生物碱核磁讲义

1、博士研究生课程博士研究生课程1H和和13C NMR在生物碱结构解析上的应用在生物碱结构解析上的应用北京大学医药卫生分析中心北京大学医药卫生分析中心天然药物及仿生药物国家重点实验室天然药物及仿生药物国家重点实验室杨秀伟杨秀伟一、生物碱的定义：一、生物碱的定义： 从广义范围讲，生物界除了生物体必须的含氮化合物，如氨基酸、多肽、蛋白质和B族维生素外，其他所有含氮有机化合物皆可视为生物碱。二、生物碱的发现史：二、生物碱的发现史： 1803年，Derosne首先从鸦片中得到第一个生物碱那可汀(narcotine)； 1806年，德国Serturner又从鸦片中得到吗啡(morphine)； 1810年，

2、西班牙医生从金鸡纳树皮中得到结晶性物质奎宁和辛可宁混合物； 1817年，发现士的宁(strychnine)和吐根碱(emetine)； 1819年，发现马钱子碱(brucine)、胡椒碱(piperine)和咖啡碱(caffeine)； 1820年，发现奎宁(quinine)和秋水仙碱(colchicine)。二、生物碱的发现史：二、生物碱的发现史： 由于生物碱结构复杂，虽然 19 世纪初提出了不少生物碱，但当时并未确定结构式，直到 1870年才搞清较为简单的毒芹碱(coniine)结构式，对于复杂结构生物碱结构式的确定多数是在 20 世纪，如士的宁直到 1946 年才得到正确的结构式等。迄今

3、，已确定结构的生物碱达万余种。 我国赵学敏在本草纲目拾遗中记载， 17世纪初白猿经一书中即记述了从乌头中提炼出砂糖样毒物作箭毒用。用现代的观点分析，该物质应是乌头碱 (aconitine)。 这比欧洲科学家发现的生物碱要早二百年左右。三、生物碱的结构确定三、生物碱的结构确定 早期生物碱的结构确定是结合反应模式和元素分析及降解到已知结构的小碎片。这些较早的工作带来了许多新的、有价值的反应和重排的发现。碎片结构的确定常常是通过精细的化学合成来完成的，全合成十分复杂。从实用和商业上来考虑，常常需要改变实验室的合成过程。由此带来化学合成技术上的革命。一系列新的合成路线的设计和特异进行的天然化合物的化学

4、合成极大地促进了有机合成的发展。但是，较早提出的生物碱结构不是十分慎重的。 自从1944年，Perkin-Elmer公司生产了世界上第一台红外光谱仪，出现了生物碱结构确定的化学降解和官能团组装的融合；20世纪初质谱仪的诞生，结合质谱提供的碎片信息，出现了生物碱结构确定的片段对接。 当代生物碱结构的确定完全是应用1H和13C NMR及其相关技术。1H NMR 谱（一维）CH, CH2, CH3中质子信号的归属1H 化学位移相关二维 NMR 谱 （自旋体系的解析）13C NMR 谱（一维）INEPT 谱（识别碳原子基团）1H-13C 化学位移相关二维 NMR 谱确定碳原子骨架NOE 相关二维 NM

5、R 谱 NOE 差谱（确定 1H 的空间排布） 确定分子结构（ 1H 原子的归属）13C 原子的归属四、生物碱结构确定的四、生物碱结构确定的NMR程序程序五、五、1H NMR波谱法在生物碱结构解析中的应用波谱法在生物碱结构解析中的应用（一）、一般规则（一）、一般规则1、单取代烷烃的、单取代烷烃的1H NMR波谱化学位移波谱化学位移取代基-CH3-CH2 -CH3-CH2 -CH2 -CH3-CH CH3-(CH3)3-NH22.472.74 1.102.61 1.43 0.933.07 1.031.15-NHCOCH32.713.21 1.123.18 1.55 0.964.01 1.131.

6、28-NO24.294.37 1.584.28 2.01 1.034.44 1.531.592、芳香族取代烷烃的、芳香族取代烷烃的1H NMR波谱化学位移波谱化学位移NMe3.502.16NHMeNHMe2.05NNHMe2.422.27NNHMe2、芳香族取代烷烃的、芳香族取代烷烃的1H NMR波谱化学位移波谱化学位移ONMe2.182.74SNMe2.05NNHMeNNHMeMe2.793.80NNMeNMe1234 Sub.2 2.553 2.324 2.371 3.602 3.203 2.30Sub. 321NHMe3、脂肪族胺的、脂肪族胺的1H NMR波谱化学位移波谱化学位移 Fat

7、ty alkyl - NH2(Fatty alkyl)2 - NHa = 0.5 - 4.0aaaaa = 6.0 - 9.0 Fatty alkyl - NH3(Fatty alkyl)2 - NH(Fatty alkyl)3 - NHa+NH2NFatty alkylHNHaaaa = 2.5 - 5.0a = 6.0 - 9.0aaaNFatty alkylHHNH3a+N(Fatty alkyl)2H3、脂肪族胺的、脂肪族胺的1H NMR波谱化学位移波谱化学位移CH3NH2CH3CH2NH2(CH3)2CHNH2 = 2.47 (CH3) = 2.74 (CH2) = 1.10 (CH

