1:1H A xis=ppm S c ale=28.66 H z/c m10.0009.6009.2008.8008.4008.0007.6007.2006.8006.4006.0005.600OOCHO为什么选用为什么选用TMS(四甲
11、基硅烷四甲基硅烷)作为标准物质作为标准物质?(1)屏蔽效应强，共振信号在高场区屏蔽效应强，共振信号在高场区(值规定为值规定为0)，绝大多数吸收峰均出现在它的左边。绝大多数吸收峰均出现在它的左边。(2)结构对称，是一个单峰。结构对称，是一个单峰。(3)容易回收容易回收(b.p低低)，与样品不反应、不缔合。，与样品不反应、不缔合。三、影响化学位移的因素三、影响化学位移的因素 凡影响电子云密度的因素都将影响化学位移。其中凡影响电子云密度的因素都将影响化学位移。其中6010TMS试样化学位移试样的共振频率标准物质TMS的共振频率感生磁场H非常小，只有外加磁场的百万分之几，为方便起见，故106影响最大的
12、是：诱导效应和各向异性效应。影响最大的是：诱导效应和各向异性效应。(1)电负性的影响：电负性的影响：元素的电负性元素的电负性，通过诱导效应，使，通过诱导效应，使H核的核外电子核的核外电子云密度云密度，屏蔽效应，屏蔽效应，共振信号，共振信号低场。例如：低场。例如：C CC CH Hb bH Ha aI I屏屏蔽蔽效效应应：H Hb bH Ha a高高 场场低低 场场CHCH3 3F FCHCH3 3OHOHCHCH3 3ClClCHCH3 3BrBrCHCH3 3I I CHCH4 4TMSTMS4.04.03.53.53.03.02.82.82.52.52.12.11.81.84.264.26
13、3.143.143.053.052.682.682.162.160.230.230 0 CHCH4 4CHCH3 3ClClCHCH2 2ClCl2 2CHClCHCl3 3(ppm)(ppm)0.230.233.053.055.335.337.277.27(2)磁各向异性效应：磁各向异性效应：因化学键的键型不同，导致与其因化学键的键型不同，导致与其相连的氢核的化学位移不同。相连的氢核的化学位移不同。A.双键碳上的质子双键碳上的质子 烯烃双键碳上的质子位于烯烃双键碳上的质子位于键环流电子产生的感生键环流电子产生的感生磁场与外加磁场方向一致的区域（称为去屏蔽区），去磁场与外加磁场方向一致的区域（
14、称为去屏蔽区），去屏蔽效应的结果，使烯烃双键碳上的质子的共振信号移屏蔽效应的结果，使烯烃双键碳上的质子的共振信号移C CH Ha aH Hb b高高 场场低低 场场屏屏蔽蔽效效应应：H Ha aH Hb bO O向稍低的磁场区，其向稍低的磁场区，其 =4.5=4.55.75.7。同理，羰基碳上的同理，羰基碳上的H质子与烯烃双键碳上的质子与烯烃双键碳上的H质子质子相似，也是处于去屏蔽区，存在去屏蔽效应，但因氧原相似，也是处于去屏蔽区，存在去屏蔽效应，但因氧原子电负性的影响较大，所以，羰基碳上的子电负性的影响较大，所以，羰基碳上的H质子的共振质子的共振信号出现在更低的磁场区，其信号出现在更低的磁场
15、区，其=9.410。B.三键碳上的质子：三键碳上的质子：碳碳三键是直线构型，碳碳三键是直线构型，电子云围绕碳碳电子云围绕碳碳键呈筒型分键呈筒型分布，形成环电流，它所产生的布，形成环电流，它所产生的感应磁场与外加磁场方向相反，感应磁场与外加磁场方向相反，故三键上的故三键上的H质子处于屏蔽区，质子处于屏蔽区，屏蔽效应较强，使三键上屏蔽效应较强，使三键上H质质子的共振信号移向较高的磁场子的共振信号移向较高的磁场区，其区，其=2=23 3。3.55 3.75 1.77 2.31HOH(1)3.55HHO(2)3.75HO 1.77(3)2.31(4)HHHHHHHHHHHHHHHHHH2.99 9.2
