生物质谱 有机化合物结构鉴定与有机波普学课件
有机化合物结构解析—波谱分析课件
B带和E带：芳香族及杂芳香族化合物的特征吸收带。苯有三个吸收 谱 带 ： E1 带 184 nm(ε60 000) 、 E2 带 204 nm(ε7900) 和 B 带 256 nm(ε200)，这些谱带都是由π→π*跃迁造成的。前二者是由一个允 许跃迁引起的，后者是由高度对称的苯分子中禁止跃迁所引起。 B 带常有相当多的重峰的精细结构。并非所有芳香族化合物都有B带， B带在极性溶剂中，常常看不到其精细结构。助色团使E2向长波方 向移动，但一般不超过210nm。
nm；对确定化合物的结构有一定的用途。
X
X
C
2003-09
有机化合物波谱解析
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§2.3 Types of absorption band and its characteristics
R带： n→π*引起的吸收，εmax<100。是由CO或NO2等单一发色团 引起的，溶剂的极性增加会导致紫移，其他带出现时，有时产生红 移，有时被强吸收带掩盖，浓溶液才会产生此吸收。
mass spectrometry (MS)
Determination of molecular weight and
molecu) spectroscopy
Analyses of function groups
-nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR)
Comprehensive analysis of MS, IR, NMR and UV
Verification of the structure by chemical
有机化合物结构鉴定与有机波谱学
有机化合物结构鉴定与有机波谱学1 有机化合物结构鉴定有机化合物结构鉴定是化学及相关科学专业里常见的课题，旨在确定所研究的化合物的分子结构。
一般情况下，被研究的化合物的分子式由化学家提供，但是在确定分子结构的过程中，化学家需要更多的信息来确定它的实际结构，包括分子量、构型类型、其他部分的数量及相对的位置等特性。
实际上，在确定有机化合物结构的过程当中，经常被用到的主要技术有有机波谱学，包括：氢谱、质谱、碳素键索引法和核磁共振，它们在有机电子结构的研究及分析方面都发挥着重要的作用。
2 氢谱氢谱是最常用的有机电子结构分析技术，它用来分析有机分子中的氢原子的存在性及其特性。
氢谱中的信号来源于碳氢键的分裂，其信号可以用来判断拥有相同母分子结构的成分之间的相对位置及各种结构特征。
3 质谱质谱是另一种常用的有机化合物结构鉴定方法，它通常用来分析有机物质中大分子特征及小分子量化特征，如分子量、分子型及构型。
质谱可以用来检测有机物质的组成原子数量及结构，但是对于大分子的结构分析效果较差。
4 碳素键索引法碳素键索引法是一种纯粹的理论计算，它用来估算有机化合物的碳碳键长度，从而帮助确定和辨认有机物的结构；通过计算碳素键的索引，可以确定有机物的具体结构特征，如它的芳香性、侧链位置和构型类型。
5 核磁共振核磁共振是一种精确到原子尺度研究有机物结构和构型的技术，它能够用来确定高级有机化合物的单元结构、侧链位置及芳香性等特性。
核磁共振技术还可用于多种应用如蛋白质结构分析，该技术有助于揭示蛋白质与细胞结构之间的动态作用，以及它们在疾病和新药研发中的重要作用。
总的来说，分析有机化合物的结构是化学家研究的重要及有用的科学领域，有机波谱学是一种广泛应用于有机化合物结构鉴定的技术，其中氢谱、质谱、碳素键索引法和核磁共振等技术在不同研究领域中都发挥着重要作用。
有机化合物结构鉴定与有机波谱学
有机化合物结构鉴定与有机波谱学有机化合物作为目前活跃的研究领域，被广泛应用于药物开发、农业、食品、环保等领域，对结构鉴定具有重要意义。
结构鉴定工作中涉及到一系列各种有机工艺、分析技术和理论计算，其中有机波谱学是重要的技术手段之一。
有机波谱学是研究物质分子结构特征及其空间分布的一个理论和技术，它可以用来研究有机分子的键类型、键角度、碳立体结构、官能团排列以及原子之间的关系等物理化学性质，从而根据谱图中的信息确定有机分子的准确结构。