8、3) = 3.07 (CH) = 1.03 (CH3)(CH3)2NHH3CNHH3CNHH3CNHNO2 = 2.30 (CH3) = 2.44 (CH3) = 2.78 (CH3) = 3.55 (NH) = 2.93 (CH3) = 4.62 (NH) = 3.09 (CH3) = 2.85 (CH3) = 2.21 (CH3) = 2.25 (CH3)N(CH3)2NH3CN(CH3)2NO2N(CH3)2(CH3)4N+(CH3CH2)4N+(CH3)3N+ = 3.30 (CH3) = 3.25 (CH2) = 1.25 (CH3) = 3.72 (CH3)小结：小结： 通常由于

9、NH 质子的快速交换，H-N-C-H的自旋结合很难观察到。如果有CH-NH-C=结构部分，常常可见裂分峰（如烯胺、芳香胺、酰胺）实际上，结合常数与构型和构象有关。如果能够自由旋转： JH-C-N-H = 5 6 如果用三氟乙酸作溶剂，可抑制氨离子的质子交换，可以观察到H-N+-C-H的自旋结合，此时 JH-N+-C-H = 5 64、非芳香环胺的、非芳香环胺的1H NMR波谱化学位移波谱化学位移NHab = 0.90(a) Jgem = 1 = 1.61(b) Jcis = 6 Jtrans = 4NHabc = 2.38(a) = 3.54(b) = 2.23(c)NHabc = 2.01(

10、a) = 2.75(b) = 1.59(c)NHabcd = 1.84(a) = 2.74(b) = 1.50(c) = 1.50(d) = 1.63(a) = 2.95(b) = 2.07(c) = 5.72(d) = 5.77(e) = 3.33(f)dcbaNHef = 5.73(a) = 4.42(b) = 3.15(c)cbaNH = 2.12(a) = 2.88(b) = 2.37(c) = 2.27(d)dcbaNNHMeONHabc = 1.92(a) = 2.87(b) = 3.67(c) = 2.32(a) = 3.62(b)baONMe5、脂肪族硝基化合物的、脂肪族硝基化

11、合物的1H NMR波谱化学位移波谱化学位移CH3NO2 = 4.29CH3CH2NO2 = 4.37(CH2) = 1.58(CH3)CH3CNO2CH3CH3 = 1.59 = 4.28(a) = 2.01(b) = 1.03(c)CH3CH2CH2NO2abc = 4.44(CH) = 1.53(CH3)HCNO2CH3CH36、脂肪族、脂肪族N-亚硝基、偶氮基、氧化偶氮基化合物的亚硝基、偶氮基、氧化偶氮基化合物的 1H NMR波谱化学位移波谱化学位移NNH3CH3CO-ab = 2.96(a) = 3.76(b) = 4.89(a) = 1.15(b) = 4.26(c) = 1.52(

12、d)baNNCCO-HHH3CH3CH3CH3Cbcdd = 3.70NNH3CCH3NNH3CCH3O = 4.16(a) = 3.16(b)aba = 3.40(a)NNH3Cba = 1.48(a) = 1.28(b)NN(H3C)3(CH3)3O-CH3, -CH2, -CH3: cis trans7、其他环状生物碱的、其他环状生物碱的1H NMR波谱化学位移波谱化学位移NHabcde = 7 12(a) = 6.62(b, e) Jab = 2.6 Jbd = 1.3 = 6.05(c, d) Jac = 2.3 Jbe = 2.1 Jbc = 2.6 Jcd = 3.5 = 7.1

13、3(a, b) Jab = 1 2 = 7.70(c) Jac = 1 2 = 13.4(d) Jbc = 0.5 1.5dcbaNNHNNHHabcd = 7.6(a, b) Jac + Jbc = 4.4 = 12(c) Jcd = 2.4 = 8.6(d) Jad = 1.4 = 7.55(a, c) Jab = 2.1 = 6.25(b) = 13.7(d)dcbaNNHNOabc = 7.69(a) Jab = 0.8 = 7.09(b) Jac = 0.5 = 7.95(c) = 7.41(a) Jab = 3.2 = 7.98(b) Jac = 1.9 = 8.88(c) Jbc

14、 = 0cbaNSSNabc = 8.72(a) Jab = 4.7 = 7.26(b) Jac 0.4 = 8.56(c) Jbc = 1.77、其他环状生物碱的、其他环状生物碱的1H NMR波谱化学位移波谱化学位移 = 8.19(a)aNONNNNHabc = 8.27(a) = 13.5(b) = 7.75(a) = 12.0(b)baNNNHNSNa = 8.58(a)NOabcde = 8.10(a, e) = 7.28(b, d) = 7.08(c) = 9.48(a) = 8.84(b) = 9.88(c)cbaNNN = 8.60(a, e) Jab = 5.5 = 7.25(

