现代分析仪器在有机合成中的应用
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现代分析仪器在有 机合成中的应用
-------有机波普分析
专业：有机化学 主讲： 组员：
有机合成
自1828年德国科学家 Wohler 首次合成了尿素后，有 机合成就成了一个十分活跃的研究领域。迄今，已经合成 出了几千万中的有机化合物，并应用于生活的方方面面。
有 机 合 成 的 一 般 过 程
明确目标化合物的结构（思路） 结 构 不 正 确 （ 反 思 ）
3. 结构验证：通过采用波谱模拟等手段得到候选的化 合物。
计算机辅助解析
柠檬醛
核磁共振氢谱 ( 1 ) 质子的类型 ( 2) 氢分布 ( 3) 核间关系: 峰的数目、共振信号的数目、峰的裂分数、 偶合常数、结构异构与立体异构。
核磁共振碳谱 核磁共振碳谱(13C NMR)与氢谱类似，也可 提供化合物中碳核的类型、碳的分布、碳核间 的关系三方面结构信息。主要提供化合物的碳 “骨架”信息。碳谱的各条谱线一般都有它的 惟一性，能够迅速、正确地否定所拟定的错误 结构式。碳谱对立体异构体比较灵敏，能给出 细微结构信息。 偏共振谱可提供碳的类型。DEPT谱大大提 高了对 13C 核的观测灵敏度；可利用异核间的 偶合对 13C 信号进行调制的方法来确定碳原子 的类型，定量性较强，不仅可鉴别碳原子的类 型，而且可判断碳原子的数目。
质谱
质谱主要提供有关分子的分子量 、元素组成、 由裂解碎片推导结构单元等结构信息，质谱的另一 个主要功能是在综合光谱解析后，验证所推测的未 知物结构的正确性。
质谱
气相色谱-质谱联用技术对小分子混合物样品 的分析极为方便。碎片离子的质量是质谱图解析 的根本依据；碎片峰的相对丰度提供了被测物质 的结构信息；谱图峰形的分布为有机组分的化学 组成提供了概略的宏观信息。
波百度文库综合解析
在实际有机化合物的结构测定中，单用一 种谱图方法往往难以得出明确的结论，所以需 要综合利用多种波谱联合解析。相互说明，互 为佐证。当然，这也是一个实践经验积累的过 程，平时见的越多，解的越多，量的积累就会 产生质的飞跃，综合解谱会越来越顺利。
分析各种谱图
确定化合物结构
综合谱图信息
再分析谱图
再综合谱图信息
计算机辅助解析
计算机辅助结构解析主要有三种方法： 1. 波谱数据库：通过尽可能多地采集已知化合 物的谱图来解析未知化合物。但谱图库的维 护成本太高，直接与谱图库中化合物的数目 成正比。 2. 波谱模拟：主要用于结构解析系统中，对于 给定的候选化合物，按照一定的规则得到其 模拟谱图，然后与测试谱图相比，计算其相 似度，并由相似度大小对候选化合物进行排 序。 3. 人工智能：是一个边缘科学，推理、学习和 联想是人工智能系统的三大功能。
紫外光谱
紫外吸收光谱主要用于确定化合物的类型及 共轭情况。由未知物的紫外吸收光谱上吸收峰 的位置与强度。推测共轭情况 (p- π 与 π - π 共轭、 长与短共轭、官能团与母体共轭的情况)及未知 物的类别(芳香族、不饱和脂肪族)。
紫外光谱
我们应该注意的是紫外吸收光谱虽然可以 反映分子结构中发色团和助色团的特性信息， 但特征性差，且不能完全反映整个分子的特性。 它只能作为结构鉴定的一种辅助工具，主要用 于定量分析。
计算机辅助解析
专家系统是计算机辅助结构解析的一个重要分支， 包括谱图输入、结构生成和结构验证三个部分。
1. 谱图输入：把未知化合物的各种谱图信息如 NMR 、 IR、MS等与系统知识库结合，推断出可能的片断。
2. 结构生成：在已有片断的基础上得到根据规则生成 可能的候选结构，由于从片断得到候选结构是一个 组合算法，所以不可能只得到一个候选结构，特别 是对于复杂的化合物，一般是一个化合物集合；
有机化合物的结构鉴定 现代主要用仪器分析法对有机化合物进行结 构分析和测定------波普分析。
波谱分析方法主要是以光学理论为基础，以物质与 光相互作用为条件，建立物质分子结构与电磁辐射之 间的相互关系。从而进行物质分子几何异构、立体异 构、构象异构和分子结构的分析和鉴定。波普分析已 经成为现代进行物质分子结构分析和鉴定的主要方法 之一。随着科技的发展，技术的革新和计算机的应用， 波谱分析也得到迅速发展。波普分析具有优点突出， 广泛应用等特点，是诸多科研和生产领域不可或缺的 工具。随着科技发展和分析要求的不断提高，使得科 研工作者对波谱分析法也在不断创新。
