天然药物化学和结构解析-研究生

间的相互作用，叫做自旋偶合。由自旋偶合引起的谱线 增多的现象，叫做自旋裂分。
偶合表示核的相互作用，裂分表示谱线增多的现象。 现以CH3CH2―I为例，讨论自旋偶合与自旋裂分作用：
自旋偶合与自旋裂分规律
• 1H在磁场中有两种自旋取向 • α 表示氢核与磁场方向一致. • β 表示氢核与磁场方向相反. • 乙基中-CH2的氢可以与磁场方向相同,
OH O HO
NCH3
吗啡碱
而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其 优点是：省时、省力、省钱、快速、准确，样品消耗 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的结构构型和 构象的状况，对人类所面临的生命科学、材料科学的 发展，是极其重要的。
Palytoxin
产生共振信号。
∴ 只有当I ＞ O时，才能发生共振吸收，产生共振
信号。
I 的取值可用下面关系判断：
质量数（A） 原子序数（Z） 自旋量子数（I）
奇数
奇数或偶数 半整数 n + 1/2。n = 0,1,2,…
偶数
奇数 偶数
整数 0
例如：
A （1）
H
Z （1）
A （12）
C
Z （6）
A （14）
N
Z （7）
• 天然药物的结构解析
前 言：
天然药物单体化合物的结构表征(即测 定) —— 从分子水平认识物质的基本手段，是 天然药物化学的重要组成部分。过去，主要依 靠化学方法进行各类型有机化合物的结构测定, 其缺点是：费时、费力、费钱，需要的样品量 大。例如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805 年开始研究，直至1952年才完全阐明，历时 147年。
云密度↓，屏蔽效应↓，共振信号→低场。例如：
高场
低场
Hb Ha β C αC I
屏蔽效应： Hb Ha
CH3F CH3OH CH3Cl CH3Br CH3I
CH4 TMS
4.0 3.5 3.0 2.8 2.5 2.1 1.8 4.26 3.14 3.05 2.68 2.16 0.23 0
δ(ppm)
7.66
NO2
COR
>7.27
小结：
特征质子的化学位移值
常用溶剂的质子
CHCl3
的化学位移值
D (7.27)
6—8.5
0.5(1)—5.5 2—4.7
1.7—3
OH
NH2 NH
10.5—12
9—10
4.6—5.9
0.2—1.5
13 12 11 10 9 8 7 6 5 4
RCOOH
R
RCHO
Ha Hb Hc
屏蔽效应： Ha Hb Hc
低分辨率谱图
化学等价
• 分子中若有一组核，其化学位移严格相 等，则这组核称为彼此化学等价的核。 例如CH3CH2Cl中的甲基三个质子，它们 的化学位移相等，为化学等价质子，同 样亚甲基的二个质子也是化学等价的质 子。
例1：CH3-O-CH3 例2：CH3-CH2-Br 例3：(CH3)2CHCH(CH3)2 例4：CH3-CH2COO-CH3
△δHa = 0.76ppm, △δHb = 1.15ppm
Hc Hb Ha OH a 4.68
b 2.40 c 1.10
Hc Hb HO
Ha a 3.92 b 3.55 c 0.88
共轭效应
7.11 6.86
6.81
OR NH2
<7.27
7.27
7.45 8.21
四重峰 q 五重峰 m 六重峰
• 严格的一级谱才符合上述公式 • △v>>J
七、偶合常数
每组吸收峰内各峰之间的距离，称为偶合常数，
以Jab表示。下标ab表示相互偶合的磁不等性H核的种 类。
Jab
Jab
偶合常数的单位用Hz表示。偶合常数的大小与外 加磁场强度、使用仪器的频率无关。
核磁共振仪
核磁共振谱
一、基本原理
1. 原子核的自旋
核象电子一样，也有自旋现象，从而有自旋角动量。
旋进轨道
自旋轴
自旋的质子
H0
核的自旋角动量(ρ )是量子化的，不能任意取值，
可用自旋量子数(I)来描述。
I (I 1) h 2
I＝0、1/2、1……
I = 0， ρ =0， 无自旋，不能产生自旋角动量，不会
• --- 不可通过对称操作或快速机制（构 象转换）互换的质子是化学不等价的。