15、b, d) Jac = 1.9 = 7.08(c) Jad = 0.9 Jae = 0.4 Jbc = 7.6 Jbd = 1.6edcbaNN+Habcde = 9.23(a, e) Jab = 6.0 = 8.50(b, d) Jac = 1.5 = 9.04(c) Jad = 0.8 Jae = 1.0 Jbc = 8.0 Jbd = 1.47、其他环状生物碱的、其他环状生物碱的1H NMR波谱化学位移波谱化学位移 = 9.24(a, d) Jab = 4.9 = 7.55(b, c) Jac = 2.0 Jad = 3.5 Jbc = 8.4dcba = 8.26(a) Jab = 6

16、.5 = 7.83(b) Jac = 1.0 = 7.22(c) Jad = 1.0 = 8.54 Jbc = 8.0 Jbd = 2.5NNNNOabcddcbaNNONN = 8.43(a) Jab = 6.8 = 7.34(b) Jac = 1.6 = 8.24(c) Jad = 2.0 = 8.98(d) Jbc = 4.9 Jbd = 1.0 Jcd = 0abcd = 8.78(a, c) Jab = 5.0 = 7.36(b) Jac = 2.5 = 9.26(d) Jad = 1.5 Jbd = 0 = 8.63 Jab = 1.8 Jac = 1.8 Jad = 0.5dcb

17、aNN = 9.25aNNN（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（ 值以值以 TMS 为基准，为基准，DMSO-d6为溶剂为溶剂）N23456H2 = 8.59 + Zi2H3 = 7.38 + Zi3H4 = 7.75 + Zi4H5 = 7.38 + Zi5H6 = 8.59 + Zi6i = 3- 或或 5-取代取代Z32 = Z56Z34 = Z54Z35 = Z53Z36 = Z52-H0000-CH3-0.02-0.06-0.09-0.02-CH2OH0.110.150.04-0.04-CH2NH20.160.130.040.00-C

18、H2SO2-Ar-0.24-0.15-0.220.01-CH=CHCOOH0.450.520.340.17-Cl0.200.240.190.09-Br0.200.430.340.18-OH-0.03-0.370.15-0.24（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（ 值以值以 TMS 为基准，为基准，DMSO-d6为溶剂为溶剂）N23456H2 = 8.59 + Zi2H3 = 7.38 + Zi3H4 = 7.75 + Zi4H5 = 7.38 + Zi5H6 = 8.59 + Zi6i = 3- 或或 5-取代取代Z32 = Z56Z34 =

19、Z54Z35 = Z53Z36 = Z52-NH2-0.06-0.490.02-0.36-NHCOCH30.370.500.06-0.16-SO3H0.701.140.810.07-CHO0.450.420.120.20-COCH30.720.680.300.37-CO-Ar0.470.540.370.34-COOCH30.620.600.230.34-CSNH20.680.670.240.26-CH=NOH0.390.430.190.15-CN0.630.720.430.50（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（ 值以值以 TMS 为基准，为基

20、准，DMSO-d6为溶剂为溶剂）N23456H2 = 8.59 + Zi2H3 = 7.38 + Zi3H4 = 7.75 + Zi4H5 = 7.38 + Zi5H6 = 8.59 + Zi6i = 2- 或或 6-取代取代Z23 = Z65Z24 = Z64Z25 = Z63Z26 = Z62-H0000-CH3-0.11-0.01-0.160.08-CH2CH3-0.09-0.08-0.150.03-CH2-Ar0.12-0.08-0.200.02-CH2OH0.370.300.020.06-CH2NH20.200.07-0.090.05-CH2SC3H70.04-0.08-0.26-0

21、.06-CH2SO2-Ar 0 -0.3 0-0.20-CH=CH20.11-0.14-0.110.04-Ar0.16-0.28-0.40-0.03（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（ 值以值以 TMS 为基准，为基准，DMSO-d6为溶剂为溶剂）N23456H2 = 8.59 + Zi2H3 = 7.38 + Zi3H4 = 7.75 + Zi4H5 = 7.38 + Zi5H6 = 8.59 + Zi6i = 2- 或或 6-取代取代Z23 = Z65Z24 = Z64Z25 = Z63Z26 = Z62-NO21.090.670.740.

22、26-CHO0.930.420.500.44-COCH30.820.370.390.28-CO-Ar0.620.550.320.28-COOH0.970.430.480.42-COOH-n-C4H90.860.390.350.35-CONH21.050.470.430.30-CSNH21.410.370.330.25-CH=NOH0.400.280.010.16-CN0.880.380.550.39（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（ 值以值以 TMS 为基准，为基准，DMSO-d6为溶剂为溶剂）N23456H2 = 8.59 + Zi2H3

23、= 7.38 + Zi3H4 = 7.75 + Zi4H5 = 7.38 + Zi5H6 = 8.59 + Zi6i = 2- 或或 6-取代取代Z23 = Z65Z24 = Z64Z25 = Z63Z26 = Z62-2-吡啶基吡啶基0.12-0.09-0.260.00-F-0.100.400.12-0.13-Cl0.320.290.290.20-Br0.410.170.190.02-OH-0.70. 0-1.0-0.9-O-n-C4H9-0.53-0.03-0.49-0.32-NH2-0.68-0.31-0.78-0.48-NHCOCH30.940.16-0.20-0.10-NHCOOCH

