天然产物结构研究方法

1、天然药天然药( (产产) ) 物化物化学学Natural Medicinal (Products) Chemistry王开金王开金第四节第四节 结构研究方法结构研究方法l一、纯度的测定一、纯度的测定l二、结构研究的主要程序二、结构研究的主要程序l三、结构研究中采用的主要方法三、结构研究中采用的主要方法一、纯度的测定一、纯度的测定l纯度检查法：纯度检查法：l均一的晶形均一的晶形l敏锐的熔点、沸点、折光率、比旋度敏锐的熔点、沸点、折光率、比旋度lTLC、PC、GC、HPLC二、结构研究的主要程序二、结构研究的主要程序三、结构研究中采用的主要方法三、结构研究中采用的主要方法1. 确定分子式，计算不饱

2、和度确定分子式，计算不饱和度2. 质谱质谱 （MS，mass spectrum）3. 红外光谱（红外光谱（IR，infrared spectra）4. 紫外紫外-可见吸收光谱（可见吸收光谱（UV-vis) (ultraviolet-visible spectra）5. 核磁共振（核磁共振（NMR，nuclear magnetic resonance）6. 其他：其他： X单晶衍射法单晶衍射法 旋光光谱（旋光光谱（ORD） 园二色谱（园二色谱（CD） 三、结构研究中采用的主要方法三、结构研究中采用的主要方法 1. 1. 确定分子式，计算不饱和度确定分子式，计算不饱和度 分子式的确定分子式的确定

3、元素定量分析结合分子量测定元素定量分析结合分子量测定 同位素丰度比法同位素丰度比法 高分辨质谱（高分辨质谱（HR-MS，high resolution mass spectrum ） 不饱和度的计算不饱和度的计算 u=/2/21 ：一价原子数：一价原子数 如如H、X ：三价原子数，如：三价原子数，如N、P ：四价原子数，如：四价原子数，如C三、结构研究中采用的主要方法三、结构研究中采用的主要方法 2. 2. 质谱质谱 （MSMS，mass spectrummass spectrum）p确定分子量、分子式确定分子量、分子式p提供部分结构信息提供部分结构信息 丢失碎片的大小丢失碎片的大小 如如15

4、、17 碎片的碎片的m/z及裂解方式及裂解方式质谱分析法（质谱分析法（MS）是将分析样品离子化，使带正电的离子是将分析样品离子化，使带正电的离子加速并在电磁场的作用下，按不同的质荷比加速并在电磁场的作用下，按不同的质荷比(m/z)分开，形分开，形成相应的质谱图。根据质谱峰出现的位置，可进行定性分成相应的质谱图。根据质谱峰出现的位置，可进行定性分析，根据质谱峰的强度可进行定量分析。析，根据质谱峰的强度可进行定量分析。2. 质谱质谱 （MS）质谱仪基本构造质谱仪基本构造1.1.进样系统进样系统2.2.离子源离子源3.3.质量分析器质量分析器4.4.离子检测器离子检测器5.5.记录器记录器6.6.真

5、空系统真空系统 三、结构研究中采用的主要方法三、结构研究中采用的主要方法 2. 质谱质谱 （MS，mass spectrum）常用质谱离子化技术方法及特点常用质谱离子化技术方法及特点: : 电子轰击质谱（电子轰击质谱（EI-MS，electron impact ionization） 场解析质谱（场解析质谱（FD-MS，field desorption ionization） 快速原子轰击质谱（快速原子轰击质谱（FAB-MS，fast atom bombardment） 电喷雾质谱（电喷雾质谱（ESI-MS，electrospray ionization） 基质辅助激光解析质谱（基质辅助激光解

6、析质谱（MALDI-MS） matrix-assisted laser desorption ionization 常用质谱技术及特点常用质谱技术及特点电子轰击质谱电子轰击质谱（EI-MSEI-MS）l 样品需加热气化，离化，得到样品需加热气化，离化，得到M M+ +l 难气化、易热解的成份测不到难气化、易热解的成份测不到M M+ +l 如糖、苷、氨基酸、肽、蛋白、核酸、抗生素如糖、苷、氨基酸、肽、蛋白、核酸、抗生素电子轰击质谱图电子轰击质谱图(EI-MS)常用质谱技术及特点常用质谱技术及特点-场解析质谱场解析质谱（FD-MS） 试样稀液涂于钨丝上作阳极，对面加阴极，高压试样稀液涂于钨丝上作阳

