天然药物化学 结构研究法剖析

结构研究法1.化合物的纯度测定熔点（mp）：是否有明确，敏锐的熔点薄层色谱（TLC）检查：样品在三种展开系统中均可呈现单一斑点时，即可确定为单一化合物高压液相色谱（HPL）：只出一个峰2.结构研究的主要程序3.结构研究中采用的主要方法4.确定分子式，计算不饱和度（1）元素定量分析配合分子量测定例：刺果甘草根中分得的某白色针晶。

分子量测定：常用质谱法质谱电子轰击质谱（EI-MS）：适用于不发生热分析，易气化的化合物场解析质谱（FD-MS）：适用于对热不稳定、极性大、难挥发的化合物，如糖苷、氨基酸肽类等。

快速原子轰击电离（FAB-MS）：比FD-MS更先进，可提供更全面信息（2）同位素丰度比法（适用于分子量在500以下，又能生成稳定分子离子的化合物）例：某有机化合物的相对分子质量为102，在质谱图中测出M、M+1和M+2峰的强度分别为1.5、0.084和0.009。

试确定分子式解：（M+1）/M=5.6% （M+2）/M=0.6%由于（M+2）/M＜4%故可知该化合物不含S、Cl和Br查贝农表在相对分子质量为102栏中绘出21个式子，其中（M+1）/M和（M+2）/M相近似的有（M+1）/M （M+2）/MC4H12N3 5.66 0.13C5H10O2 5.64 0.53C5H11NO 6.02 0.35由氮规则可知，C4H12N3和C5H11NO均含有奇数N，相对分子质量不可能为偶数应予以排除，剩下的C5H10O2与实验数据最接近，因此可确定该化合物分子式为C5H10O2※氮规则：分子中含有偶数氮原子或不含氮原子时，其相对分子质量为偶数，（3）高分辨质谱（HR-MS）法：可将物质的质量精确测定到小数点后第3位。

求算分子不饱和度。

教材P39（二）质谱质谱法（MS）：通过对样品离子的质量和强度的测定来进行定量分析和结构分析的一种方法。

质谱：质量对电核的比值（质荷比）的大小依次排列所构成的图谱，称质谱，质谱非光谱，而是带电粒子的质量谱。

质谱的表示方法：质谱图（P39图1-24），质谱表和元素图（三）红外光谱红外（IR）：分子中价键的伸缩及弯曲振动将在光的红外区域（4000～625cm-1）处引起吸收。

测得的吸收谱图叫红外光谱（IR）。

⑴特征频率区：（4000--1500 cm-1）---特征官能团的吸收出现在该区域苯环 1600 ～ 1500 cm-1羰基 1700 cm-1C=C 1620 cm-1-CH2- 2960 cm-1C-O- 1200～1000 cm-1⑵指纹区：1500～600 cm-1的区域，其中许多吸收因原子或原子团的键角变化引起，形状较复杂，～犹如人的指纹，可据此判断化合物的真伪。

（四）紫外—可见吸收光谱（UV）：分子中的电子因光线照射从基态跃迁至激发态。

其中π→π※及n→π※跃迁的吸收光谱出现在紫外及可见区域（200～700nm）称做UV适用范围：适用于分子中含有共轭双键α、β—不饱和羰基（醛、酮、酸、酯）的结构的化合物以及芳香化合物的结构鉴定。

（五）核磁共振（NMR）定义：当用频率为兆赫数量级，波长很长（约0.6～10m），能量很低的电磁波照射分子时，能使磁性的原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁，从而产生吸收信号。

这种原子核对射频辐射的吸收称为核磁共振光谱。

⒈氢核磁共振(1H-NMR)⑴化学位移（δ）：1H核因周围化学环境不同，其外围电子云密度以及绕核旋转时产生的屏蔽效应也不同。

不同类型的1H 核共振信号出现在不同区域。

如教材P44表1-13。

屏蔽效应：若考虑1H核近邻有给电子原子（或基因），其上电子云密度，称屏蔽作用，向高场移去屏蔽效应：在所考虑的1H核附近有拉电子的原子（或基团），使其电子云密度降低，即屏蔽效应降低，称去，向低场移。

⑵峰面积积分曲线1H-NMR谱上积分面积与分子中的总质子数相当，故如分子式已知，可据此算出每个信号所相当的1H数。

例：下图为乙醇的核磁共振谱（低分辨率），其中峰面积比为1：2：3，因此三个峰分别为OH、-CH2-及-CH3-CH3-OH -CH2-⑶信号的列分及偶合常数（J）：磁不等同的两个或两组1H核在一定距离内会因相互自旋偶合干扰而使信号发生分裂，表现出不同裂分，如S（singlet单峰）、d（doublet二重峰）、t(triplet三重峰) 、q(quartet四重峰) 、m(multiplet多重峰)。