16、8浓度对浓度对值的影响值的影响 (CH(CH3 3CHCH2 2OH/CClOH/CCl4 4:a,10%;b,5%;c,0.5%):a,10%;b,5%;c,0.5%)Ha=0.76ppm,Hb=1.15ppmHaHbHcHaHbHca 4.68b 2.40c 1.10a 3.92b 3.55c 0.88OHHO共轭效应共轭效应ORNH2NO2COR7.277.27J七、偶合常数七、偶合常数 每组吸收峰内各峰之间的距离，称为偶合常数，每组吸收峰内各峰之间的距离，称为偶合常数，以以Jab表示。下标表示。下标ab表示相互偶合的磁不等性表示相互偶合的磁不等性H核的种核的种类。类。J Ja ab b
17、J Ja ab b 偶合常数的单位用偶合常数的单位用Hz表示。表示。偶合常数的大小与外偶合常数的大小与外加磁场强度、使用仪器的频率无关加磁场强度、使用仪器的频率无关。值得注意的是：值得注意的是：自旋偶合与相互作用的两个自旋偶合与相互作用的两个H核的相对位置有关，核的相对位置有关，当相隔单键数当相隔单键数3时，可以发生自旋偶合，相隔三个以时，可以发生自旋偶合，相隔三个以上单键，上单键，J J 值趋于值趋于0 0，即不发生偶合。，即不发生偶合。磁等性磁等性H核之间不发生自旋裂分。如核之间不发生自旋裂分。如CH3CH3只只有一个单峰。有一个单峰。氢裂分的表示、耦合常数的计算氢裂分的表示、耦合常数的计
18、算 单峰（s）CH3Cl CH3OCH3 双峰（d）CH3CHCl2 三重峰（t）CH3CH2OH 四重峰（q)CH3CH2OH dd峰 Cl2CHCH2CH=O dt峰 Cl2CHCH2CH2 其他：dq，ddd，dddd等d峰：(6.2505-6.2295)*400=8.4 Hz6.25056.22958.4Cl2CHCH2CH=O同碳质子的偶合常数（同碳质子的偶合常数（2J，J同同）以以2J或或J同同表示，表示，2J一般值较大一般值较大（大于（大于10），但），但双键耦合常数只有双键耦合常数只有02 Hz。影响影响2J的因素主要有：的因素主要有：取代基电负性会使取代基电负性会使2J的绝对
19、值。的绝对值。对于脂环化合物，环上同碳质子的对于脂环化合物，环上同碳质子的2J值会随键值会随键角的增加而减小。角的增加而减小。邻碳质子的偶合常数（邻碳质子的偶合常数（3J,J邻邻）3J 的大小与二面角、取代基电负性、键长、键角等因素有关。3J与二面角的关系：JaaJaeJee 若邻碳二氢皆处于直立键位置，则其对应的二面角约为180，JaaJ180；若邻碳二氢分别处于直立键和平伏键位置，则其对应的二面角约为60，若邻碳二氢皆处于平伏键位置，则其对应的二面角约为60，JaeJeeJ60HHHHaaee饱和型邻位偶合常数饱和型邻位偶合常数 在饱和化合物中，通过三个单键（H-C-C-H）的偶合叫饱和型
20、邻位偶合。开链脂肪族化合物由于键自由旋转的平均化，使3J数值约为7Hz。烯型邻位偶合常数烯型邻位偶合常数 烯氢的邻位偶合是通过二个单键和一个双键（H-C=C-H）发生作用的。由于双键的存在，反式结构的双面夹角约为180o，顺式结构的双面夹角为0o，因此J反大于J顺.反式烯键氢原子J=1220(16)顺式烯键氢原子J=812(10)HRRHHRHR芳氢的偶合常数芳氢的偶合常数 芳环氢的偶合可分为邻芳环氢的偶合可分为邻(3J,J邻邻)、间、间(4J,J间间)、对、对(5J,J对对)位三种偶合，偶合常数都为正值，位三种偶合，偶合常数都为正值，邻位偶合常数比较大，一般为邻位偶合常数比较大，一般为6.0
