01-2第四节 植物化学成分结构研究方法[详版课资]

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2、化学位移的表示 采用 相对数值表示法。
δ/ppm(1 ppm=10-6)
规定四甲基硅烷(TMS,（CH3)4Si)吸收 峰的δ值为0，其右边峰的δ值为负，左 边为正。
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•电负性 •各向异性效应 •氢键的去屏蔽效应 •溶剂效应
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电负性 电负性大的原子或基团 （产生-I效应）使δ增大（屏蔽作 用减小，去屏蔽作用增大）。
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● 鉴别功能基的化学反应：
三氯化铁反应、三氯化铝反应等等。
利用在酸水或碱水中的溶解度情况，提示该化 合物碱性功能基或酸性功能基的存在以及有无内 酯、内酰胺结构。
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● 化学降解法
将复杂分子通过氧化、还原等化学反应， 降解为几个结构比较简单又稳定的小分子化合 物，通过对降解产物的结构鉴定，再按降解机 理合理地推导出原来可能的化学结构式。
外多数能回收； * 对结构复杂的天然化合物在较短的时间内，
就能完成结构的测定，且不改变混合体系的组 成； * 对构象、构型、异构体判别等方面的研究已 显示出巨大的潜力； *灵敏、准确、重现性好。
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紫外光谱 用波长在200～400nm之间的连续光扫 描记录下来的图谱，吸收带比较宽；
红外光谱 用波长在800nm～20μm之间的连续 光扫描记录下来的图谱，谱线比较尖锐；
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NOESY
O
EtO
R
H
OH
O
O
R
OEt
H
OH
O
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HMQC
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作用：
用于确定分子量； 求算分子式； 提供其他的结构信息；
特点：
适宜测定极性偏小和中等极性的化合物； 常规质谱仪价格比较便宜，一些特殊质谱
仪很昂贵； 样品用量少（只需5～10 μg）
解决手性中心附近有生色团(含通过化学转换可变成生色团的化 合物，如-OH、C=O)的化合物的绝对构型或优势构象的。
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对每一个具体的结构类型：要掌握下 面的主线
植物来源 提取分离
结构特点
理化性质
结构测定 生物活性
在理解的基础上，用自己的语言来消 化和记忆，善于归纳和总结，做到触类 旁通，举一反三。
远程偶合：相隔三个键以上的偶合。远程 偶合只发生在中间插入双键或三键的两 个质子。
偶合常数J：裂分峰之间共振吸收之差。
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化学等价：指化学位移相同的自旋核。
磁等价：一组化学位移相同的自旋核，若 与组外其它核的自旋偶合彼此之间也相 同，则该组核为磁等价核。如：
ClCH2CH3
BrCH=CH2
E. 氧化铝色谱
3．分馏法分离适用于（ ）
A. 极性大成分 B. 极性小成分
C. 升华性成分
D. 挥发性成分
E. 内脂类成分
4．聚酰胺薄层色谱，下列展开剂中展开能力最强的是（）
A. 30%乙醇
B. 无水乙醇
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人工合成进行确认
波谱、化学方法 推测出结构式
分子量分子式的确定
推测母体结构类型 功能基情况
纯度鉴定
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纯度确定--最基本的条件
检查纯度的方法：
外观、颜色、形态是否均一； 测定各种物理常数，如熔点、沸点、比旋光度、
折光率等，这些物理常数都反映了化合物的纯 度。
如果可能是已知物，用已知结构的对照品进行 对照测定或测定它们的共熔点等；
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● 1945年，F. Bloch和E. M. Purcell 几乎同时发现了核磁共 振现象，获得1952年诺贝尔物理奖。
● 核磁共振仪器的发展：
40 60 90 100 300 500 600 750 MHz
●核磁共振：
氢核磁共振（1H-NMR)谱 碳核磁共振（13C-NMR)谱
浅色位移：由于基团取代或溶剂效应，最大 吸收波长变短，也叫蓝移（blue shift）；
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具有相同基本骨架化合物的UV光谱相同，但并 非是同一化合物；
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测定范围 波数600～4000cm -1之间，其中1600cm-1以上为化
合物的特征基团区，1000-500cm-1为指纹区。
天然药物化学成分以有机物为主，分子结构中必然有C、H原子，
它们的结合类型、化学环境不同，均可用NMR测定，是天然化合
物结构测定的重要手段。