低级偶合系统，某一质子裂分后，谱线数=n+1（干扰核数目）偶合常数J：表示相互干扰的强度，大小取决于间隔键的距离。

间隔键数越少，J越大；间隔键数越多，J越小。

烯丙基型偶合常数, 芳香质子偶合常数(教材P44)⒉13C-NMR⑴化学位移（δ）：碳的杂化在很大程度上决定了J13C共振信号出现的范围。

SP3杂化的13C核，屏蔽效应最大，共振吸收在最高场, δ值最小；SP 杂化次之；而SP2杂化，屏蔽效应最小，共振吸收在最低场，δ值最大，如SP3 :-CH3,-CH2-,-CH-CδC = 0～50ppmSP :-C三CH，-C三C- δC = 70～90ppmSP2 : C=C ,-CH=CH2 δC = 100～150ppmSP2 : δC = 120～160ppmSP2 : 羰基δC = 150～220ppm糖 C2-C6 δC = 60～80ppmC1δC = 100～110ppm⑵峰面积积分曲线不与碳的个数成比例，与碳的种类有关⑶基本谱图首先看两个结构式HOHHHCOOHHHHOH化学环境磁环境皆相同化学环境相同磁环境不同结论：化学环境不同，则磁环境一定不同化学环境相同，则磁环境不一定相同基于上述原因，常采用一些特殊测试技术，这也就出现了相应的各种图谱①噪音去偶（全氢去偶）提供一个射频，射频覆盖全部氢的共振频率，氢对碳偶合将全部消失，如果碳的化学环境、磁环境相同则出现单峰②偶合谱保留1H对13C的偶合，异核偶合，裂分符合n+1规律特点：a.可区分伯、仲、叔、季碳伯-CH3 (q四重峰)仲-CH2- (t三重峰)叔-CH -（d二重峰)季C（s单峰）b.峰裂分的灵敏度降低．埋在噪音席③偏共振去偶谱 保留了部刖氢对碳的偶合。

在做13C谱时，首先采用噪音去偶，一般的q3C谱都是噪音去偶后的谱图，若需要了解分子中某些H的情况，就需作偏共振去偶。

偏共振就是保留了J与13C直接相连H的偶合，远离13C的H的偶合都去掉，用此法可了解直接和C相连的H的个数，以判断是CH3、CH2还是CH等。

④选择氢核去偶谱选择照射后，相关的氢的峰增高，图谱变得简单易读，⑤ NOE图谱当分子内有空间位置上互相靠近的两个氢核A和B，若采用双共轭法照射B，使其饱和，则与其靠近的A核的共振信就会增强，这种现象称NOE⑥DEPT（目前已成为13C-NMR谱的一种常规测定方法）通过改变照射1H核的脉冲宽度（θ）或设定不同的驰豫时间，使不同类型的13C信号在图谱上呈单峰形式分别朝上或朝下伸出，故灵敏度高，信号之间很少重叠，例区别伯、仲、叔、季、碳，教材P48/图1-35⑦二维核磁共振（2D-NMR）在一维核磁共振谱（1D-NMR）中，若信号过于复杂或堆积一起难于分辨时，则识别信号之间的偶合关系困难，此时采用2D-NMR 效果良好。

（六）旋光光谱（ORD）定义：以照射波长为横坐标，比旋度（摩尔旋光度）为纵坐标制得的图谱。

旋光度a，比旋光度[a]谱图特点①结构中一定要有手性原子，即该被测化合物有光学活性②手性碳（氢）旁边有n→π※跃迁基因（C=0），能显著影响谱线1.旋光谱种类⑴无峰无谷，从长波向短波方向逐渐升起→正性平坦谱线⑵无峰无谷，从长波向短波方向逐渐降低 → 负性平坦谱线（有手性碳，但无n →π※基团）⑶从长波向短波方向,先锋后谷 →正性cotton 曲线 ⑷从长波向短波方向,先谷后峰 →负性cotton 曲线（有手性碳，且有 n →π※基团）⑸多峰多谷 → 复合cotton 曲线, 有多个基团，出现多峰多谷 2.旋光谱测定意义 解决构形，构象问题方法：找出ORD 谱的谱形和Cotton 效应与构形或构象之间的关联，并用立体结构尽可能相似或相反的已知化合物与未知化合物的ORD 谱作比较，以确定未知化合物的立体结构。

香豆素波谱学特征（一）紫外光谱UV 下显蓝色荧光。

C 7位导入-OH ——荧光增强 -OH 醚化后——荧光减弱 母核上无含氧官能团取代时： 274 nm ——苯环 311 nm —— 吡喃酮环 有含氧取代时：最大吸收向红位移。

（二）红外光谱3025 ~ 3175 cm -1—— C-H 伸缩振动1700 ~ 1750 cm -1—— >C=O 伸缩振动 1500 ~ 1600 cm -1—— 芳环吸收1600 ~ 1650 cm-1—— 出现1~3个较强峰（三）1H-NMR环上质子由于受内酯羰基吸电子共轭效应，因此使：当C3、C4位未取代时：当C3或C4位取代时：当C7-OR 氧代时：由于7-OR 氧代后向苯环供电而引起C3-H 受屏蔽，导致向高场位移约0.17ppm 。