设计合成路线（关键） 合成目标化合物
结构鉴定，性 质和功能测定。
结构正确，大量合成
有机化合物的结构鉴定
有机化合物的结构表征（即测定）---- 从分 子水平认识物质的基本手段，是有机化学的 重要组成部分。 过去主要依靠化学方法进行有机化合物的 结构测定。缺点：费时、费力、费钱、需要 样品量大且信息量是有限，结论不一定正确。 例如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从 1805年开始研究，直到1952年才完全阐明， 历时147年。
有机化合物的结构鉴定
优点：省时、省力、快速、灵敏、准确、重现好、 样品用量是微克级的，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结 构构型和构想的状况，对人类所面临的生命科学、 材料科学的发展，是极其重要的。 吗啡碱
核磁共振波谱法
NMR谱图可提供有机分子中氢和碳以及由它 们构成的官能团、结构单元和它们彼此的连接 方式和顺序的准确结构信息，堪称定性剖析中 分子结构的“总装配师”。在 NMR 谱图中的每 个峰都可找到而且必须找到确切的归属。对于 一个拟定的分子结构，可以从理论上很好地预 见其出现的谱峰位置、形状和强度等。 核磁共振二维谱图，提供未知化合物氢核与 氢核或氢核与碳核之间的相关关系，测定细微 结构。
红外光谱
红外吸收光谱主要是通过测定分子中化 学键的振动频率来确定官能团。红外光谱 有时也可提供未知物的细微结构。
红外光谱
IR 在未知物组成与结构表征中具有独特的 优势，应用傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 上的特 征吸收峰可以推断未知物的结构。
解析 IR 谱图时应遵循“先特征 ( 区 ) 、后指 纹(区)；先最强(峰)、后次强(峰)；先粗查、后 细找；先否定、后肯定；解析一组相关峰”的 顺序与原则。
-------有机波普分析
专业：有机化学 主讲： 组员：
有机合成
自1828年德国科学家 Wohler 首次合成了尿素后，有 机合成就成了一个十分活跃的研究领域。迄今，已经合成 出了几千万中的有机化合物，并应用于生活的方方面面。
有 机 合 成 的 一 般 过 程
明确目标化合物的结构（思路） 结 构 不 正 确 （ 反 思 ）
3. 结构验证：通过采用波谱模拟等手段得到候选的化 合物。
计算机辅助解析
柠檬醛
核磁共振氢谱 ( 1 ) 质子的类型 ( 2) 氢分布 ( 3) 核间关系: 峰的数目、共振信号的数目、峰的裂分数、 偶合常数、结构异构与立体异构。
核磁共振碳谱 核磁共振碳谱(13C NMR)与氢谱类似，也可 提供化合物中碳核的类型、碳的分布、碳核间 的关系三方面结构信息。主要提供化合物的碳 “骨架”信息。碳谱的各条谱线一般都有它的 惟一性，能够迅速、正确地否定所拟定的错误 结构式。碳谱对立体异构体比较灵敏，能给出 细微结构信息。 偏共振谱可提供碳的类型。DEPT谱大大提 高了对 13C 核的观测灵敏度；可利用异核间的 偶合对 13C 信号进行调制的方法来确定碳原子 的类型，定量性较强，不仅可鉴别碳原子的类 型，而且可判断碳原子的数目。
质谱
质谱主要提供有关分子的分子量 、元素组成、 由裂解碎片推导结构单元等结构信息，质谱的另一 个主要功能是在综合光谱解析后，验证所推测的未 知物结构的正确性。
质谱
气相色谱-质谱联用技术对小分子混合物样品 的分析极为方便。碎片离子的质量是质谱图解析 的根本依据；碎片峰的相对丰度提供了被测物质 的结构信息；谱图峰形的分布为有机组分的化学 组成提供了概略的宏观信息。
波百度文库综合解析
在实际有机化合物的结构测定中，单用一 种谱图方法往往难以得出明确的结论，所以需 要综合利用多种波谱联合解析。相互说明，互 为佐证。当然，这也是一个实践经验积累的过 程，平时见的越多，解的越多，量的积累就会 产生质的飞跃，综合解谱会越来越顺利。