21、9.4 Hz(三键三键)，间位为间位为0.83.1Hz（四键），（四键），对位小于对位小于0.59Hz（五键）。（五键）。一般情况下，对位偶合不易表现出来。苯环氢被取一般情况下，对位偶合不易表现出来。苯环氢被取代后，特别是强拉电子或强推电子基团的取代，使代后，特别是强拉电子或强推电子基团的取代，使苯环电子云分布发生变化，表现出苯环电子云分布发生变化，表现出J邻邻、J间间和和J对对的偶的偶合，使苯环质子吸收峰变成复杂的多重峰。合，使苯环质子吸收峰变成复杂的多重峰。OHOOHO123456OHOH远程偶合远程偶合 超过三个键的偶合称为远程偶合超过三个键的偶合称为远程偶合(long-range co
22、upling)，如芳烃的间位偶合和对位偶合都属于，如芳烃的间位偶合和对位偶合都属于远程偶合。远程偶合的偶合常数都比较小，一般远程偶合。远程偶合的偶合常数都比较小，一般在在03Hz之间。常见的远程偶合有下列几种情况：之间。常见的远程偶合有下列几种情况：(1)丙烯型偶合(2)高丙烯偶合(3)累积不饱和体系 6 自旋系统及图谱分类自旋系统及图谱分类 6.1 核的等价性质核的等价性质 6.2 自旋系统的分类自旋系统的分类 6.3 图谱的分类图谱的分类 6.4 几种常见的自旋系统几种常见的自旋系统 化学等价：化学位移严格相等的核称为化学等价核，化学等价：化学位移严格相等的核称为化学等价核，化学位移相同的
23、原子核。化学位移相同的原子核。磁等价：一组核对组外任何核表现出相同大小的偶磁等价：一组核对组外任何核表现出相同大小的偶合合 作用，即只表现出一个偶合常数，这组核称为磁作用，即只表现出一个偶合常数，这组核称为磁等价核。等价核。磁全同：既化学等价又磁等价的磁全同：既化学等价又磁等价的原子核，称为原子核，称为磁全磁全同核同核 。磁不等价的情况磁不等价的情况1.单键带有双键性时会产生磁不等价质子，R-CO-N(CH2CH3)2,2个CH2 会出现2组四重峰，2个CH3会出现复杂的多重峰（2组三重峰的重叠）2.双键同碳质子具有磁不等价性 H2C=CHR 3.单键不能自由旋转时，也会产生磁不等价质子，Br
24、CH2CH(CH3)2 有三种构象，室温下C-C快速旋转，CH2上2个质子是等价的，但在低温下C-C不能快速旋转，CH2上2个质子所处的环境有差别而成为不等价质子。4.与不对称碳相连的CH2,2个质子是磁不等价的5.固定在环上的CH2,2个质子是磁不等价，甾体环，三萜环等。6.苯环上化学环境相同的质子可能磁不等价OHCH3aabb6.2自旋系统的分类 自旋系统的定义 通过自旋-自旋偶合联系起来的若干组磁性等同核，构成一个自旋系统。系统内部的核互相偶合，但不和系统外的任何核相互作用。系统与系统之间是隔离的.COOCH2CH3H3C自旋系统的命名自旋系统的命名 分子中两组相互干扰的核，它们之间的共
25、振频率差小于或近似于偶合常数 J 时，则这些共振频率近似的核分别以A、B、C字母表示。若其中某种类的磁全同的核有几个，则在核字母的右下方用阿拉伯字母写上标记，如Cl-CH2-CH2-COOH中间二个CH2构成A2B2系统。分子中两组互相干扰的核，它们的共振频率差远大于它们之间的偶合常数（J），则其中一组用A、B、C表示，另一组用X、Y、Z表示。共振频率差不很大时，用A、M字母表示。若核组内的核为磁不等价时，则用A、A、B、B加以区别。图谱的分类图谱的分类 核磁共振图谱可分为一级谱图和二级图谱，或称为初级图谱和高级图谱。一级图谱：条件：/J 10 特点：1。磁全同质子之间，虽然 J0，但对图谱不
