四谱联用解析在药分中的应用.docx

四谱联用解析在药分中的应用版权所有 请勿抄袭 如若抄袭 后果自负摘要：简单介绍红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱的原理，并且结合四种光谱分析确定具体化合物，以及其在药物化学中的应用。正文：一、四谱简介uv、ir、nmr和ms四大谱图是目前对药物分子进行结构表征的主要方法，统称四大波普。由于各种波谱方法的原理不同，可提供的结构信息不同，它们都有一定的适用范围和局限性，在很多情况下需要综合使用才能达到确定分子结构的目的。质谱（mass spectra，ms）是一种按质量大小规律（质荷比）进行排列的谱图。有机质谱是在真空体系中，通过称为“离子化”的电子轰击等手段，打掉有机分子的一个电子，形成具有自由基正离子特征的“分子离子”，并进一步打断某一或者某些化学键，使分子离子断裂成碎片。分子离子峰的位置确定分子量，并通过碎片离子峰信息推测分子的结构。紫外可见吸收光谱（ultraviolet-visible absorption spectroscopy）是分子吸收紫外可见光区的电磁波（波长10800nm），其外层价电子发生能级跃迁而产生的吸收光谱，简称紫外光谱（uv），也叫电子光谱。红外光谱（infrared spectroscopy，ir）是一种分子吸收光谱，它反映分子振动能级的跳跃情况，提供化合物具有何种官能团的信息。分子中成键原子处于不断地振动状态中，不同的振动具有相当的振动频率。当样品中分子受到频率连续变化的红外光照射时，某一波长红外光的频率若与分子中某种振动形式的固有频率相同，光子的能量可以传送给分子，如果分子对光子吸收而产生振动能级的跃迁，则相应频率的透射光强度减弱。以波数或波长为横坐标，吸收强度或透过率为纵坐标记录吸收曲线，就得到红外吸收光谱。核磁共振谱（nuclear magnetic resonance，nmr）也是一种吸收光谱，核磁共振主要有两种：1h-核磁共振谱（1h-nmr简称氢谱）和13c-核磁共振谱（简称碳谱）。氢谱可提供：分子中不同氢原子所处的化学环境；各种氢原子的相对数目；相邻碳原子上氢以及分子构型等有关信息。碳谱可以提供有关分子“碳骨架”结构的信息。氢谱和碳谱互相补充，可以确定分子骨架。1 郑穹 黄昆 梁淑彩 药物波谱解析实用教程 2009 武汉大学出版社二、四谱联用技术的一般分析过程：1、打印合适的质谱（ms）、紫外（uv）、红外（ir）以及核磁（nmr）谱图。2、根据质谱图确定药物的相对分子质量，利用分子的离子峰（m）、同位素峰（m+1）、（m+2）的相对丰度，查阅beynon表确定药物可能的分子式。3、由分子式计算药物的不饱和度，推测大致的化合物类型。4、根据紫外光谱图从max和max推测存在的生色团，看是何种吸收带，并判断化合物分子结构中是否存在共轭体系或芳环。5、根据红外光谱图吸收峰的位置、形状和强弱推测出可能含有的官能团。6、根据核磁共振氢谱图的化学位移判断质子的化学环境，从自旋偶合裂峰判断相邻质子数，从积分线高度判断质子数目，进一步综合确定分子的碳架，推测结构式。7、四谱的信息相互佐证，进行必要的修正，直到药物分子的结构式完全合理。8、根据分子的质谱裂解式，从裂解碎片离子的重要信号峰验证推测的结构式。三、实例分析例一：2-丁酮。7372572943m(72)=22.1m+1(73)=1.0106mg在100ml 95%etoh中光程长度1cm推理过程：ms看出化合物相对分子质量为72，m+1峰为：1.0*100/22.1=4.52，查阅beynon图：质量和同位素丰度表（部分）分子式m+1m+2分子式m+1m+2ch4n42.670.03c3h6no3.760.25c2h2no22.650.42c3h8n24.130.07c2h4no23.030.23c4h8o4.490.28c2h6n33.400.44c4h10n4.860.09最可能的化学式为c4h8o。