四谱联用解析在药分中的应用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分子式
M+1
M+2
分子式
M+1
M+2
CH4N4
2.67
0.03
C3H6NO
3.76
0.25
C2H2NO2
2.65
0.42
C3H8N2
4.13
0.07
C2H4NO2
3.03
0.23
C4H8O
4.49
0.28
C2H6N3
3.40
0.44
C4H10N
4.86
0.09
最可能的化学式为C4H8O。
计算分子的不饱和度Ω= =1，推测有碳碳双键或者碳氧双键。
4、根据紫外光谱图从λmax和εmax推测存在的生色团，看是何种吸收带，并判断化合物分子结构中是否存在共轭体系或芳环。
5、根据红外光谱图吸收峰的位置、形状和强弱推测出可能含有的官能团。
6、根据核磁共振氢谱图的化学位移判断质子的化学环境，从自旋—偶合裂峰判断相邻质子数，从积分线高度判断质子数目，进一步综合确定分子的碳架，推测结构式。
质谱（mass spectra，MS）是一种按质量大小规律（质荷比）进行排列的谱图。有机质谱是在真空体系中，通过称为“离子化”的电子轰击等手段，打掉有机分子的一个电子，形成具有自由基正离子特征的“分子离子”，并进一步打断某一或者某些化学键，使分子离子断裂成碎片。分子离子峰的位置确定分子量，并通过碎片离子峰信息推测分子的结构。
参考文献：
MS看出化合物相对分子质量为232，M+1峰为：4.6*100/33=13.939，查阅Beynon图：
质量和同位素丰度表（部分）
分子式
M+1
M+2
分子式
M+1
M+2
C12H10NO4
13.67
1.66
C12H16N4O
14.79
1.22
C12H12N2O3
14.04
1.52
C12H24O4
13.51
M-28
CO
酚、醌、环酮、内酯
M-29
CH2CH3
乙基取代物、乙基酮、丙酰化合物等
M-43
乙酰基CH3CO
甲基酮
例二：对羟基乙酰苯胺（扑热息痛）的谱Βιβλιοθήκη Baidu推断分析
对羟基乙酰苯胺扑热息痛是一种解热镇痛药,常用于发热,疼痛等症的治疗。扑热息痛的含量测定方法目前文献报道很多,有比色法、化学滴定法、差示分光光度法、高效液相色谱法、薄层色谱法、电化学分析法核磁共振波谱法、质谱法、拉曼光谱法等，以下利用四谱解析法测定分子式扑热息痛。[2]
1.64
C12H14N3O2
14.41
1.37
C12H26NO3
13.88
1.49
最可能的化学式为C12H12N2O3。
计算分子的不饱和度Ω= =8，不饱和度大，分子中可能有1-2个苯环或者其他环和双键。
IR中3000cm-1左右既有不饱和碳上C-H伸缩振动吸收峰，又有饱和碳上C-H伸缩振动吸收峰。3200cm-1左右有不明显的O-H伸缩振动吸收峰，在3310cm-1左右有明显的中等强度尖锐单峰，结合分子式中有N，推测N原子上可能连有一个H原子，应该是类似仲胺或者酰仲胺的N-H伸缩振动。在1780-1650cm-1区域有复杂的多个强峰，说明分子中存在多个羟基，因此该物质可能有一个苯环和多个羰基。在700-750cm-1有峰，说明可能是苯环单取代。
7、四谱的信息相互佐证，进行必要的修正，直到药物分子的结构式完全合理。
8、根据分子的质谱裂解式，从裂解碎片离子的重要信号峰验证推测的结构式。
三、实例分析
例一：2-丁酮。
推理过程：
MS看出化合物相对分子质量为72，M+1峰为：1.0*100/22.1=4.52，查阅Beynon图：
质量和同位素丰度表（部分）
二、四谱联用技术的一般分析过程：
1、打印合适的质谱（MS）、紫外（UV）、红外（IR）以及核磁（NMR）谱图。