当C5、C7二氧代时：OO+++---C3、C6、C8-H 在较高场C4、C5、C7-H 在较低场OOHH C 3-H d, J 3,4= 9.5 Hz C 4-Hd, J 3,4= 9.5 Hz6.1 ~ 6.47.5 ~8.3OOHR (R)(H)C3或C4-H ——1H, S 峰信号C 3 - H C 4 - H~ 6.23 d, J 3,4= 9.5 Hz d, J 3,4= 9.5 Hz~ 7.645C 8 - H 7.38C 6 - H 6.872H, m 峰d, J 3,4= 9 Hz C 8 - H C 6 - H d, J = 2 Hzd, J = 2 Hz 尖峰与C4-H有远程偶合C 8 C 6 - H （间位偶合）J 约为0.6 ~ 1 Hz当C7-OR 氧代，C8或C6烷基取代时：例：xanthogalol 的1H-NMR(CDCl 3)（四）13C-NMR香豆素母核上九个碳原子的化学位移值：当-OR 取代时：连接的碳—— +30 ppm 邻位碳—— -13 ppm 对位碳—— -8 ppm（五）质谱香豆素类化合物质谱有如下特点：1.有强的分子离子峰；2.基峰是失去CO 的苯骈呋喃离子；3.主要裂解途径是：首先失去CO 。

醌类化合物结构鉴定（一）衍生物的制备 1.甲基化反应目的——保护-OH 、测定-OH 数目及成苷的位置。

反应条件：(1)反应物甲基化易难： -COOH > -OH > Ar-OH > -OH > R-OH( 酸性越强，质子易解离，甲基化易 )(2)试剂的活性CH 3I > (CH 3)2SO 4 > CH 2N 2 (3)溶剂——溶剂的极性强，甲基化能力增强 例：曲菌素的甲基化反应2.乙酰化反应 (1)反应物的活性：OOROHH C 5 -H C 6 -H ~ 7.3d, J = 9 Hz ~ 6.8d, J = 9 Hz1OOROHRC 5 -H C 8 -H ~ 7.2s~ 6.7s有远程偶合1O OOMe MeH H HHH H H H d, 6.21 J= 10.0 H-3d, 7.61 J= 10.0 H-4d, 7.23 J= 8.8 H-5d, 6.77 J= 8.8 H-6t, 3.91 J= 5.1 H-3'dd, 2.96 J= 5.1; 17.9 H-4'dd, 3.15 J= 5.1; 17.9 H-4's, 1.36 Me-2' s, 1.41 Me-2's, 2.18 -OH34562'3'4'O O 160.4116.4143.6118.8128.1124.4131.8116.4153.9O+.OOOHOH OHOHOHOHOOOHOHOHOHMeOOMeOOHOMeMeOOMeOMeOOMe MeOOMeOMeOMeMe OOOHOOOHOMeMeOCH 2N /Et 2OCH 2N 2/Et 2O MeOHCH 3I+AgO(CH 32SO 4 K 2CO 3Me 2COR-OH >-OH >-OH强 弱（易与羰基形成氢键） （亲核性越强，越容易被酰化） (2)酰化试剂的活性乙酰氯 > 醋酐 > 酯 > 冰醋酸 CH 3COCl (CH 3CO)2O CH 3COOR CH 3COOH (3)催化剂的催化能力—— 吡啶 > 浓硫酸例：曲菌素的乙酰化反应（二）波谱学方法 1.紫外光谱（UV ）（1）苯醌类的紫外吸收特征（1） 萘醌类的紫外吸收特征：主要有四个吸收峰：引入助色团（如-OH ，-OMe ）使相应吸收峰——红移醌环上引入助色团——影响257nm ——红移（不影响苯环引起的吸收） 苯环上引入-OH ——影响335nm ——红移到427nm（3）蒽醌类的紫外吸收特征：蒽醌有四个吸收峰：羟基蒽醌类有五个主要吸收带（比母核多230nm 强吸收峰）第 Ⅰ 峰—— 230 nm 左右第 Ⅱ 峰—— 240 ~ 260 nm （苯样结构引起） 第 Ⅲ 峰—— 262 ~ 295 nm （醌样结构引起） OOOHOH OHOHOHOH OOOHOHOHOAcOH OHOOAcOH AcOOHOAcOOAc AcOOAcOAcOAcAcOOOHOOOAcAcOHOAc Ac 2O+H 2SO 4Ac 2O 少量乙酰氯回流2'Ac 2O 回流20'或醋酐+吡啶苯醌主要吸收峰有三个~ 240 nm ~ 285 nm ~ 400 nm （强峰）（中强峰）（弱峰）OO257 nm（醌样结构引起）245 nm251 nm 335 nm（苯样结构引起）OOOO252 325 nm272 405 nm（苯样结构）（醌样结构）第 Ⅳ 峰—— 305 ~ 389 nm （苯样结构引起） 第 Ⅴ 峰—— > 400 nm （醌样结构中 >C=O 引起） -OH 取代将影响相应的吸收带向红位移吸收带的具体峰位与吸收强度与母核上取代基的性质、数量及排列方式有关。