计算分子的不饱和度= 4*2+2-82=1，推测有碳碳双键或者碳氧双键。uv中在280-330nm有吸收带，有c=o的n*跃迁。ir中1715cm-1左右有明显的c=o吸收峰，没有不饱和碳上的碳氢吸收（=c-h 3100-3000cm-1）和碳碳吸收（c=c 1680-1620cm-1），也没有脂肪醛吸收（c=o 1740-1720cm-1），因此判断化合物可能为脂肪酮。nmr中化学位移1=2.3 2=2.1 3=1 2.1处为孤峰最可能的基团为ch3c=o与不饱和度1吻合。积分线高度之比为2:3:3，说明有ch3ch2c=o和o=cch3。因此，可以推测药物a的结构式为：ms断裂式验证：质量数差常见失去的电中性碎片分子结构推测m-15ch3支链甲基、乙酰基化合物、乙苯m-28co酚、醌、环酮、内酯m-29ch2ch3乙基取代物、乙基酮、丙酰化合物等m-43乙酰基ch3co甲基酮正电荷诱发i断离脱h3cc=o -43h3cch2 + m/z 29c +h3cch2cch3 m/z 72脱co -28h3cch2co m/z 57断裂脱ch2ch3-29断裂脱ch3-15occh3 m/z 43 （基峰）+例二：对羟基乙酰苯胺（扑热息痛）的谱图推断分析对羟基乙酰苯胺扑热息痛是一种解热镇痛药,常用于发热,疼痛等症的治疗。扑热息痛的含量测定方法目前文献报道很多,有比色法、化学滴定法、差示分光光度法、高效液相色谱法、薄层色谱法、电化学分析法核磁共振波谱法、质谱法、拉曼光谱法等，以下利用四谱解析法测定分子式扑热息痛。2 高文兰 懂明芝 沈阳药学院学报 1993年 10卷 1期 60-621518180108109m(151)=44.1m+1(152)=4.143ms看出化合物相对分子质量为151，m+1峰为：4.1*100/44.1=9.297，查阅beynon图：质量和同位素丰度表（部分）分子式m+1m+2分子式m+1m+2c8h7o38.870.95c3h11o29.980.85c8h9no29.250.78c8h13n310.000.45c8h11n2o9.620.62c9h13no10.350.68最可能的化学式为c8h9no2。计算分子的不饱和度= 8*2+2+1-92=5，推测有一个苯环。uv中在230-270nm有吸收带，（max254nm；max200）称为精细结构吸收带，也称b吸收带，是有 *跃迁与苯环的震动重叠引起的。3 方惠群 于俊生 史坚 仪器分析 2002 科学出版社ir中1900-1800cm-1左右有苯骨架震动吸收峰，1600-1400cm-1左右有苯环骨架震动吸收峰，在3300cm-1左右有中等强度的尖锐单峰，结合分子式中有一个n，推测n原子上可能连有一个h原子，在3400-3000cm-1区域有宽峰，说明分子中存在羟基，在1670cm-1左右有较强峰，因此，分子中可能有连在共轭体系上的羰基。nmr中化学位移1=9.66 2=9.14 3=7.35 4=6.69 5=1.99 1和2证实分子中羟基的存在，3和4有两组氢原子信号，佐证该物质中有苯环的存在。以氢谱1或者2的强度为基准，确定分子中各类氢原子比例为：1:1:2:2;3（从低场到高场）。3和4氢原子比例为2:2推测化合物是苯环的对位二取代对称结构，5的三个氢原子为单峰，说明是连接在具有一定吸电子能力基团上的ch3。同样推出碳谱结论：167有羧酸衍生物的羰基碳信号、121和115为对取代苯环的四个未取代碳的信号、153和131分别为两个以取代碳的信号。至此，可以知道该药物的结构碎片有：nh、oh、c6h4、c=o、ch3。