2、根据质谱图确定药物的相对分子质量，利用分子的离子峰（M）、同位素峰（M+1）、（M+2）的相对丰度，查阅Beynon表确定药物可能的分子式。
3、由分子式计算药物的不饱和度Ω，推测大致的化合物类型。
波谱分析也不是万能的，药物分子的确定往往还需要使用其他手段，苯巴比妥可以通过该化合物的颜色反应予以确认。
现代药物分析方法的连续化、自动化、最优化、智能化、能以客观数据来判断结果等特征已成为药物分析科学发展的必然趋势，它推动了一种分离手段和一种检测手段相结合组成的多种联用技术的诞生。[5]尤其是将高分离性能的色谱与高鉴别能力的分析仪器联用，在进样方式、分离模式、检测手段等方面具有独特的优越性，提高了分析的准确度、灵敏度和选择性。仪器分析技术已成为药物分析学科领域中最重要和最基本的研究手段和方法，具有广阔的应用前景。[6]
MS看出化合物相对分子质量为151，M+1峰为：4.1*100/44.1=9.297，查阅Beynon图：
质量和同位素丰度表（部分）
分子式
M+1
M+2
分子式
M+1
M+2
C8H7O3
8.87
0.95
C3H11O2
9.98
0.85
C8H9NO2
9.25
0.78
C8H13N3
10.00
0.45
C8H11N2O
四谱联用解析在药分中的应用
版权所有 请勿抄袭如若抄袭 后果自负
摘要：
简单介绍红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱的原理，并且结合四种光谱分析确定具体化合物，以及其在药物化学中的应用。
正文：
一、四谱简介
UV、IR、NMR和MS四大谱图是目前对药物分子进行结构表征的主要方法，统称四大波普。由于各种波谱方法的原理不同，可提供的结构信息不同，它们都有一定的适用范围和局限性，在很多情况下需要综合使用才能达到确定分子结构的目的。
MS中其特征是M—28峰成为基峰，易失去CO，可能是酚、醌或者是环酮结构，M—27，说明此时可能失去HCN，结合分子式和红外信息，说明分子具有含N杂环结构。
NMR中化学位移δ1=8.79δ2=7.36δ3=2.488δ4=0.995确定分子中各类氢原子比例为：2:5:2:3（从低场到高场）。δ2的峰说明该物质为单取代苯环，δ3和δ4左右的两组相互列分峰，说明为—CH2CH3，根据以上信息，δ1左右的宽峰应该是酰胺N上的H信号，根据形状和积分高度，它来自两个等同的酰仲胺的H。
UV中在280-330nm有吸收带，有C=O的n π*跃迁。
IR中1715cm-1左右有明显的νC=O吸收峰，没有不饱和碳上的碳氢吸收（=C-H 3100-3000cm-1）和碳碳吸收（C=C 1680-1620cm-1），也没有脂肪醛吸收（C=O 1740-1720cm-1），因此判断化合物可能为脂肪酮。
同样推出碳谱结论：δ167有羧酸衍生物的羰基碳信号、δ121和δ115为对取代苯环的四个未取代碳的信号、δ153和δ131分别为两个以取代碳的信号。
至此，可以知道该药物的结构碎片有：—NH—、—OH、—C6H4—、—C=O、—CH3。由于苯环上只有两个取代基，因此只可能是—NH和—OH，羟基—OH不能连另外的基团，亚氨基—NH上可以进一步连接的只可能是羰基—C=O，羰基另外连接甲基—CH3。因此，药物的结构只可能是对羟基乙酰苯胺（扑热息痛）。
紫外—可见吸收光谱（ultraviolet-visible absorption spectroscopy）是分子吸收紫外—可见光区的电磁波（波长10~800nm），其外层价电子发生能级跃迁而产生的吸收光谱，简称紫外光谱（UV），也叫电子光谱。