26、发生影响 Cl-CH2CH2Cl 只表现出一个峰 2。裂分后峰的数目,符合n+1规律（对于I=1/2的核)3。多重峰的中心即为化学位移值 4。峰型大体左右对称，各峰间距离等于偶合常数J 5。各裂分峰 的强度比符合(a+b)n展开式各项系数比 一级自旋-自旋裂分规则 当当I=1/2时，自旋裂分峰数目服从时，自旋裂分峰数目服从n+1规则。规则。1.n+1规则：当某基团上的氢有规则：当某基团上的氢有n个相邻的氢时，它将显示个相邻的氢时，它将显示n+1个个峰，各峰的高度比基本为二项式的各项系数比峰，各峰的高度比基本为二项式的各项系数比 若这些相邻的氢处在不同的环境中时，（如一种环境中氢n个，另一种环境
27、中氢n个），则裂分峰将显示（n+1）（n+1）个峰。则应考虑偶合常数的大小。对如下结构：C CHnCHnCHn Habcdabc以Hd为观察核：1）Jad=Jbd=Jcd，则Nd=（na+nb+nc）+1。2）JadJbdJcd 则Hd核共振峰的数目为：Nd=（na+1）(nb+1)(nc+1)3）JadJbdJcd，从外表上看：Nd=（na+nb+nc）+1。二级图谱 不符合一级图谱条件的图谱极为二级谱 一级图谱的所有特征，二级谱都不具备 二级谱的谱图复杂，难以解析 由于与测定条件有关，而J值与测定条件无关，在不同条件下得到的谱图往往成不同的裂分系统：CH2=CHCN 中的三个质子：在 60
28、Hz 的仪器测定时 表现为ABC系统 100Hz的仪器测定时 表现为ABX系统 220Hz的仪器测定时 表现为AMX系统 高级谱，采用一些实验手段简化高级谱，采用一些实验手段简化成一级成一级图谱图谱。1、加大磁场强度、加大磁场强度 J不随外磁场变化而改变的，但不随外磁场变化而改变的，但差差值却随值却随B0改变而改变。改变而改变。因此，加大外磁场强度因此，加大外磁场强度，增增大大,/J增大增大,直到直到/J10可获得一级图谱。可获得一级图谱。CH3CH2OH B0=1.4TG,=（CH2）（CH3）=148 73.2=74.7Hz B0=2.3TG,=(CH2)(CH3）=247 122=125
29、Hz2 2、双照射去偶法（称共振法）、双照射去偶法（称共振法）（1）双照射去偶法）双照射去偶法（具有双照射去偶器具有双照射去偶器）去偶原因：去偶原因：辅助振荡器对辅助振荡器对H Hb b强烈照射时强烈照射时,使使高能态高能态H Hb b核饱和核饱和,不再产不再产生净吸收生净吸收,H,Hb b峰消失峰消失,H,Ha a只剩下一个单峰。只剩下一个单峰。该法不仅可简化图谱该法不仅可简化图谱,且可确立哪些核与去偶质子有偶合且可确立哪些核与去偶质子有偶合关系。关系。CCCHaHcBrHbHbHcHbHa照射照射 Hb核奥佛好塞效应（简称核奥佛好塞效应（简称NOE）分子内存在空间位置上相互靠近的两个质子分
30、子内存在空间位置上相互靠近的两个质子 Ha和和 Hb 时，时，用用双双照射法照射其中一个质子照射法照射其中一个质子Hb 使之饱和，则另一个使之饱和，则另一个靠近的质子靠近的质子Ha 共振信号就会上升，这种现象共振信号就会上升，这种现象NOE.产生原因：两个质子空间位置十分靠近，相互弛豫较产生原因：两个质子空间位置十分靠近，相互弛豫较强，当强，当 Hb 受到照射达到饱和时，它把能量转移给受到照射达到饱和时，它把能量转移给 Ha ，于是，于是Ha 能量吸收增加，共振吸收峰面积增大。能量吸收增加，共振吸收峰面积增大。NOE效应大小与质子间距离的六次方成反比，当质子效应大小与质子间距离的六次方成反比，
31、当质子间距间距0.3nm以上时，观察不到。以上时，观察不到。确定化合物构型的基础确定化合物构型的基础3、位移试剂、位移试剂 位移试剂位移试剂：指在不增加外磁场强度的情况下，使试样质指在不增加外磁场强度的情况下，使试样质子的信号发生位移的试剂子的信号发生位移的试剂。常用：Eu（DPM）3 三三（2,2,6,6四甲基）四甲基）庚二酮庚二酮3,5铕铕 加入试样中，络合物中心Eu3+可能再与含有孤对电子的原子(-NH2、-OH等)配位。Eu3+有强烈的吸电子性，与孤对电子配位后使相邻近的质子去屏蔽，因而使之向低场移动。离配位键越近的质子改变越大，这样，原来重叠共振信号，便可能展开，利于解析6.4 几种