24、2CH30.590.07-0.24-0.21-NHNO20.340.31-0.03-0.41NF7.508.467.288.15例：例：（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（ 值以值以 TMS 为基准，为基准，DMSO-d6为溶剂为溶剂）N23456H2 = 8.59 + Zi2H3 = 7.38 + Zi3H4 = 7.75 + Zi4H5 = 7.38 + Zi5H6 = 8.59 + Zi6i = 4-取代取代Z42 = Z46Z43 = Z45-H00-CH30.01-0.10-CH2-Ar0.00-0.15-CH2OH0.070.14-

25、CH2NH20.010.03-CH2S-n-C3H7-0.06-0.13-CH2SO2-Ar-0.09-0.18-CH=CH20.120.13-Cl0.000.05-Br0.090.35-OCH30.02-0.29N7.288.608.607.282.37例：例：i = 4-取代取代Z42 = Z46Z43 = Z45-NH2-0.15-0.74-NHCOCH3-0.050.31-SCH2-Ar-0.020.04-S-Ar0.05-0.16-CHO0.470.58-COCH30.400.58-CO-Ar0.360.40-COO-n-C4H90.340.54-CSNH20.350.68-CH=N

26、OH0.240.37-CN0.460.62（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（二）、单取代基对吡啶环质子化学位移的影响（ 值以值以 TMS 为基准，为基准，DMSO-d6为溶剂为溶剂）N23456H2 = 8.59 + Zi2H3 = 7.38 + Zi3H4 = 7.75 + Zi4H5 = 7.38 + Zi5H6 = 8.59 + Zi6（三）、多环生物碱质子的化学位移（三）、多环生物碱质子的化学位移NHabcdefg = 6.45(a) Jab = 3.1 Jde = 8.1 = 7.26(b) Jac = 2.0 Jdf = 1.3 = 10.1(c) Jad = 0.7 J

27、dg = 0.9 = 7.40(d) Jae = Jaf = Jag = 0 Jef = 7.1 = 7.09(e) Jbc = 2.5 Jeg = 1.2 = 6.99(f) Jbd = Jbe = Jbf = Jbg = 0 Jfg = 7.8 = 7.55(g) = 8.08(a) Jbc = Jde = 8.2 Jbe = 0.7 = 7.70(b, e) Jbd = Jce = 1.4 Jcd = 1.3 = 7.26(c, d)edcbaNNH = 8.20(a) Jac = 0.8 Jcf = 1.0 = 12.4(b) Jad = Jae = Jaf = 0 Jde = 7.0

28、 = 7.60(c) Jcd = 7.9 Jdf = 1.2 = 7.34(d) Jce = 1.2 Jef = 7.8 = 7.20(e) = 7.85(f) fedcbaNNH（三）、多环生物碱质子的化学位移（三）、多环生物碱质子的化学位移abcd = 7.96(a) Jab = 9.2 = 7.52(b) Jac = 1.0 = 7.52(c) Jad = 0.8 = 7.96(e) Jbc = 6 = 8.10(a) = 7.20 7.90(b) = 7.20 7.90(c) = 7.20 7.90(d) = 7.20 7.90(e)edcbaNONOabcde = 9.23(a) =

29、 8.23(b) = 7.55(c) = 7.55(d) = 8.12(e) = 7.64(a) Jab = 9.3 = 7.24(b) Jac = 1.2 = 7.24(c) Jad = 0.9 = 7.64(d) Jbc = 6.4dcbaNONNNNHabcd = 7.98(a) Jab = 8.6 = 7.45(b) Jac = 0.8 = 7.45(c) Jad = 1.0 = 7.98(d)NSN（三）、多环生物碱质子的化学位移（三）、多环生物碱质子的化学位移abcdefg = 6.28(a) Jab = 3.9 Jde = 6.8 = 6.64(b) Jac = 1.2 Jdf

30、= 1.0 = 7.14(c) Jad = 1.0 Jdg = 1.2 = 7.76(d) Jbc = 2.7 Jef = 6.4 = 6.31(e) Jbe = 0.5 Jeg = 1.0 = 6.50(f) Jcg = 0.5 Jfg = 9.0 = 7.25(g)NNN = 6.38(a) Jab = 2.2 Jcf = 1.0 = 7.80(b) Jac = 0.9 Jde = 7.0 = 8.39(c) Jbe = 0.5 Jdf = 1.2 = 6.62(d) Jcd = 6.9 Jef = 8.9 = 6.97(e) Jce = 1.0 = 7.44(f)fedcbaabcdef

31、 = 7.48(a) Jab = 1.0 Jcf = 1.0 = 7.48(b) Jbc = 0.7 Jde = 6.8 = 8.09(c) Jcd = 6.9 Jdf = 1.0 = 6.65(d) Jce = 1.2 Jef = 9.3 = 7.03(e) = 7.51(f)NNNabcdgef = 8.00(a) Jab = 8.3 Jdf = 1.1 = 7.26(b) Jac = 1.8 Jdg = 0.5 = 8.81(c) Jad = 0.8 Jef = 6.8 = 8.05(d) Jbc = 4.3 Jeg = 1.6 = 7.61(e) Jde = 8.2 Jfg = 8.2