红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）是一种分子吸收光谱，它反映分子振动能级的跳跃情况，提供化合物具有何种官能团的信息。分子中成键原子处于不断地振动状态中，不同的振动具有相当的振动频率。当样品中分子受到频率连续变化的红外光照射时，某一波长红外光的频率若与分子中某种振动形式的固有频率相同，光子的能量可以传送给分子，如果分子对光子吸收而产生振动能级的跃迁，则相应频率的透射光强度减弱。以波数或波长为横坐标，吸收强度或透过率为纵坐标记录吸收曲线，就得到红外吸收光谱。
同样分析碳谱可以得到：δ136.9(s)δ129.3(d)δ128.8(d)δ126.6(d)都为单取代苯环的碳信号，δ29.8(t)δ10.1(q)为—CH2CH3碳信号，此外，信号强度较大的δ170.7来自两个等同的酰仲胺CONHR羰基碳原子，δ61.6可能来自四取代的碳。
至此，可以知道该药物的结构碎片有：—C6H5、—CH2CH3、—CONH、—CONH和一个季C，根据不饱和度8和剩余的C和O，推测他们以羰基形势出现，此时已有7个不饱和度，剩余一个应该形成环。因此该药物可能为苯巴比妥。
9.62
0.62
C9H13NO
10.35
0.68
最可能的化学式为C8H9NO2。
计算分子的不饱和度Ω= =5，推测有一个苯环。
UV中在230-270nm有吸收带，（λmax254nm；εmax200）称为精细结构吸收带，也称B吸收带，是有π→π*跃迁与苯环的震动重叠引起的。[3]
IR中1900-1800cm-1左右有苯骨架震动吸收峰，1600-1400cm-1左右有苯环骨架震动吸收峰，在3300cm-1左右有中等强度的尖锐单峰，结合分子式中有一个N，推测N原子上可能连有一个H原子，在3400-3000cm-1区域有宽峰，说明分子中存在羟基，在1670cm-1左右有较强峰，因此，分子中可能有连在共轭体系上的羰基。
NMR中化学位移δ1=9.66δ2=9.14δ3=7.35δ4=6.69δ5=1.99δ1和δ2证实分子中羟基的存在，δ3和δ4有两组氢原子信号，佐证该物质中有苯环的存在。以氢谱δ1或者δ2的强度为基准，确定分子中各类氢原子比例为：1:1:2:2;3（从低场到高场）。δ3和δ4氢原子比例为2:2推测化合物是苯环的对位二取代对称结构，δ5的三个氢原子为单峰，说明是连接在具有一定吸电子能力基团上的CH3。
NMR中化学位移δ1=2.3δ2=2.1δ3=12.1处为孤峰最可能的基团为CH3C=O与不饱和度1吻合。积分线高度之比为2:3:3，说明有CH3CH2C=O和O=C—CH3。
因此，可以推测药物A的结构式为：
MS断裂式验证：
质量数差
常见失去的电中性碎片
分子结构推测
M-15
CH3
支链甲基、乙酰基化合物、乙苯
核磁共振谱（nuclear magnetic resonance，NMR）也是一种吸收光谱，核磁共振主要有两种：1H-核磁共振谱（1H-NMR简称氢谱）和13C-核磁共振谱（简称碳谱）。氢谱可提供：分子中不同氢原子所处的化学环境；各种氢原子的相对数目；相邻碳原子上氢以及分子构型等有关信息。碳谱可以提供有关分子“碳骨架”结构的信息。氢谱和碳谱互相补充，可以确定分子骨架。[1]
通过质谱验证：
质量数差
常见失去的电中性碎片
分子结构推测
M-28
CO
酚、醌、环酮、内酯
M-42
C3H6、CH2=C=O
芳香丙基醚、内酯、丁酮等麦氏重排
M-43
乙酰基CH3CO
甲基酮
例三、
苯巴比妥又称鲁米那,属于长效巴比妥类镇静催眠药,具有抗焦虑、镇静、催眠、抗惊厥、抗癫痫及中枢性肌肉松弛作用[1 ],且在日常生活中容易获得,故在刑事案件中经常遇到投用此类药物作案的案例。由于生物样品检材成分复杂,存在大量的干扰物,因此在生物体检材中进行安眠药物的定性定量分析具有较大难度。以下则为苯巴比妥四谱解析。[4]