早期的有机波谱学主要是核磁共振（NMR）技术，它能探测物质分子中的原子的极性和相互作用，可以用来获得有机物分子结构和空间结构的宝贵信息。
随着计算机技术、信号处理技术、光学技术的发展和实验技术的不断精进，有机波谱学已经发展为一个多学科交叉学科。
有机波谱学主要包括核磁共振（NMR）技术、质谱技术、电子激发谱技术、紫外-可见（UV-VIS）吸收光谱技术、拉曼光谱技术和近红外（NIR）光谱技术等。
核磁共振（NMR）技术是有机波谱学的重要组成部分，在有机物结构鉴定中是基础和必不可少的技术。
电子激发谱技术可以提供有机分子结构特征，它可以用来获取有机分子结构中的官能团的信息，帮助确定有机物的准确结构。
紫外-可见（UV-VIS）吸收光谱技术可以提供有机物的分子协型和分子量的定量，可以检测药物分子的是否有效。
拉曼光谱技术和近红外（NIR）光谱技术的应用也越来越多，主要用来鉴定纯度高的有机物，可以用来构建模型，从而识别特定有机物。
有机波谱学是一门复杂的学科，对于研究有机物结构起着重要作用，因此在探索有机物结构的同时也应增强对有机波谱学的学习和掌握。
从主要技术手段出发，全面掌握有机波谱学技术，以此作为有机物结构鉴定的基础，逐步深入，更深入地研究有机物的结构，以实现更加复杂的有机物结构的研究。
波谱分析.ppt
紫外光谱中常以吸收带最大的吸收波长λmax 和该波长下的摩尔吸光系数εmax 来表征化合 物的特征吸收，吸收光谱反应了物质分子对 不同紫外光的吸收能力，吸收带的形状以及 λmax εmax 与分子的结构有密切的关系。
紫外吸收光谱是由分子中的价电 子能级跃迁所产生的，在跃迁过 程中，电子能级的跃迁往往伴随 着分子振动能级的跃迁和转动能 级的跃迁，因此电子能级的跃迁 多产生的吸收带由于附加了分子 振动能级和转动能级的跃迁而变 成了较宽的谱带。
• 学习的目的和要求：
1、分子中电子能级及电子跃迁的规律，σ、π、ｎ轨道及σσ*, n- σ*, π- π*, n- π* 跃迁与分子结构的关系，电子跃 迁产生的吸收带波长及其光谱特征。
2、分子结构变化及取代基对吸收光谱的影响，共轭体系对 吸收波长的影响。
3、各类化合物的紫外吸收特征，共轭二烯烃α,β不饱和羰基 化合物及其酰基苯衍生物的Ｋ带波长计算方法。
二 分子轨道与电子跃迁类型 分子轨道
..
CH3CH2O. .H n
电子跃迁类型
电子在不同轨道间跃迁所吸收的光辐射波长不 同。 σ→σ*跃迁所需要的能量最高,吸收波长 最短；n →π*跃迁所需要的能量最低，吸收 波长较长。
(1)σ →σ*跃迁：饱和烃△E = hυ= hc/λ 高能跃迁，大约需780kJ.mol-1的能量，相 当于真空紫外区的波长。 乙烷的σ →σ* ：135nm 环丙烷σ →σ* ：190nm
2、波谱分析法（UV、IR、NMR、MS） 特点：样品微量化，测定速度快，结果准确，重复 性好。 解析方法： ①、与已知纯物质的标准图谱对照。 ②、对比实验法（空白对照、底物对照、设计实 验）。 几种图谱应互相参照，相互补充，能自园其说，不 互相矛盾，才能准确地确定未知物的分子结构。
有机化学有机化合物的波谱分析PPT课件
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7.2.1分子化学键的振动和红外光谱
1.振动方程式
可把双原子分子的振动近似地看成用弹簧连接着的两个小球的 简谐振动。根据Hooke定律可得其振动频率为：
分子化学键的振动是量子化的，其能级为：
式中: υ为振动量子数(0，1，2，…)；h为Planck常量；ν振为化学 键的振动频率。
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分子由基态υ =0跃迁到激发态υ =1时吸收光的能量为：
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分子振动频率习惯以σ表示，由(7–2)式、(7–3)式和(7–5)式得：
红外吸收峰的峰位(σ)取决于键的力常数，以及键两端所连原子的 质量m1和m2，即取决于化合物分子的结构。这是红外光谱用来测 定化合物结构的理论依据。
n≥4在 725~720 处有吸 收。
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1300 cm-1以下区域的光谱：715 cm-1处的面外弯曲振动吸收，表明 烯烃为顺式构型。