7、极，对面加阴极，高压电场电场，使电离，使电离 难气化、易热解的成份，可得到难气化、易热解的成份，可得到 分子离子相关峰：分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+ 逐个脱去糖基的碎片峰：逐个脱去糖基的碎片峰：MH-162+、MH-162-146+ 苷元的碎片离子相对少苷元的碎片离子相对少场解析质谱（场解析质谱（FD-MS）常用质谱及特点常用质谱及特点-快速原子轰击质谱快速原子轰击质谱（FAB-MSFAB-MS）p离子枪发射高能离子与另一中性粒子碰撞，交换电荷，离子枪发射高能离子与另一中性粒子碰撞，交换电荷， 形成高速中性粒子，与样品碰撞，使其电离形成高速中性粒子，与样品碰撞，使其电离p难气化、易

8、热解的成份，可得到难气化、易热解的成份，可得到 分子离子相关峰：分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+ 逐个脱去糖基的碎片峰：逐个脱去糖基的碎片峰：MH-162+、MH-162-146+ p可得到苷元的碎片可得到苷元的碎片快速原子轰击质谱（快速原子轰击质谱（FAB-MS）MW: 492OOOOHHOHOOHHOOHOHOHOHHH12451341343常用质谱技术及特点常用质谱技术及特点电喷雾质谱（电喷雾质谱（ESI-MS） electrospray ionization p强静电场使试样电离，强静电场使试样电离，p难气化、易热解、大分子、小分子，均可得到难气化、易热解、大分子、小分子，均可

9、得到 分子离子相关峰：分子离子相关峰：MH+、MNa+、MK+ 高分辨质谱高分辨质谱常用质谱技术及特点常用质谱技术及特点-基质辅助激光解析质谱（基质辅助激光解析质谱（MALDI-MS） matrix-assisted laser desorption ionization p用于研究结构复杂，不易气化的大分子物质的分子用于研究结构复杂，不易气化的大分子物质的分子量量 如多糖、蛋白、核酸等如多糖、蛋白、核酸等 三、结构研究中采用的主要方法三、结构研究中采用的主要方法 3. 红外光谱（红外光谱（IR，infrared spectra） 原理：原理： 化学键的振动在红外光区（化学键的振动在红外光区（

10、4000625cm-1）引起的吸收）引起的吸收谱图谱图 作用：作用： 特征频率区（特征频率区（functional group region） 40001500 cm-1确定官能团类型确定官能团类型 指纹区（指纹区（fingerprint region） 1500600 cm-1构象、构型、取代模式等构象、构型、取代模式等红外光谱的八个峰区红外光谱的八个峰区三、结构研究中采用的主要方法三、结构研究中采用的主要方法 4. 4. 紫外紫外- -可见吸收光谱（可见吸收光谱（UV-vis)UV-vis)原理原理 电子由基态跃迁至激发态（电子由基态跃迁至激发态（、n n） 在紫外可见光区（在紫外可见光区

11、（200200700nm700nm）引起的吸收谱图）引起的吸收谱图作用作用对含有共轭双键、对含有共轭双键、,-,-不饱和羰基、芳香化合物的结构鉴定有重要不饱和羰基、芳香化合物的结构鉴定有重要价值价值特定的吸收谱特征特定的吸收谱特征骨架类型的判断骨架类型的判断 如：黄酮、香豆素、蒽醌如：黄酮、香豆素、蒽醌加诊断试剂前后谱图的规律性变化加诊断试剂前后谱图的规律性变化取代图式的推断取代图式的推断 如：黄酮、香豆素如：黄酮、香豆素三、结构研究中采用的主要方法三、结构研究中采用的主要方法5. 核磁共振（核磁共振（NMR） （nuclear magnetic resonance）l 原理：原理：l 1H、