M+1
M+2
分子式
M+1
M+2
CH4N4
2.67
0.03
C3H6NO
3.76
0.25
C2H2NO2
2.65
0.42
C3H8N2
4.13
0.07
C2H4NO2
3.03
0.23
C4H8O
4.49
0.28
C2H6N3
3.40
0.44
C4H10N
4.86
0.09
最可能的化学式为C4H8O。
计算分子的不饱和度Ω= =1，推测有碳碳双键或者碳氧双键。
4、根据紫外光谱图从λmax和εmax推测存在的生色团，看是何种吸收带，并判断化合物分子结构中是否存在共轭体系或芳环。
5、根据红外光谱图吸收峰的位置、形状和强弱推测出可能含有的官能团。
6、根据核磁共振氢谱图的化学位移判断质子的化学环境，从自旋—偶合裂峰判断相邻质子数，从积分线高度判断质子数目，进一步综合确定分子的碳架，推测结构式。
质谱（mass spectra，MS）是一种按质量大小规律（质荷比）进行排列的谱图。有机质谱是在真空体系中，通过称为“离子化”的电子轰击等手段，打掉有机分子的一个电子，形成具有自由基正离子特征的“分子离子”，并进一步打断某一或者某些化学键，使分子离子断裂成碎片。分子离子峰的位置确定分子量，并通过碎片离子峰信息推测分子的结构。
参考文献：
MS看出化合物相对分子质量为232，M+1峰为：4.6*100/33=13.939，查阅Beynon图：
质量和同位素丰度表（部分）
分子式
M+1
M+2
分子式
M+1
M+2
C12H10NO4
13.67
1.66
C12H16N4O
14.79
1.22
C12H12N2O3
14.04
1.52
C12H24O4
13.51
M-28
CO
酚、醌、环酮、内酯
M-29
CH2CH3
乙基取代物、乙基酮、丙酰化合物等
M-43
乙酰基CH3CO
甲基酮
例二：对羟基乙酰苯胺（扑热息痛）的谱Βιβλιοθήκη Baidu推断分析
对羟基乙酰苯胺扑热息痛是一种解热镇痛药,常用于发热,疼痛等症的治疗。扑热息痛的含量测定方法目前文献报道很多,有比色法、化学滴定法、差示分光光度法、高效液相色谱法、薄层色谱法、电化学分析法核磁共振波谱法、质谱法、拉曼光谱法等，以下利用四谱解析法测定分子式扑热息痛。[2]
1.64
C12H14N3O2
14.41
1.37
C12H26NO3
13.88
1.49
最可能的化学式为C12H12N2O3。
计算分子的不饱和度Ω= =8，不饱和度大，分子中可能有1-2个苯环或者其他环和双键。
IR中3000cm-1左右既有不饱和碳上C-H伸缩振动吸收峰，又有饱和碳上C-H伸缩振动吸收峰。3200cm-1左右有不明显的O-H伸缩振动吸收峰，在3310cm-1左右有明显的中等强度尖锐单峰，结合分子式中有N，推测N原子上可能连有一个H原子，应该是类似仲胺或者酰仲胺的N-H伸缩振动。在1780-1650cm-1区域有复杂的多个强峰，说明分子中存在多个羟基，因此该物质可能有一个苯环和多个羰基。在700-750cm-1有峰，说明可能是苯环单取代。
7、四谱的信息相互佐证，进行必要的修正，直到药物分子的结构式完全合理。
8、根据分子的质谱裂解式，从裂解碎片离子的重要信号峰验证推测的结构式。
三、实例分析
例一：2-丁酮。
推理过程：
MS看出化合物相对分子质量为72，M+1峰为：1.0*100/22.1=4.52，查阅Beynon图：
质量和同位素丰度表（部分）
二、四谱联用技术的一般分析过程：
1、打印合适的质谱（MS）、紫外（UV）、红外（IR）以及核磁（NMR）谱图。
2、根据质谱图确定药物的相对分子质量，利用分子的离子峰（M）、同位素峰（M+1）、（M+2）的相对丰度，查阅Beynon表确定药物可能的分子式。