综合以上分析，有双键吸收，无三键及甲基吸收，另一不饱 和≥4在 725~720 处有吸 收。
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7.3核磁共振谱（NMR）
这样对测定有机化合物结构毫无意义。但实验证明，在相同频 率照射下，化学环境不同的质子在不同的磁场强度处出现吸收峰。
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3.鉴定已知化合物
用被测物的标准试样与被测物在相同条件下测定红外光谱，若 吸收峰位置、强度和形状完全相同，可认为是同一种物质(对映异 构体除外)。若无标准试样而有标准谱图，可查阅标准谱图。
查阅时应注意被测物与标准谱图所用试样的状态、制样方法、 所用仪器的分辨率等是否相同。
第五章 有机质谱学 有机波谱分析 课件
re 2V E
有机波谱学
双聚焦质谱工作原理示意图
有机波谱学
有机波谱学
主要质量分析器的结构与工作原理-续2
1 rm B 2V (m / ze)
有机波谱学
单聚焦质谱仪工作示意图
有机波谱学
有机波谱学
有机波谱学
有机波谱学
主要质量分析器的结构与工作原理续-1
双聚焦质谱： 结构：在单聚焦质谱基础之上在离子源和偏转磁场之
间加入偏转电场E（静电分析器），提高分辨率。
作用原理：相同质/荷比的离子在被电场V加速之前，
有机波谱学
电子轰击电离（EI, electron impact ionization)
过程：阴极发射的电子在加速电压（一般为 70V）驱动下，飞向被预先汽化的样品分子产 生轰击效应，产生的分子离子和片段离子束， 被电场引出，并被高电场(数千伏）所加速。
特点：常规方法，使用的最多，技术最成熟， 标准图最多，可以获得丰富的碎片离子峰，便 于结构解析，但是分子离子峰小，甚至没有。
有机波谱学
有机波谱学
用电将锑或钨丝加热到2000度以上，发射出电子 束轰击由分子漏入孔进入的气态分子样品，使分 子发生电离和碎裂，产生的离子碎片加速、聚焦 进入质量分离装置
有机波谱学
有机波谱学
++
: R1
: R2
+
: R3
++
: R4 :e
(M-R2)+
(M-R1)+
质谱各类有机化合物质谱.pptx
5. 酰胺类化合物 1）分子离子峰较强。 2） α 裂解； γ-氢重排
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6.7 质谱图中常见碎片离子及其可能来源
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练习
1. 下列每一题中给出两个化合物和两张质谱图，请指认哪一个化 合物对应哪一张谱图。
(1)二正丙胺和二异丙胺
C-H键，形成一个O-H键。
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1. 醛 脂肪醛：1）分子离子峰明显。 2）α 裂解生成 (M－1) (－H. )，( M－29) (－CHO) 和强的 m/z 29（HCO+） 的离子峰；同时伴随有 m/z 43、57、71…烃类的特征碎片峰。 3）γ-氢重排，生成 m/z 44（44＋14n）的峰。
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2. 烯烃
1）由于双键的引入，分子离子峰增强。 2）相差14的一簇峰，（41＋14 n）41、55、69、83…。 3）断裂方式有 β 断裂；γ-H、六元环、麦氏重排。 4）环烯烃及其衍生物发生 RDA 反应。
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3.芳烃
1）芳烃类化合物稳定，分子离子峰强。 2）有烷基取代的，易发生 Cα－C β 键的裂解，生成的苄基离子往
-C4H4
+
-C2H2 +
m/z=39
m/z=91
m/z=65
5）特征峰：39、51、65、77、、78、91、92、 93
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6.2 醇、酚、醚