32、 = 7.43(f) = 7.68(g) = 7.50(a) Jab = 6.0 Jdf = 1.3 = 8.45(b) Jad = 0.8 Jdg = 0.9 = 9.15(c) Jbc = 0.8 Jef = 7.0 = 7.87(d) Jcg 0.5 Jeg = 1.1 = 7.50(e) Jde = 8.2 Jfg = 8.7 = 7.57(f) = 7.71(g)fegdcbaNNNabcdef = 9.29(a) Jab = 0.0 Jcf = 0.8 = 9.23(b) Jac = 0.5 Jde = 6.9 = 8.01(c) Jcd = 8.5 Jdf = 1.2 = 7.8

33、3(d) Jce = 1.2 Jef = 7.9 = 7.58(e) = 7.84(f) = 7.73(a) Jab = 5.7 Jcf = 0.8 = 9.10(b) Jac = 0.8 Jde = 6.9 = 8.30(c) Jcd = 8.6 Jdf = 1.5 = 7.57(d) Jce = 1.3 Jef = 7.8 = 7.57(e) Jde = 8.2 Jfg = 8.2 = 7.57(f)fedcbaNNNNabcdef = 8.74(a) Jab = 1.8 Jde = 6.9 = 8.74(b) Jcd = 8.4 Jdf = 1.6 = 8.07(c) Jce = 1.6

34、 Jef = 8.4 = 7.68(d) Jcf = 0.6 = 7.68(e) = 8.07(f) = 9.44(a) Jac = 0.4 Jcf = 0.6 = 9.44(b) = 7.93(c) Jcd = 8.2 Jde = 6.8 = 7.85(d) Jce = 1.2 = 7.85(e) = 7.93(f)fedcbaNN（三）、多环生物碱质子的化学位移（三）、多环生物碱质子的化学位移NHabcde 8.08(a) Jab = 7.8 Jbc = 7.2 7.16(b) Jac = 1.2 Jbd = 0.9 7.36(c) Jad = 0.7 Jcd = 8.2 7.49(d)

35、Jae = 0.7 10.3(e) 9.09(a) Jab = 0.4 Jbe = 0.6 8.19(b) Jae = 0.9 Jcd = 6.6 7.64(c) Jbc = 8.2 Jce = 1.2 7.89(d) Jbd = 1.4 Jde = 9.0 8.22(e) edcbaNNHOabcde 8.27(a) Jab = 8.2 Jbc = 7.0 7.27(b) Jac = 1.4 Jbd = 1.0 7.74(c) Jad = 0.4 Jcd = 8.6 7.57(d) Jae = 0.4 11.7(e) （三）、多环生物碱质子的化学位移（三）、多环生物碱质子的化学位移五、五、1

36、3C NMR波谱法在生物碱结构解析中的应用波谱法在生物碱结构解析中的应用（一）、脂肪烃生物碱（一）、脂肪烃生物碱13C NMR化学位移的计算化学位移的计算 = - 2.3 + zi + S + kj zi :取代基的位置；取代基的位置；S:取代基的立体影响；取代基的立体影响； kj: 取代基构象角度的影响取代基构象角度的影响取代基取代基 -H0.00.00.00.0-C 9.19.4-2.50.3-C=C-19.56.9-2.10.4-C C-4.45.6-3.4-0.6-Ar22.19.3-2.60.3-F70.17.8-6.80.0-Cl31.010.0-5.1-0.5-Br18.911.

37、0-3.8-0.7-I-7.210.9-1.5-0.9-O-49.010.1-6.20.0-O-CO-56.56.5-6.00.0五、五、13C NMR波谱法在生物碱结构解析中的应用波谱法在生物碱结构解析中的应用（一）、脂肪烃生物碱（一）、脂肪烃生物碱13C NMR化学位移的计算化学位移的计算 = - 2.3 + zi + S + kj zi :取代基的位置；取代基的位置；S:取代基的立体影响；取代基的立体影响； kj: 取代基构象角度的影响取代基构象角度的影响取代基取代基 -O-NO54.36.1-6.5-0.5-N28.311.3-5.10.0-N+ 30.75.4-7.2-1.4-NH3

38、+26.07.5-4.60.0-NO261.63.1-4.6-1.0-NC31.57.6-3.00.0-S-10.611.4-3.6-0.4-S-CO17.06.5-3.10.0-SO-31.19.0-3.50.0-SO2Cl54.53.4-3.00.0-SCN23.09.7-3.00.0五、五、13C NMR波谱法在生物碱结构解析中的应用波谱法在生物碱结构解析中的应用（一）、脂肪烃生物碱（一）、脂肪烃生物碱13C NMR化学位移的计算化学位移的计算 = - 2.3 + zi + S + kj zi :取代基的位置；取代基的位置；S:取代基的立体影响；取代基的立体影响； kj: 取代基构象角度