3、由分子式计算药物的不饱和度Ω，推测大致的化合物类型。
波谱分析也不是万能的，药物分子的确定往往还需要使用其他手段，苯巴比妥可以通过该化合物的颜色反应予以确认。
现代药物分析方法的连续化、自动化、最优化、智能化、能以客观数据来判断结果等特征已成为药物分析科学发展的必然趋势，它推动了一种分离手段和一种检测手段相结合组成的多种联用技术的诞生。[5]尤其是将高分离性能的色谱与高鉴别能力的分析仪器联用，在进样方式、分离模式、检测手段等方面具有独特的优越性，提高了分析的准确度、灵敏度和选择性。仪器分析技术已成为药物分析学科领域中最重要和最基本的研究手段和方法，具有广阔的应用前景。[6]
MS看出化合物相对分子质量为151，M+1峰为：4.1*100/44.1=9.297，查阅Beynon图：
质量和同位素丰度表（部分）
分子式
M+1
M+2
分子式
M+1
M+2
C8H7O3
8.87
0.95
C3H11O2
9.98
0.85
C8H9NO2
9.25
0.78
C8H13N3
10.00
0.45
C8H11N2O
四谱联用解析在药分中的应用
版权所有 请勿抄袭如若抄袭 后果自负
摘要：
简单介绍红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱的原理，并且结合四种光谱分析确定具体化合物，以及其在药物化学中的应用。
正文：
一、四谱简介
UV、IR、NMR和MS四大谱图是目前对药物分子进行结构表征的主要方法，统称四大波普。由于各种波谱方法的原理不同，可提供的结构信息不同，它们都有一定的适用范围和局限性，在很多情况下需要综合使用才能达到确定分子结构的目的。
MS中其特征是M—28峰成为基峰，易失去CO，可能是酚、醌或者是环酮结构，M—27，说明此时可能失去HCN，结合分子式和红外信息，说明分子具有含N杂环结构。
NMR中化学位移δ1=8.79δ2=7.36δ3=2.488δ4=0.995确定分子中各类氢原子比例为：2:5:2:3（从低场到高场）。δ2的峰说明该物质为单取代苯环，δ3和δ4左右的两组相互列分峰，说明为—CH2CH3，根据以上信息，δ1左右的宽峰应该是酰胺N上的H信号，根据形状和积分高度，它来自两个等同的酰仲胺的H。
UV中在280-330nm有吸收带，有C=O的n π*跃迁。
IR中1715cm-1左右有明显的νC=O吸收峰，没有不饱和碳上的碳氢吸收（=C-H 3100-3000cm-1）和碳碳吸收（C=C 1680-1620cm-1），也没有脂肪醛吸收（C=O 1740-1720cm-1），因此判断化合物可能为脂肪酮。
同样推出碳谱结论：δ167有羧酸衍生物的羰基碳信号、δ121和δ115为对取代苯环的四个未取代碳的信号、δ153和δ131分别为两个以取代碳的信号。
至此，可以知道该药物的结构碎片有：—NH—、—OH、—C6H4—、—C=O、—CH3。由于苯环上只有两个取代基，因此只可能是—NH和—OH，羟基—OH不能连另外的基团，亚氨基—NH上可以进一步连接的只可能是羰基—C=O，羰基另外连接甲基—CH3。因此，药物的结构只可能是对羟基乙酰苯胺（扑热息痛）。
紫外—可见吸收光谱（ultraviolet-visible absorption spectroscopy）是分子吸收紫外—可见光区的电磁波（波长10~800nm），其外层价电子发生能级跃迁而产生的吸收光谱，简称紫外光谱（UV），也叫电子光谱。