32、常见的自旋系统几种常见的自旋系统 AB系统系统：ABX系统系统：AMX系统系统 AB2系统系统：A2B2系统系统：AABB系统系统：AB系统：环上孤立的CH2,二取代乙烯,四取代苯等.OHOOHOHOOH123456ABX系统系统：AMX系统系统 AB2系统:苯环对称三取代,吡啶环对称二取代等AABB系统：苯环的对称二取代系统：苯环的对称二取代(不同基团的对位取代不同基团的对位取代,相相同基团的邻位取代同基团的邻位取代)OHOOHOHOHAHBHAHBOHOOHOHOHAHBHAHB一张谱图可以向我们提供关于有机分子结构的如下信息一张谱图可以向我们提供关于有机分子结构的如下信息 1.由吸收峰的
33、组数，可以判断有几种不同类型的由吸收峰的组数，可以判断有几种不同类型的H核；核；2.由峰的强度（峰面积或积分曲线高度），可以判由峰的强度（峰面积或积分曲线高度），可以判断各类断各类H的相对数目；的相对数目；3.3.由峰的裂分数目，可以判断相邻由峰的裂分数目，可以判断相邻H核的数目；核的数目；4.由峰的化学位移（由峰的化学位移（值），可以判断各类型值），可以判断各类型H所所处的化学环境；处的化学环境；5.由裂分峰的外形或偶合常数，可以判断哪种类型由裂分峰的外形或偶合常数，可以判断哪种类型H是相邻的。是相邻的。4.2 氢谱氢谱1 1H H化学位移化学位移 17170 0 耦合常数 Karplus-
34、Conroy方程：3JHHacos2-0.28（90，a=8.5；90，a=9.5）重氢（氘）交换重氢（氘）交换 RXHRXHD D2 2O ORXDRXDHDOHDO 重氢（氘）交换是确定重氢（氘）交换是确定XHXH（XHXH，其中，其中X X为为O O，N N，S S）官能团存在的有力证据）官能团存在的有力证据 2.分子式为分子式为C3H60的某化合物的核磁共振谱如下，试的某化合物的核磁共振谱如下，试确定其结构。确定其结构。谱图上只有一个单峰，说明分子中所有氢核的化学谱图上只有一个单峰，说明分子中所有氢核的化学环境完全相同。环境完全相同。3.某化合物的分子式为某化合物的分子式为C3H7Cl
35、，其，其NMR谱图如下图谱图如下图所示：所示：试推断该化合物的结构。试推断该化合物的结构。解：解：由分子式可知，该化合物是一个饱和化合物；由分子式可知，该化合物是一个饱和化合物；由谱图可知：由谱图可知：322 (1)有三组吸收峰，说明有三种不同类型的有三组吸收峰，说明有三种不同类型的 H 核；核；(2)该化合物有七个氢，有积分曲线的阶高可知该化合物有七个氢，有积分曲线的阶高可知a、b c各组吸收峰的质子数分别为各组吸收峰的质子数分别为3、2、2；(3)由化学位移值可知：由化学位移值可知：Ha 的共振信号在高场区，其的共振信号在高场区，其屏蔽效应最大，该氢核离屏蔽效应最大，该氢核离Cl原子最远；
36、而原子最远；而 Hc 的屏蔽效应的屏蔽效应最小，该氢核离最小，该氢核离Cl原子最近。原子最近。结论结论：该化合物的结构应为：该化合物的结构应为：C CH H3 3C CH H2 2C CH H2 2C Cl la ab bc c4C3H6O2 IR 3000cm-1 1700cm-1 =1 NMR 11.3(单峰单峰 1H)2.3(四重峰四重峰 2H)1.2(三重峰三重峰 3H)CH3CH2COOH5C7H8O IR 3300，3010，1500，1600，730，690cm-1 =4 NMR 7.2(多重峰多重峰 5H)4.5(单峰单峰 2H)3.7(宽峰宽峰 1H)C6H5-CH2-OH1