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测量方法：利用原子核在磁场中发生 能级跃迁时，核磁矩方向改变产生 感应电流来测定核磁共振信号。
特点：比测透过率法灵敏度高。
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1、化学位移定义
注：电负性对δ影响是通过化学键 起作用的，它产生的屏蔽效应属 于局部屏蔽效应。
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•各向异性效应
分子中某些基团的电子云排布不呈球形 对称，它对邻近氢核产生一个各向异性 的磁场，从而使某些空间位置上的核受 屏蔽，而另一些空间位置上的核去屏蔽 的现象。
注：各向异性对δ影响是通过空间位置起 作用的，它产生的屏蔽效应属于远程屏 蔽效应。
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裂解的一般规律 1、产生碳正离子的裂解 2、产生氮、氧、卤正离子的裂解 3、重排裂解（脱去中性分子的裂解）
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五、质谱的应用
1、测定有机化合物的分子式
2、推测有机化合物的结构
①为结构解析提供的信息 给出分子量(M+), 给出基团或片段信息, HR-MS可计算分子式; MS图一致(同一型号仪器,同一条件)一般为同一化合物。 ②类型 电子轰击电离质谱(EI-MS): 醇、糖苷不能给出分子离子峰;
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● 特点：
需用化合物量大； 反应剧烈； 主要产物得率少又费时； 现在较少应用，仅保留一些比较简单规律性又较
强的降解反应
● 衍生物制备－用化学方法研究结构的一 种常用手段，对结构推定有一定意义。
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UV IR
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NMR MS
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光谱法的特点： * 样品用量少（几微克-几十毫克），除质谱
第四节 植物化学成分结构研究方法
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一、结构研究的一般程序与方法
1.推断化合物结构类型 注意观察样品在提取、分离过程中的行为—测定有关物理化学性质，如不同 pH、不同溶剂中的溶解度及层析行为、化学定性反应等—结合文献调研 2.测定分子式及计算不饱和度 （1）元素定量分析和相对分子质量测定 （2）高分辨质谱（high resolution mass spetrometry, HR-MS)法 不饱和度（degree of unsaturation): Ω=C+1-H/2-X/2+N/2 C：化合物中C原子的数目
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• ● 氢核磁共振（1H-NMR)谱：
化学位移范围：在0～20 ppm
三大要素：化学位移(ppm)、偶合常数(J)及峰
面积。
灵敏度高，样品用量少（1～5 mg），测试时 间短
●碳核磁共振（13C-NMR)谱：
化学位移范围：在0～250 ppm
要素：化学位移(ppm)
场解析电离质谱(FD-MS)、快原子轰击质谱(FAB-MS)、电喷雾电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ质谱
(ESI-MS) ：用于糖苷、肽、核酸类、可确定分子量。
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5. 旋光谱和圆二色散光谱（ORD and CD）
旋光谱(optical rotatoty dispersion,ORD)和圆二色谱 (circular dichroism,CD,需对紫外可见光有吸收)：
化学位移：同种核由于在分子中的化学环 境不同而在不同共振磁场显示吸收峰的 现象。（化学位移值是外磁场强度的百 万分之几）
化学环境：指核外电子以及邻近的其它原 子核的核外电子的运动情况。
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屏蔽效应 局部屏蔽效应 远程屏蔽效应
局部屏蔽效应：核外成键电子对核产生 的屏蔽作用。
远程屏蔽效应：分子中其它原子和基团 的核外电子对核产生的屏蔽作用。
也可对照文献报导值（注意各种测定条件的一 致性）
薄层层析（三种展开系统和三种显色方法）
高效液相层析；
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● 某些成分或功能基，可以和一些特定试剂产生 各种颜色或沉淀，有助于判断化合物类型和功能 基：
生物碱类大都能和生物碱沉淀试剂产生沉淀；
羟基蒽醌类遇碱呈红色；
盐酸一镁粉试剂能和许多黄酮类化合物呈色。
作用 主要用于定性分析，功能基的确认，芳环取代类型的判
断等。
优点： 任何气态、液态、固态样品均可测定；
每种化合物都有红外吸收；
常规红外光谱仪价格低廉；
样品课用堂优量质 少（只需5-10 μg）
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红外光谱(Infrared spectra IR) 为结构解析提供各种官能团的信息。 IR相同者为同一化合物。
如： 芳香环: 1600-1480cm-1， OH: >3000 cm-1, C=O : 1700 cm-1.