分析各种谱图
确定化合物结构
综合谱图信息
再分析谱图
再综合谱图信息
计算机辅助解析
计算机辅助结构解析主要有三种方法： 1. 波谱数据库：通过尽可能多地采集已知化合 物的谱图来解析未知化合物。但谱图库的维 护成本太高，直接与谱图库中化合物的数目 成正比。 2. 波谱模拟：主要用于结构解析系统中，对于 给定的候选化合物，按照一定的规则得到其 模拟谱图，然后与测试谱图相比，计算其相 似度，并由相似度大小对候选化合物进行排 序。 3. 人工智能：是一个边缘科学，推理、学习和 联想是人工智能系统的三大功能。
紫外光谱
紫外吸收光谱主要用于确定化合物的类型及 共轭情况。由未知物的紫外吸收光谱上吸收峰 的位置与强度。推测共轭情况 (p- π 与 π - π 共轭、 长与短共轭、官能团与母体共轭的情况)及未知 物的类别(芳香族、不饱和脂肪族)。
紫外光谱
我们应该注意的是紫外吸收光谱虽然可以 反映分子结构中发色团和助色团的特性信息， 但特征性差，且不能完全反映整个分子的特性。 它只能作为结构鉴定的一种辅助工具，主要用 于定量分析。
计算机辅助解析
专家系统是计算机辅助结构解析的一个重要分支， 包括谱图输入、结构生成和结构验证三个部分。
1. 谱图输入：把未知化合物的各种谱图信息如 NMR 、 IR、MS等与系统知识库结合，推断出可能的片断。
2. 结构生成：在已有片断的基础上得到根据规则生成 可能的候选结构，由于从片断得到候选结构是一个 组合算法，所以不可能只得到一个候选结构，特别 是对于复杂的化合物，一般是一个化合物集合；
有机化合物的结构鉴定 现代主要用仪器分析法对有机化合物进行结 构分析和测定------波普分析。
波谱分析方法主要是以光学理论为基础，以物质与 光相互作用为条件，建立物质分子结构与电磁辐射之 间的相互关系。从而进行物质分子几何异构、立体异 构、构象异构和分子结构的分析和鉴定。波普分析已 经成为现代进行物质分子结构分析和鉴定的主要方法 之一。随着科技的发展，技术的革新和计算机的应用， 波谱分析也得到迅速发展。波普分析具有优点突出， 广泛应用等特点，是诸多科研和生产领域不可或缺的 工具。随着科技发展和分析要求的不断提高，使得科 研工作者对波谱分析法也在不断创新。
设计合成路线（关键） 合成目标化合物
结构鉴定，性 质和功能测定。
结构正确，大量合成
有机化合物的结构鉴定
有机化合物的结构表征（即测定）---- 从分 子水平认识物质的基本手段，是有机化学的 重要组成部分。 过去主要依靠化学方法进行有机化合物的 结构测定。缺点：费时、费力、费钱、需要 样品量大且信息量是有限，结论不一定正确。 例如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从 1805年开始研究，直到1952年才完全阐明， 历时147年。
有机化合物的结构鉴定
优点：省时、省力、快速、灵敏、准确、重现好、 样品用量是微克级的，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结 构构型和构想的状况，对人类所面临的生命科学、 材料科学的发展，是极其重要的。 吗啡碱
核磁共振波谱法
NMR谱图可提供有机分子中氢和碳以及由它 们构成的官能团、结构单元和它们彼此的连接 方式和顺序的准确结构信息，堪称定性剖析中 分子结构的“总装配师”。在 NMR 谱图中的每 个峰都可找到而且必须找到确切的归属。对于 一个拟定的分子结构，可以从理论上很好地预 见其出现的谱峰位置、形状和强度等。 核磁共振二维谱图，提供未知化合物氢核与 氢核或氢核与碳核之间的相关关系，测定细微 结构。
红外光谱
红外吸收光谱主要是通过测定分子中化 学键的振动频率来确定官能团。红外光谱 有时也可提供未知物的细微结构。
红外光谱
IR 在未知物组成与结构表征中具有独特的 优势，应用傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 上的特 征吸收峰可以推断未知物的结构。
解析 IR 谱图时应遵循“先特征 ( 区 ) 、后指 纹(区)；先最强(峰)、后次强(峰)；先粗查、后 细找；先否定、后肯定；解析一组相关峰”的 顺序与原则。