39、的影响取代基构象角度的影响取代基取代基N+ -CHO29.9-0.6-2.70.0-CO-22.53.0-3.00.0-COOH20.12.0-2.80.0-COO-24.53.5-2.50.0-COO-22.62.0-2.80.0-CON22.02.6-3.2-0.4-COCl33.12.3-3.60.0-CS-N33.17.7-2.50.6-C=NOH(顺式顺式)11.70.6-1.80.0-C=NOH(反式反式)16.14.3-1.50.0-CN3.12.4-3.3-0.5五、五、13C NMR波谱法在生物碱结构解析中的应用波谱法在生物碱结构解析中的应用（一）、脂肪烃生物碱（一）、脂肪烃

40、生物碱13C NMR化学位移的计算化学位移的计算 = - 2.3 + zi + S + kj zi : 取代基的位置；取代基的位置；S:取代基的立体影响；取代基的立体影响； kj: 取代基构象角度的影响取代基构象角度的影响 S 值值取代基1234一级 (p)0.00.0-1.1-3.4二级 (s)0.00.0-2.5-7.5三级 (t)0.0-3.7-9.5-15.0四级 (q)-1.5-8.4-15.0-25.0五、五、13C NMR波谱法在生物碱结构解析中的应用波谱法在生物碱结构解析中的应用（一）、脂肪烃生物碱（一）、脂肪烃生物碱13C NMR化学位移的计算化学位移的计算 = - 2.3

41、+ zi + S + kj zi :取代基的位置；取代基的位置；S:取代基的立体影响；取代基的立体影响； kj: 取代基构象角度的影响取代基构象角度的影响构象KCX顺 叠CX顺 错CXC反 错反 叠不定型- 4.0- 1.00.02.00.0X实例：实例：N-t-丁氧基碳酰丙氨酸的丁氧基碳酰丙氨酸的13C NMR化学位移的计算化学位移的计算(a)基本值： -2.3 (b)基本值： -2.3 1C 9.1 1C 9.1 1COOH 20.1 1COOH 2.0 1NH 28.3 1NH 11.3 1COO 2.0 1COO -2.8 1C 0.3 S (p, 3) -1.1 S (t, 2) -

42、3.7 计算值 16.2 计算值 53.8 实测值 17.3 实测值 49.0 -1.1 4.8 CCH3CH3H3COCNOHCHCCH3OOHabcddd实例实例：N-t-丁氧基碳酰丙氨酸的丁氧基碳酰丙氨酸的13C NMR化学位移的计算化学位移的计算(c)基本值： -2.3 (d)基本值： -2.3 3C 27.3 1C 9.1 1OCO 56.5 2C 18.8 1 NH -5.1 1OCO 6.5 1C 0.3 1NH 0.0 S (q, 1) -1.5 S (p, 4) -3.4 计算值 75.2 计算值 28.7 实测值 78.1 实测值 28.1 -2.9 0.6 用上式计算的结

43、果，一般计算值和实测值相差用上式计算的结果，一般计算值和实测值相差 5以内。但如果分支多，以内。但如果分支多，会相差的很大。因此，在推断结构的时候，最好与已知化合物的化学位移值会相差的很大。因此，在推断结构的时候，最好与已知化合物的化学位移值进行比较来鉴定。进行比较来鉴定。CCH3CH3H3COCNOHCHCCH3OOHabcddd 一般的作法是：将与推断化合物结构类似的已知化合物的化学位一般的作法是：将与推断化合物结构类似的已知化合物的化学位移值作为基本值来进行计算。如：把移值作为基本值来进行计算。如：把 -氨基异戊酸化学位移值作为基氨基异戊酸化学位移值作为基本值来计算本值来计算N-t-丁氧

44、基碳酰丙氨酸丁氧基碳酰丙氨酸(a)和和(b)的的13C NMR化学位移值。化学位移值。(a)基本值： 61.6 (b)基本值： 30.2 +1COOH 2.0 +1COO -2.8 +1C 0.3 +S (p, 3) -1.1 +S (t, 2) -3.7 -2C -18.8 -2C -18.2 -S (t, 3) 9.5 -S (t, 3) 9.5 计算值 50.9 计算值 17.6 实测值 49.0 实测值 17.3 1.9 0.361.6CCH3CH3HCOOHNH2HC30.2CCH3CH3H3COCNOHCHCCH3OOHabcddd（二）、环胺的（二）、环胺的 13C NMR 化学

45、位移化学位移NHaba: 47.1b: 25.7a: 42.7b: 56.7c: 24.4baNCH3cNHabca: 47.9b: 27.8c: 25.9a: 47.9aNNHHNCH3aa: 47.7b: 57.2c: 26.4d: 26.4bcddcba: 45.9b: 54.2c: 125.0d: 124.3e: 26.2f: 51.7aNCH3ef（三）、单取代环己烷的（三）、单取代环己烷的 13C NMR 化学位移化学位移Rabcd取代基(R)abcd-NH251.137.725.826.5-NH3+Cl-51.533.425.626.0-N=C=N-55.735.024.725.