由于苯环上只有两个取代基，因此只可能是nh和oh，羟基oh不能连另外的基团，亚氨基nh上可以进一步连接的只可能是羰基c=o，羰基另外连接甲基ch3。因此，药物的结构只可能是对羟基乙酰苯胺（扑热息痛）。通过质谱验证：质量数差常见失去的电中性碎片分子结构推测m-28co酚、醌、环酮、内酯m-42c3h6、ch2=c=o芳香丙基醚、内酯、丁酮等麦氏重排m-43乙酰基ch3co甲基酮h hnh+hh酰胺cn键均裂失去羟基苯胺基-108occh3m/z 43oohm/z 151nhcch3+酰胺cn键异裂失去乙酰基-43麦氏重排失去o=cch2 -42ohnh+m/z 108ohm/z 109nhhh+h h失去co-28失去co-28nhm/z 80m/z 80例三、苯巴比妥又称鲁米那 ,属于长效巴比妥类镇静催眠药 ,具有抗焦虑、 镇静、 催眠、 抗惊厥、 抗癫痫及中枢性肌肉松弛作用1 ,且在日常生活中容易获得,故在刑事案件中经常遇到投用此类药物作案的案例。由于生物样品检材成分复杂,存在大量的干扰物,因此在生物体检材中进行安眠药物的定性定量分析具有较大难度。以下则为苯巴比妥四谱解析。4 陈建虎 刑事技术 2010年 第5期 32-34m(232)=33.0m+1(233)=4.6ms看出化合物相对分子质量为232，m+1峰为：4.6*100/33=13.939，查阅beynon图：质量和同位素丰度表（部分）分子式m+1m+2分子式m+1m+2c12h10no413.671.66c12h16n4o14.791.22c12h12n2o314.041.52c12h24o413.511.64c12h14n3o214.411.37c12h26no313.881.49最可能的化学式为c12h12n2o3。计算分子的不饱和度= 12*2+2+2-122=8，不饱和度大，分子中可能有1-2个苯环或者其他环和双键。ir中3000cm-1左右既有不饱和碳上c-h伸缩振动吸收峰，又有饱和碳上c-h伸缩振动吸收峰。3200cm-1左右有不明显的o-h伸缩振动吸收峰，在3310cm-1左右有明显的中等强度尖锐单峰，结合分子式中有n，推测n原子上可能连有一个h原子，应该是类似仲胺或者酰仲胺的n-h伸缩振动。在1780-1650cm-1区域有复杂的多个强峰，说明分子中存在多个羟基，因此该物质可能有一个苯环和多个羰基。在700-750cm-1有峰，说明可能是苯环单取代。ms中其特征是m28峰成为基峰，易失去co，可能是酚、醌或者是环酮结构，m27，说明此时可能失去hcn，结合分子式和红外信息，说明分子具有含n杂环结构。nmr中化学位移1=8.79 2=7.36 3=2.488 4=0.995 确定分子中各类氢原子比例为：2:5:2:3（从低场到高场）。 2的峰说明该物质为单取代苯环，3和4左右的两组相互列分峰，说明为ch2ch3，根据以上信息，1左右的宽峰应该是酰胺n上的h信号，根据形状和积分高度，它来自两个等同的酰仲胺的h。同样分析碳谱可以得到：136.9(s) 129.3(d) 128.8(d) 126.6(d) 都为单取代苯环的碳信号，29.8(t) 10.1(q) 为ch2ch3碳信号，此外，信号强度较大的170.7来自两个等同的酰仲胺conhr羰基碳原子，61.6可能来自四取代的碳。至此，可以知道该药物的结构碎片有：c6h5、ch2ch3、conh、conh和一个季c，根据不饱和度8和剩余的c和o，推测他们以羰基形势出现，此时已有7个不饱和度，剩余一个应该形成环。因此该药物可能为苯巴比妥。 波谱分析也不是万能的，药物分子的确定往往还需要使用其他手段，苯巴比妥可以通过该化合物的颜色反应予以确认。现代药物分析方法的连续化、自动化、最优化