37、3C NMR 化学位移化学位移 0300 酮羰基C出现在190220，氰基：110120，异氰基：135150，氰酸酯：105120，异氰酸酯：120135，硫氰酸酯：110120，异硫氰酸酯：125140。醚类甲氧基一般出现在5562，酯类甲氧基出现在52附近，N-甲基出现在3045，S-甲基一般出现在25，优点：由于化学位移信号出现的值域宽，使图谱显的比较清晰，这样对结构解析有帮助。缺点：由于13C天然丰度很低（1）使测定需要比较多的量，一般需要10mg以上，对于分子量比较大如三萜皂苷，需要30mg。DEPT：用以判断碳的类型，可以指导化合物中季碳、伯碳、仲碳、叔碳的数目。1350:季碳不
38、出现，CH2出倒峰；CH和 CH3出正峰。900：只出现CH 450：出现CH和CH3青蒿素 OOOOHHHHO1234567891 01 11 21 31 41 51H NMR13C NMRDept 二维核磁：H,H-COSY是一种最简单的二维NMR实验，它关联分子中偶合质子的化学位移。在此二维谱中，二个频率轴都以质子的化学位移作图，因此谱图是方形对称的。其一维1H NMR谱的投影出现于对角线上（称对角峰或对角信号）。对角线以外信号称交叉峰或相关信号，它们处于1H-1D-NMR信号的水平和垂直连线的交叉点上，表明对应的二个质子间相互自旋耦合。因此，H,H-COSY谱图揭示的是质子与质子间的自
39、旋偶合关系。快速确定分子中质子与质子间通过化学键的偶合关系，包括质子间孪生（2JHH）、邻位（3JHH）或远程如烯丙位和W型（4JHH）的偶合。1H-1H COSY HMQC 在二维C,H相关谱图中13C化学位移出现在X轴，1H化学位移出现在Y轴，交叉峰出现在相应的13C和1H信号的垂直和水平连线的交叉点上。提示相应的1H和13C核是通过1JCH相互关联的。它能够提供C，H之间通过键的直接连接（1JCH），清楚地告说你在一个C原子上连接几个H原子，提供了C共振信号的多重度的信息。同时揭示出哪个H原子连接在哪个C原子上，为把质子与质子间的偶合相关信息转变成为C原子与C原子的连接提供了基础。HMQ
40、C HMBC 对应于季碳原子化学位移的交叉峰提示出与该季碳原子相连接的分子部分构造的信息，如下式所示：C1HC2*C3H 其中C*为季碳原子，如果H1显示与C2*和C3的交叉峰或H3显示与C1和C2*的交叉峰，可以藉此把C1，C2*和C3三个C原子依次连接起来。不仅如此，HMBC实验还为把杂原子X（XO，S，N等）接入分子骨架提供了依据，如下式所示：C1HXC2HHMBC 绝对构型：可以确定每个手性中心的构型如R或S。相对构型：通常用和表示，平面上方用，下方用。NOESY只能确定化合物的相对构型，要确定决定构型可用CD法、X单晶衍射，或化学法。CH3OHCH3OH12NOESY在环A中，H3与
41、H7之间有NOE，表明它们是顺式取代。H3与4-CH3之间和H7与6-CH3之间的NOE相关提示H3，H7，4-CH3和6-CH3都是顺式取代。同样在环B中，14-CH3与15-OH之间的NOE相关提示它们是顺式取代 OOOOOOCOOHMeMeCH3HOHHHHOHHMeHOHMeOHOHMeMeMeMeMeMeHHOHH1234567891011121314151617181920212324252628272930323133343536表示NOE相关其中1和2磁等价，5a和5b是不等价H3CCHCH3HNOHHH12345a5b质谱质谱(MS)1 1 定义定义 质谱（Mass Spec