1.醇
1）分子离子峰弱或不出现。
2） Cα－C β 键的裂解生成形成 CnH2nO 离子峰的含氧碎片离子 峰。醇：31＋14 n ; 仲醇：45＋14 n ; 叔醇：59＋14 n
有机化合物结构鉴定与有机波谱学
有机化合物结构鉴定与有机波谱学本文旨在阐述有机化合物结构鉴定和有机波谱学的概念以及它们之间的联系，以及它们在有机化学研究中的重要性。
有机波谱学是一种研究物质的性质的分析技术，其中物质的分子独特的结构是其基本特征之一。
有机化合物结构鉴定则是一种研究有机化合物分子结构的技术，可以提供有效的理论和实验数据，以及识别有机分子的三维构型。
有机化合物结构鉴定是有机化学研究中十分重要的一环，它涉及到如何确定有机化合物分子的结构，以及有机化合物分子中存在的原子的结构和键。
有机化合物结构鉴定的理论基础包括分子结构的数学模型、空穴耦合和计算机模拟等，有机化合物结构鉴定可以通过实验测定有机化合物分子结构，包括原子位置和键类型等。
有机波谱学是一种研究有机化合物结构的技术，通过匹配不同的分子间的碰撞数据，可以识别有机分子的典型的谱图特征，帮助确定分子结构。
它是一种基于四维空间（包括反应频率、反应势能、碰撞能量和碰撞角度）的实验技术，通过测量反应的光谱数据，可以获得有机分子结构的详细信息。
目前主流的有机波谱学实验技术包括1H核磁共振光谱（1H NMR）、13C核磁共振光谱（13C NMR）、紫外－可见荧光光谱（UV-Vis、热重分析（TG）等。
有机波谱学和有机化合物结构鉴定是有机化学研究的重要工具，它们之间的关联不仅可以帮助有机化学研究人员更加准确地确定有机化合物分子结构，而且还可以为有机化学分析提供更多的实验证据，进而帮助有机化学家们建立更精确的有机化学理论模型。
总之，有机化合物结构鉴定与有机波谱学是有机化学研究中非常重要的工具，它们在有机化学研究中有着十分重要的作用，可以帮助研究人员更准确有效地确定有机分子的结构，从而为更加精确地建立有机化学模型奠定基础。
有机化合物结构鉴定与有机波谱学
目录分析
目录部分，开篇介绍了有机化合物结构鉴定的重要性，并概述了本书的主要 内容。紧接着，第一部分重点讲述了有机化合物的结构与性质，涵盖了有机化合 物的基本概念、分类、结构特点和化学性质等基础知识，为后续的结构鉴定和波 谱学分析提供了必要的理论支撑。
目录分析
第二部分则深入探讨了有机波谱学的基本原理和实验技术。在这一部分中， 详细介绍了核磁共振（NMR）、红外光谱（IR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、质 谱（MS）等常用的有机波谱分析方法。每种方法都从其基本原理、实验操作、数 据分析等方面进行了全面的阐述，使读者能够深入了解并掌握这些波谱技术在有 机化合物结构鉴定中的应用。
精彩摘录
精彩摘录
《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》是一本在化学领域具有极高学术价值 的书籍，它不仅为我们揭示了有机化合物结构的奥秘，还深入剖析了有机波谱学 的核心原理和应用。以下是本书中的一些精彩摘录，它们或深入浅出地解释了复 杂的概念，或生动形象地描绘了实验的精髓。
精彩摘录
“在有机化学的世界里，结构鉴定就像是一场精心设计的侦探游戏，每一个 细节都可能成为破案的关键。而有机波谱学，就是我们手中的强大工具，它能够 帮助我们捕捉到那些隐藏在化合物背后的线索。”
阅读感受
通过大量的谱图解析实例，作者宁永成教授让我们看到了谱学原理在有机化 合物结构鉴定中的实际应用，这不仅增强了我们的理论知识，更提高了我们用谱 学方法解决实际问题的能力。
阅读感受
这本书给我最深刻的印象，就是其全面而深入的解析。无论是对于谱学原理 的讲解，还是对于谱图解析的实例，作者都展示出了极高的专业素养和丰富的实 践经验。这种全面的解析方式，让我在学习过程中不仅能够理解谱学原理，更能 够掌握如何将这些原理应用到实际问题中去。
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生物质谱早期有机质谱主要用于测定普通的有机小分子，对多肽、蛋白质及其他生物大分子难测定。
因：1．分子量太大2．气化高温分解。