红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）是一种分子吸收光谱，它反映分子振动能级的跳跃情况，提供化合物具有何种官能团的信息。分子中成键原子处于不断地振动状态中，不同的振动具有相当的振动频率。当样品中分子受到频率连续变化的红外光照射时，某一波长红外光的频率若与分子中某种振动形式的固有频率相同，光子的能量可以传送给分子，如果分子对光子吸收而产生振动能级的跃迁，则相应频率的透射光强度减弱。以波数或波长为横坐标，吸收强度或透过率为纵坐标记录吸收曲线，就得到红外吸收光谱。
同样分析碳谱可以得到：δ136.9(s)δ129.3(d)δ128.8(d)δ126.6(d)都为单取代苯环的碳信号，δ29.8(t)δ10.1(q)为—CH2CH3碳信号，此外，信号强度较大的δ170.7来自两个等同的酰仲胺CONHR羰基碳原子，δ61.6可能来自四取代的碳。
至此，可以知道该药物的结构碎片有：—C6H5、—CH2CH3、—CONH、—CONH和一个季C，根据不饱和度8和剩余的C和O，推测他们以羰基形势出现，此时已有7个不饱和度，剩余一个应该形成环。因此该药物可能为苯巴比妥。
9.62
0.62
C9H13NO
10.35
0.68
最可能的化学式为C8H9NO2。
计算分子的不饱和度Ω= =5，推测有一个苯环。
UV中在230-270nm有吸收带，（λmax254nm；εmax200）称为精细结构吸收带，也称B吸收带，是有π→π*跃迁与苯环的震动重叠引起的。[3]
IR中1900-1800cm-1左右有苯骨架震动吸收峰，1600-1400cm-1左右有苯环骨架震动吸收峰，在3300cm-1左右有中等强度的尖锐单峰，结合分子式中有一个N，推测N原子上可能连有一个H原子，在3400-3000cm-1区域有宽峰，说明分子中存在羟基，在1670cm-1左右有较强峰，因此，分子中可能有连在共轭体系上的羰基。
NMR中化学位移δ1=9.66δ2=9.14δ3=7.35δ4=6.69δ5=1.99δ1和δ2证实分子中羟基的存在，δ3和δ4有两组氢原子信号，佐证该物质中有苯环的存在。以氢谱δ1或者δ2的强度为基准，确定分子中各类氢原子比例为：1:1:2:2;3（从低场到高场）。δ3和δ4氢原子比例为2:2推测化合物是苯环的对位二取代对称结构，δ5的三个氢原子为单峰，说明是连接在具有一定吸电子能力基团上的CH3。
NMR中化学位移δ1=2.3δ2=2.1δ3=12.1处为孤峰最可能的基团为CH3C=O与不饱和度1吻合。积分线高度之比为2:3:3，说明有CH3CH2C=O和O=C—CH3。
因此，可以推测药物A的结构式为：
MS断裂式验证：
质量数差
常见失去的电中性碎片
分子结构推测
M-15
CH3
支链甲基、乙酰基化合物、乙苯
核磁共振谱（nuclear magnetic resonance，NMR）也是一种吸收光谱，核磁共振主要有两种：1H-核磁共振谱（1H-NMR简称氢谱）和13C-核磁共振谱（简称碳谱）。氢谱可提供：分子中不同氢原子所处的化学环境；各种氢原子的相对数目；相邻碳原子上氢以及分子构型等有关信息。碳谱可以提供有关分子“碳骨架”结构的信息。氢谱和碳谱互相补充，可以确定分子骨架。[1]
通过质谱验证：
质量数差
常见失去的电中性碎片
分子结构推测
M-28
CO
酚、醌、环酮、内酯
M-42
C3H6、CH2=C=O
芳香丙基醚、内酯、丁酮等麦氏重排
M-43
乙酰基CH3CO
甲基酮
例三、
苯巴比妥又称鲁米那,属于长效巴比妥类镇静催眠药,具有抗焦虑、镇静、催眠、抗惊厥、抗癫痫及中枢性肌肉松弛作用[1 ],且在日常生活中容易获得,故在刑事案件中经常遇到投用此类药物作案的案例。由于生物样品检材成分复杂,存在大量的干扰物,因此在生物体检材中进行安眠药物的定性定量分析具有较大难度。以下则为苯巴比妥四谱解析。[4]