46、5-NO284.631.424.725.5（四）、含氮单取代基对苯环化学位移的影响（四）、含氮单取代基对苯环化学位移的影响RCi = 128.5 + Zi取代基(R)Z1Z2Z3Z4-NH2-NHCH3-N(CH3)2-N(CH2CH3)2-NAr-NHCOCH3-NHNH2-CH2NH219.221.722.419.319.311.122.814.9-12.4-16.2-15.7-16.5-4.4-9.9-16.5-1.61.30.70.80.60.60.20.5-0.2-9.5-11.8-11.8-13.0-5.9-5.6-9.6-2.0（四）、含氮单取代基对苯环化学位移的影响（四）、含氮

47、单取代基对苯环化学位移的影响取代基(R)Z1Z2Z3Z4-CH2CN-N=N-Ar-N+N-NC-NCO-NO-NO21.624.0-12.7-1.85.737.419.6-0.7-5.86.0-2.2-3.6-7.7-5.30.50.35.71.41.20.80.8-0.72.216.00.9-2.87.06.0RCi = 128.5 + Zi 利用上表和利用上表和 Ci = 128.5 + Zi公式计算公式计算多取代苯环的多取代苯环的13C NMR 化学位移。例如：化学位移。例如：3, 5-二甲基硝基苯二甲基硝基苯N O2H3CH3C(C-1) 基本值：基本值： 128.5 (C-2)基本

48、值：基本值： 128.5Z1(NO2) 19.6 Z2(NO2) -5.32Z3(CH3) 0.0 Z2(CH3) 0.6 Z4(CH3) -3.1计算值计算值 148.1实测值实测值 148.5 计算值计算值 120.7 实测值实测值 121.7(C-3) 基本值：基本值： 128.5 (C-4) 基本值：基本值： 128.5Z1(CH3) 9.3 2Z2(CH3) 1.2Z3(CH3) 0.0 Z4(NO2) 6.0Z3(NO2) 0.8 计算值计算值 135.7计算值计算值 138.6 实测值实测值 136.2实测值实测值 139.6（五）、五员环芳香族含氮化合物的（五）、五员环芳香族含

49、氮化合物的13C NMR化学位移化学位移NHaba: 107.7b: 118.0a: 104.7b: 133.3baNNHba: 136.2b: 122.3baNNHbbNSaca: 152.7b: 143.2c: 118.6NNNHaa: 126.8a: 130.4aNNNH（六）、单取（六）、单取代对吡啶环化代对吡啶环化学位移的影响学位移的影响N23456 C-2 = 149.8 + Zi2 C-3 = 123.6 + Zi3 C-4 = 135.7 + Zi4 C-5 = 123.6 + Zi5 C-6 = 149.8 + Zi6i = 2 or 6Z22 = Z66Z23 = Z65Z

50、24 = Z64Z25 = Z63Z26 = Z62-CH3-CH2CH3-F-Cl-Br-OH-OCH3-NH2-NO2-CHO-COCH3-CN8.813.614.42.3-6.715.515.311.38.03.54.3-15.9-0.6-1.8-13.10.74.8-3.5-7.5-14.7-5.1-2.6-2.85.00.20.46.13.33.3-0.92.12.35.51.30.71.6-3.0-2.9-1.5-1.2-0.5-16.9-13.1-10.66.64.13.03.6-0.4-0.7-1.50.61.4-8.2-2.2-0.90.40.7-0.21.4（六）、单取（六

51、）、单取代对吡啶环化代对吡啶环化学位移的影响学位移的影响N23456 C-2 = 149.8 + Zi2 C-3 = 123.6 + Zi3 C-4 = 135.7 + Zi4 C-5 = 123.6 + Zi5 C-6 = 149.8 + Zi6i = 3 or 5Z32 = Z56Z33 = Z55Z34 = Z54Z35 = Z53Z36 = Z52-CH3-CH2CH3-F-Cl-Br-I-OH-NH2-CHO-COCH3-CONH2-CN1.3-0.4-11.5-0.32.17.1-10.7-11.92.43.52.73.69.015.536.28.2-2.6-28.431.421.

52、57.98.66.0-13.70.2-0.6-13.0-0.22.99.1-12.2-14.20.0-0.51.34.4-0.8-0.40.90.71.22.41.30.90.6-0.11.30.6-2.3-2.7-3.9-1.4-0.90.3-8.6-10.85.40.0-1.54.2（六）、单取（六）、单取代对吡啶环化代对吡啶环化学位移的影响学位移的影响N23456 C-2 = 149.8 + Zi2 C-3 = 123.6 + Zi3 C-4 = 135.7 + Zi4 C-5 = 123.6 + Zi5 C-6 = 149.8 + Zi6i = 4Z42 = Z46Z43 = Z45Z