80年代后，发明了快原子轰击电离（FAB），电喷雾电离（ESI）和基质辅助激光解吸电离（MALDI）。
生物大分子可转变成气相离子。
产生了生物质谱。
Biomass Spectrometry有机质谱及其联用技术在生物医药学中的应用快原子轰击电离（FAB）1981原理：在进样探头放样品，溶于底物（甘油或硫化甘油），惰性气体（Ar）电离后，加速，使之具有较高的动能，在原子枪(atom gun)内进行电荷交换反应：Ar+（高动能的）+ Ar（热运动的）→Ar（高动能的）+ Ar+（热运动的）高动能的Ar原子束再轰击样品分子使其离子化，样品离子进入质谱。
适用于难汽化,极性强的大分子。
注意：FAB质谱图中会出现基质分子产生的相应的峰及基质分子与样品分子的结合峰。
电喷雾电离（ESI）1984用于质谱原理：样品溶液从毛细管出，电场、气流使成雾状带电液滴，蒸发，液滴变小，离子从液滴出来，通过锥孔，透镜进质谱仪。
20世纪90年代中期，ESI出现纳喷雾离子源（nanoelectrospray ionization source）,纳升流速，分析灵敏度提高，且少至0.5uL的样品溶液可得到30min稳定喷雾，有充分机会进行质谱参数优化和许多串联质谱分析。
基质辅助激光解吸电离（MALDI）MALDI可使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。
1988原理：混合物（样品加基质）真空下受激光照，基质分子能有效的吸收激光的能量，成基质离子，碰撞样品，使样品分子解吸附进入气相并得到电离，进质谱仪。
MALDI适用于生物大分子，如肽类，核酸类化合物。
可得到分子离子峰，无明显碎片峰。
1995Hillenkamp 用MALDI-TOF 测定短杆菌肽S合成酶，分子量为512000uR. Nelson 用MALDI-TOF测定单克隆人体免疫球蛋白抗体，分子量为982000u以后R.D.Smith 用ESI/FT-ICR-MS测定DNA片段，分子量为1.1 10 8 u应用范围：生物大分子的分子量测定肽序列分析（根据其质谱中的碎片离子来推导）鉴别生物大分子的构象蛋白质中二硫键、糖基化(glycosylation site)、磷酸化(phosphorylation) 连接点用ESI观察非共价键相互作用的研究I．生物大分子的分子量测定用MALDI-TOF 测定，多数只得单电荷离子，质谱图中的谱峰与样品各组分的质量数由一一对应关系。
所以MALDI-TOF-MS最适合分析多肽及蛋白质混合物。
在ESI-MS时，易形成多电荷离子[M+nH]n+或[M-nH]n-。
要确定电荷态。
a．低分辨状态下测电荷态对于任意两峰M1 =(M+n)/n M2 =(M+[n+1])/n+1 相邻两峰相差一个电荷数计算多电荷离子所带电荷数，进而换算出该离子带单电荷时的质量，一般根据多个多电荷峰计算多个质量后取平均值。
b．高分辨状态下测电荷态可分辨出单个离子峰的同位素峰，任意两峰之间质荷比的差值，计算其倒数（电荷值）。
由电荷数可计算该多电荷离子的单电荷分子离子质量。
II．肽质量指纹谱（peptide mass fingerprinting, PMF）鉴定技术蛋白质被酶切位点专一的蛋白酶水解，得到的肽片段质量图谱。
由实验测得的蛋白质酶解肽段质量数在蛋白质数据库中检索，寻找相似肽指纹谱的蛋白质。
最有效的仪器: MALDI-TOF-MS 每个谱峰代表一种肽段III. 多肽、蛋白质、DNA片段的序列分析蛋白质的一级结构：以肽链结构为基础的肽链线型序列串联质谱仪可直接测定肽段的序列，多肽被电离后，各种键会断裂，形成强度不同的离子。
肽键断裂形成b n 、y n系列离子。
推断氨基酸连接顺序。
Roepstorff 和Fohlman 建议如下式：a 、b 、c 型离子保留肽链的N 末端，电荷留在离子C 端 x 、y 、z 型离子保留肽链C 端，电荷留在离子N 端b 型和y 型离子在质谱图中较多见，丰度较高。
还会b-H 2O 和y-NH 3等离子形式与PMF 谱图相比，串联质谱技术获取的肽序列谱图相对复杂，需计算软件帮助计算识别b 、y 等个系列离子。