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三要素：位置、强度、峰形
特征基团区
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指纹区
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● 如果被测定物是已知物，只要和已知对 照品做一张共红外光谱图，二者红外光谱完 全一致则为同一物质；
● 如无对照品也可检索有关红外光谱数据 图谱文献。
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岛津 2450/2550PC
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傅立叶变换红外光谱仪
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核 磁 共 振 仪
质 谱 仪
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测定范围：波数200～400nm 之间 作用： 提供基本骨架信息; 样品中杂质的测定 定量分析 特点： 液态样品才能测定； 常规紫外光谱仪价格低廉； 样品用量少（只需5-10 μg）
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NMR的应用
质子谱（1H-NMR）
化学位移: (用于判断H的化学环境 chemical shift);
偶合常数: J (Hz) 用于判断H与H的关系 coupling constant)
积分强度(积分面积): 确定H的数目
碳谱（13C-NMR）
化学位移：碳处的化学环境
峰高或峰面积:一般不与碳数成正比
H：化合物中H原子的数目 X：化合物中卤素原子的数目 N：化合物中三价N原子的数目
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3.推断分子中可能含有的官能团\结构片段或基本骨架 官能团定性及定量；测定并解析化合物有关光谱，如UV, IR, MS, 1H NMR, 13C NMR等。 4.推断并确定分子的平面结构 （1）结合文献调研 （2）结合光谱解析及官能团定性\定量分析结果 （3）与已知化合物进行比较或采用化学方法（化学降解\衍生 物制备或人工合成） 5.推断并确定化合物的立体结构 （1）测定CD或ORD谱 （2）测定NOE\NOESY 或2D NMR谱 （3）进行X晶体衍射分析或人工合成
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一、基本原理
质谱（MS）：有机化合物分子在电子 流的轰击下，失去电子变成离子， 离子再在电场和磁场的综合作用下， 按照质量和电荷之比（质荷比m/z） 的大小顺序记录下来的图谱。
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质谱中常见的几种离子峰
分子离子峰 M + e- → M+ + 2 e-
碎片离子峰 同位素离子峰
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氢键的去屏蔽效应 使δ值移向低
场。羧酸的δ值≈10-12
溶剂效应
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四、自旋-自旋偶合
-CH3
-CHO
-CH3 -CHO
乙醛的低分辨核磁共振谱 乙醛的高分辨核磁共振谱
自旋-自旋偶合：自旋核之间的相互作用。 自旋-自旋裂分：因自旋偶合而引起谱线增
多的现象。
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自旋偶合的原因：自旋质子产生的一个小 磁场可通过成键电子的传递，对邻近的 质子产生影响。
灵敏度较低，样品用量较多（5～20 mg），测 试时间长
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C=C
C=O
C=C-O
溶剂 CH2
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适用范围：信号过于复杂、重叠严重时，而对结
构推断产生困难时，可以简化谱图，有助判断；
特点：
对测试仪器要求比较高（超导核磁共振仪）； 谱图测试价格比较贵； 测试时间长，样品用量比较多（只需5～20 mg）
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生色团 产生紫外吸收的不饱和基团，如C=C, C=O, O=N=O等；
助色团：其本身是饱和基团（常含有杂原 子），它连到生色团上时，能使后者吸收波 长变长或吸收强度增加，如-OH, -NH2, -Cl 等；
深色位移：由于基团取代或溶剂效应，最大 吸收波长变长，也叫红移（red shift）；
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一、单项选择题
1．两相溶剂萃取法的原理是利用混合物中各成分在两相溶 剂中的（ ）
A. 比重不同
B. 分配系数不同 C. 分离系数不同
D. 萃取常数不同 E. 介电常数不同
2．原理为氢键吸附的色谱是（ ）
A. 离子交换色谱 B. 凝胶滤过色谱 C. 聚酰胺色谱
D. 硅胶色谱