42、troscopy）是记录分析样品在质谱仪中经高温（300）气化，在离子源受一定能量冲击产生阳离子，而后在稳定磁场中按质量和电荷之比（m/z）顺序进行分离并通过检测器表达的图谱。图中的每一个峰代表一个质量数。2 2 作用作用 根据分子离子峰（通常在最高处）与碎片峰的质荷比推导化合物的结构。高分辨质谱则直接给出分子量的精确数字和分子式。这是解析化合物结构的重要基础。，然后运用各类化合物的碎片规律进行分析，为确定化合物化学结构提供极其重要的数据。.进样系统进样系统离子源离子源质量分析器质量分析器检测器检测器控制和数据控制和数据处理系统处理系统真空系统真空系统 *质谱中不能用平均原子量（如氯=35.4
43、5）计算，而要35Cl=34.96885359。一般以12C=12.00000000为标准。有机化合物中各元素与其同位素的精确质量如下：1H=1.007825222H=2.0141022214N=14.0030744015N=15.000109335Cl=34.9688535937Cl=36.9659030479Br=78.918332081Br=80.916292127I=126.90447553 分类分类 3.1 电子轰击质谱电子轰击质谱(EI-MS)质谱常用的离子源是电子轰击源，即利用低能量（70电子伏特）的慢电子轰击样品的气体分子使成阳离子。缺点缺点 不能用于受热易分解的化合物 有许多
44、化合物在一般情况下，即在电子轰击质谱中不出现分子离子峰分子离子峰(由一个化合物分子失去一个电子而产生的阳离子称为分子离子)，据估计有20%有机化合物样品，如许多甾体化合物和许多配糖体测不出分子离子峰。1 1、EIEI（电子轰击离子化）（电子轰击离子化）V加速电压试样蒸汽阴极阳极电子束离子xyz电子轰击质谱示意图电子轰击质谱示意图NNH八角枫碱 八角枫 Alangium chinense(Lour.)Harms中的主要生物碱，经鉴定为消旋毒藜碱 NH+m/e 84NNH.+NNH+m/e 161NN+HNNH+.m/e 106m/e 133 3.2 场解吸质谱（Field Desorption，
45、FD-MS）样品不经气化与载体表面形成一个薄层，再与电离剂接触，为了测定极性大的大分子化合物和提高灵敏度，可加微量带阳离子的Na+，K+等碱金属化合物于测试样品，促使产生阳离子复合物(M+Na)+，从而产生明显的带金属离子的分子离子峰和离子碎片，这种离子峰与碎片峰一般比电子轰击法与化学电离法所产生的离子峰更稳定，且强度更高。3.3 快原子轰击法（Fast Atom Bombard ment，FAB）样品通常溶解在甘油中由载体引入，分子经快速原子氩轰击后进入质谱仪，可顺利地用以测定如抗生素（Vacomycin，分子量1448）这样的环状糖肽化合物或分子量高达4084的一种甲状旁腺激素（Parat
46、hyroid Hormone）。3.4 电喷雾电离（ESI）3.5 基质辅助激光解吸电离（MALDI）3.6 化学电离质谱:它是在高气压（1乇）下，在质谱仪的离子源中引进反应气体（常用的有：甲烷、丙烷、异丁烷、氨、四甲基硅、二甲氨等）。反应气体在5070电子伏特电子轰击下电离成一次电子。以甲烷为例：以甲烷为例：CH4+eCH4+CH3+这些离子又与反应气体反应产生二次离子：CH4+CH4CH5+CH3 如以甲烷为例，它与分析样品BH的反应如下：CH5+BHBH2+CH4 BH2+化学电离质谱的最大优点是增强分子离子峰，并易于鉴别杂质的存在。其次，化学电离质谱的图谱简单，近分子量区的峰较明晰，而常用的电子轰击质谱图谱比较复杂，有时近分子量区的碎片峰很少，所以化学电离质谱很有利于结构分析 高分辨质谱则直接给出分子量的精确数字和分子式。这高分辨质谱则直接给出分子量的精确数字和分子式。这是解析化合物结构的重要基础是解析化合物结构的重要基础。O HC6H1 28 4.0 9 3 9C5H8O8 4.0 5 7 5 谢谢观赏