区别肽质谱离子来自C 端或N 端，衍生方法：N-乙酰化， 甲酯化分析肽序列方法： FAB/CIDBOC —Gly —Ala —D —Val —Leu —Ile —ObzlBOC = t-butyloxy carbonyl Bzl = benzylH 2NCCN CN CN CCOOHC R 1O R 2O R 3O R 4HH C H x 3y 3z 3x 2y 2z 2x 1y 1z 1a 1b 1c 1a 2b 2c 2a 3b 3c 3H 2NC COR 1HH 3NC CN CCOOH R 3R 4O H HHb 1y"2H H HBOC NH CH 2C ONH CH CH 3C O NH CH CH (3)2C O NH CH CH 2CH(CH 3)2NH CH C O CH(CH 3)C 2H 5C O OBzly 4y 3y 2y 1b 1b 2b 3离子类型MH MH-56 MH-100 y4 y3 y2 y1 b4 b3 b2 b1 m/z 662 606 562 505 434 335 222 441 328 229 158形成bn离子和yn 系列离子ESI/CID十七肽：NQQPLQTSGVINMKAAG Glu (Q ) Lys (K )b1-b16115 243 371 468 581 709 810 897 954 1053 1166 1280 1411 15391610 1681y”16-y”11642 1514 1386 1289 1176 1048 947 860 803 704 591 477 346 218147 76ESI/FT-ICR-MS美国1994年，用MS/MS测牛胰多肽（分子量4226u）全部肽序。
MALDI/PSDPSD为源后分解（Post-source Decay）德国人R.Kaufmann 提出。
M p m f + m n E f 较E小M p为先前离子Angiotensin IIAsp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe 八个氨基酸y”1---y” 7166 263 400 513 676 775 931b 7---b 1881 784 647 534 371 272 116串联质谱法Tandem MS （MS/MS）MS-1产生待测离子（MH）进入碰撞室，经惰性气体（He 、Ar）碰撞活化裂解（collisional activation dissociation），经MS-2分离得质谱图。
仪器可用：MALDI- Q -TOFESI-TSQMALDI-FTMSESI-FTMS寡肽：甲硫氨酸络脑菲肽ESI/MS/MS 子离子谱Tyr-Gly-Gly-Phe-Met MW 573.2y” 354.2 297.3 150.0b 425.3 278.2 211.0检测a、b、y系列离子十四肽谷氨酸纤维蛋白肽B ESI/MS/MS 子离子谱Glu-Gly-Val-Asn-Asp-Asn-Glu-Glu-Gly-Phe-Phe-Ser-Alg-Argy” 1285.5 1171.3 1056.3 942.3 813.2 684.4 627.2 480.4 333.2 z 1039.7 924.5以y系列为主的离子蛋白质非共价复合物的电喷雾质谱ESI/MS for the study of Non-covalent Complexes生物大分子之间弱的非共价键相互作用，是细胞内许多生物功能实现的基础。
如酶和底物、蛋白质-配体、蛋白质-蛋白质、抗原-抗体之间的作用。
药物分子发挥作用也要先与作用靶点结合再发挥功能。
软电离技术离子化方式柔和，不裂解，可以分析非共价结合的生物大分子复合物，具有高分析速度和灵敏度。
1）蛋白质与小分子配体相互作用肌红蛋白(myoglobin)与血红素(heme)的结合: 在近中性条件下,血红蛋白(16.9kDa)与血红素(616Da)复合物的电喷雾质谱图显示复合物(17568Da)的两个多电荷峰，带9个电荷的m/z1953，带8个电荷的m/z2197 2) 蛋白质与蛋白质相互作用蛋白质亚基之间的非共价相互作用使多肽链折叠成多聚体，形成蛋白质的四级结构。
利用电喷雾可研究形成蛋白质四级结构的亚基数目。
链酶亲和素（streptavidin，由4个含159个氨基酸残基的单体形成四聚体用ESI分析，pH2.5且含有机溶剂时，没有非共价键形成，质谱图显示为蛋白质单体的质荷比。
PH6.9的乙酸胺溶液中，质谱图显示蛋白质的四聚体质荷比。