53、44-CH3-CH2CH3-CH(CH3)2-C(CH3)3-CH=CH2-F-Br-NH2-CHO-COCH3-CN0.5-0.10.40.10.32.73.00.91.71.62.10.8-0.4-1.8-3.4-2.9-11.83.4-13.8-0.6-2.62.210.817.021.423.48.633.0-3.019.65.56.8-15.7利用单取代基的数据可以计算多取代基吡啶环的利用单取代基的数据可以计算多取代基吡啶环的13C NMR化学位移值化学位移值如：如：2, 5-二甲基吡啶二甲基吡啶NCH3H3C346(C-2) 基本值：基本值： 149.8 (C-3)基本值：基本值：

54、 123.6 (C-4) 基本值：基本值： 135.7 Z22(CH3) 8.8 Z23(CH3) -0.6 Z24(CH3) 0.2Z52(CH3) -2.3 Z53(CH3) -0.8 Z54(CH3) 0.2 计算值计算值 156.3 计算值计算值 122.2 计算值计算值 136.1 实测值实测值 155.2 实测值实测值 122.5 实测值实测值 136.7 (C-5) 基本值：基本值： 123.6 (C-6) 基本值：基本值： 149.8Z55(CH3) 9.0 Z56(CH3) 1.3Z25(CH3) -3.0 Z26(CH3) -0.4计算值计算值 129.6 计算值计算值 1

55、50.7实测值实测值 129.0 实测值实测值 149.4（七）、六员环芳香族含氮化合物的（七）、六员环芳香族含氮化合物的13C NMR 化学位移化学位移Nabca: 135.7b: 123.6c: 149.8a: 148.4b: 129.0c: 142.5cbaNH+a: 126.5b: 151.4baNNa: 121.4b: 156.4c: 158.0cbaNNNNNaa: 166.5a: 144.9aNN八、生物碱碳谱中的一些共性问题八、生物碱碳谱中的一些共性问题 根据已研究过的生物碱的根据已研究过的生物碱的1313C NMRC NMR数据，可数据，可以归纳出一些带有共性的规律。主要有：

56、以归纳出一些带有共性的规律。主要有： 1 1、由于生物碱结构中、由于生物碱结构中 N N 原子的电负性影响，原子的电负性影响，使使 - -碳明显向低场位移。碳明显向低场位移。 在芳香在芳香N N 杂环中，杂环中，N N 对对 、 、 碳碳有不同程度有不同程度的影响，一般向低场位移，的影响，一般向低场位移，向低场位移的顺序依次为：向低场位移的顺序依次为： - -碳碳 - -碳碳 - -碳碳麦角异胺菸 碱40.368.957.022.635.2149.5138.8148.5123.6134.9NNMe136.1NH128.4126.8129.8130.1149.0128.7121.6150.912

57、4.9102.4128.5135.9111.6122.0122.0121.0NH149.8123.6135.7N110.3122.4111.4127.9126.1133.8119.7109.026.942.561.7137.1118.153.041.8175.323.885.7165.938.756.1138.9129.9127.9126.1127.9129.9164.5102.963.925.945.721.8ONNOMeNHONNOHOMeH 在脂 N 杂环中，N 原子对 -碳影响也最大。如： 去氧萍蓬草碱 (deoxynupharidine)58.219.130.625.769.8NMe

58、HMeOH35.734.035.060.3130.4139.6109.9143.117.628.731.220.1143.2109.9139.9129.561.135.234.136.5NMeHMeOH69.530.333.719.361.5quinuclidineindolizidinequinolizidine47.626.820.3N53.920.330.1N64.130.724.225.152.756.425.624.433.262.9N7-差向去氧萍蓬草碱 2 2、N N 氧化物和季胺中的氧化物和季胺中的 N N 使使 - -碳向更低碳向更低的磁场位移。例如：东莨菪碱的磁场位移。例如

59、：东莨菪碱 (Scopolamine)(Scopolamine)中中的的 N N 的的 - -碳为碳为 58.2 58.2，N N-CH-CH3 3为为 43.4 43.4；而在；而在东莨菪碱的东莨菪碱的 N N- -氧化物中的氧化物中的N N 的的 - -碳为碳为 69.6 69.6，N N-CH-CH3 3为为 52.4 52.4。东莨菪碱 N-氧化物东莨菪碱-+ONMeHHOOtrop53.452.469.632.061.9127.4127.9128.5135.9171.754.563.766.631.758.243.455.9ONMeHHOOHO 3 3、季胺盐中的、季胺盐中的 N N

60、 也使也使 - -碳向更低场位移。例如：四氢原小檗碱的碳向更低场位移。例如：四氢原小檗碱的N N 原原子周围的三个子周围的三个 - -碳分别为碳分别为 51.3 51.3、60.160.1、58.758.7。而在反式。而在反式 N N- -甲基四氢原小檗甲基四氢原小檗碱盐酸盐中的碱盐酸盐中的 N N 原子周围的三个原子周围的三个 - -碳分别为碳分别为 62.6 62.6、67.367.3、66.766.7。同样，在。同样，在顺式顺式 N N- -甲基四氢原小檗碱中甲基四氢原小檗碱中 - -碳也向低场位移。碳也向低场位移。N129.0126.2126.2125.6138.2134.729.75