12、13C等具有磁矩的原子在外加磁场中受电磁波照射，等具有磁矩的原子在外加磁场中受电磁波照射，吸收一定能量电磁波，产生能级变化，引起核磁共振吸收一定能量电磁波，产生能级变化，引起核磁共振l 氢核磁共振（氢核磁共振（1H-NMR）l 碳核磁共振谱（碳核磁共振谱（13C-NMR）l 二维核磁共振谱二维核磁共振谱 （2D-NMR）3.1 核磁共振谱图核磁共振谱图乙醚的1H-NMR谱图CH3CH2积分曲线积分曲线氢核磁共振（氢核磁共振（1 1H-NMRH-NMR）n 应用：应用： 提供提供H H的类型、数目、相邻原子团的信息的类型、数目、相邻原子团的信息n 四个参数：四个参数：o 化学位移（化学位移（ ）

13、：）：1 1101020ppm 20ppm H H的类型的类型 屏蔽效应屏蔽效应o 积分值积分值/ /积分面积积分面积 同一环境下同一环境下H H的个数的个数o 自旋偶合裂分的峰数自旋偶合裂分的峰数 邻位与其不等同的邻位与其不等同的H H的个数的个数 符合符合 n+1n+1律律 s, d, t, qs, d, t, qo 偶合常数（偶合常数（J J） H H核间的距离核间的距离 相隔键数：相隔键数： 越少，越少，J J大，通常为大，通常为3 3J JH-HH-H 二面角：二面角： 越接近越接近9090，J J越小越小 越接近越接近0 0、180180，J J越大越大各类氢质子的化学位移值范围各

14、类氢质子的化学位移值范围 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 RCH2-O=C-CH2-C=C-CH2-CCCH2-CH2-CH2-X-CH2-O-CH2-NO2C=C-HAr-HRCHORCOOH3.2 核磁共振谱图核磁共振谱图乙醚的乙醚的1 1H-NMRH-NMR谱图谱图CH3CH2积分曲线积分曲线氢核磁共振（氢核磁共振（1 1H-NMRH-NMR）HaHbHcHd氢的氢的偶合与偶合常数偶合与偶合常数(J(JH-HH-H) )：4 4Jac=1.6Jac=1.62.0Hz2.0Hz4 4Jbc=0Jbc=01.5Hz1.5Hz烯丙偶合烯丙偶合芳环上的偶合芳环上的

15、偶合3 3Jab=6Jab=610 Hz10 Hz4 4Jac=1Jac=13Hz3Hz5 5Jad=0Jad=01 Hz1 Hz例：例：C6H5CH2CH2OCOCH3的的1H-NMR谱图谱图(苯氢)(与氧原子相连的亚甲基氢)(与羰基相连的甲基氢)CH2CH2OCCH3Oabcd38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: : 1 1250250； 分辨率高，谱线简单，可观察到分辨率高，谱线简单，可观察到季碳季碳； 可给出化合物骨架信息。可给出化合物骨架信息。缺点：缺点：测定需要样品量多，测定测定需要样品量多，测定时间长，时间长， 13C信号灵敏度信号灵敏度 是是1H信号的

16、信号的1/6000。 而吸收强度一般不代表碳原子个数，与种类有关。而吸收强度一般不代表碳原子个数，与种类有关。39常见一些基团常见一些基团 值值: : 脂肪脂肪C: 50 连杂原子连杂原子C: C-O,C-N 40-100 C-OCH3 : 50-60 糖上连氧糖上连氧C： 60-90 糖端基糖端基C : 90-110 炔炔C： 60-90 芳香碳芳香碳,烯碳烯碳: 120-140 连氧芳碳连氧芳碳,烯碳烯碳: 140-170;其邻位芳碳其邻位芳碳,烯碳：烯碳： 90-120 C=O: 160-220化学位移化学位移 值值40 C=O: 160-220 酮：酮： 195220 醛：醛： 185205 醌：醌： 180-