• --- 与一个手性碳原子相连的 CH2 上的 两个质子是化学不等价的。
化学等价质子与化学不等价质子的判断
Cl
Ha
CC
Cl
Hb
A
Ha
O
Hb
Br
Br
E
Cl
Ha
CC
Hc
Hb
I
Cl Ha C
Cl Hb
B
O
H3C a
CH3 b
C
H3C
Cl Ha
Cl
CH3
Hb
D
Br Ha C
Cl Hb
F
a CH3 b H3C C OCH3 CH3
J
Hb CH3
Ha CH3
G
NO2
Ha
Ha
Hb
Hb
Hc
K
H3C
Ha Br
Cl
CH3
Hb
H
Cl Ha H3C CH C CH3
Hb
L
六、自旋偶合与自旋 裂分
产生的原因： 。
相邻的磁不等 性H核自旋相互作 用（即干扰）的结 果。这种原子核之
CR2=CH-R
H
CH2F CH2Cl CH2Br CH2I CH2O CH2NO2
3210
CH2Ar CH2NR2 CH2S CCH CH2C=O
CH2=CH-CH3
C3CH C2CH2 C-CH3
环烷烃
四、决定质子数目的方法 吸收峰的峰面积，可用自动积分仪对峰面积进行自
动积分，画出一个阶梯式的积分曲线。 峰面积的大小与质子数目成正比。 峰面积高度之比 = 质子个数之比。
H核在分子中不是完全裸露的，而是被价电子所包 围的。因此，在外加磁场作用下，由于核外电子在垂 直于外加磁场的平面绕核旋转，从而产生与外加磁场 方向相反的感生磁场H’。这样，H核的实际感受到的 磁场强度为：
H 实 H0 H ' H 0 H 0 H 0 (1 )
式中：σ 为屏蔽常数
一组NMR 信号 二组NMR信号 二组NMR 信号 三组NMR 信号
处于相同化学环境的原子 — 化学等价原子
化学等价的质子其化学位移相同，仅出现一组 NMR 信号。
化学不等价的质子在 NMR 谱中出现不同的信 号组。
化学等价质子与化学不等价质子的判 断
• --- 可通过对称操作(对称轴Cn，对称平面， 对称中心)或快速机制（如构象转换）互 换的质子是化学等价的。
奇-奇 I为半整数（1/2）
有共振吸收
偶-偶 I=0
无
偶-奇 I为整数 有共振吸收
常见的NMR谱有：1H 13C 15N 19F
取向数 = 2 I + 1
（在没有外电场时，自旋核的取向是任意的）。
H'
H'
1H 核： 自旋取向数 = 2×1/2 + 1 = 2
即：H核在外场有两个自旋方向相反的取向。
一 致 H0 相 反
CH4 0.23
CH3Cl 3.05
CH2Cl2 5.33
CHCl3 7.27
高场
Ha
低场
C O Hb
屏蔽效应： Ha Hb
(2)磁各向异性效应：因化学键的键型不同，导致与其 相连的氢核的化学位移不同。
A.双键碳上的质子 烯烃双键碳上的质子位于π 键环流电子产生的感生
磁场与外加磁场方向一致的区域（称为去屏蔽区），去
屏蔽效应的结果，使烯烃双键碳上的质子的共振信号移
向稍低的磁场区，其 δ = 4.5～5.7。
同理，羰基碳上的H质子与烯烃双键碳上的H质子 相似，也是处于去屏蔽区，存在去屏蔽效应，但因氧原 子电负性的影响较大，所以，羰基碳上的H质子的共振 信号出现在更低的磁场区，其δ =9.4～10。
B.三键碳上的质子：
H实

2
H（0 1 ）
H0 高场
2. 化学位移的表示方法
化学位移的差别约为百万分之十，精确测量十分 困难，现采用相对数值。以四甲基硅（TMS）为标准 物质，规定：它的化学位移为零，然后，根据其它吸 收峰与零点的相对距离来确定它们的化学位移值。
低场
高场
9 8 7 6 6 5 4 3 2 1 零 -1 -2 -3 点 TMS
碳碳三键是直线构型，π 电子云围绕碳碳σ 键呈筒型分 布，形成环电流，它所产生的 感应磁场与外加磁场方向相反， 故三键上的H质子处于屏蔽区， 屏蔽效应较强，使三键上H质 子的共振信号移向较高的磁场 区，其δ = 2～3。
3.55 3.75 1.77 2.31
浓度对δ值的影响
(CH3CH2OH/CCl4: a, 10%; b, 5%; c, 0.5%)
也可与磁场方向相反.两个氢自旋组合共 有四种(α α 、β β 、α β 、β α ）,产 生三种局部磁场。
• 亚甲基所产生的三种局部磁场，影响邻 近甲基上的质子所受到的磁场作用。
• αβ和βα两种状态产生的磁场恰好相互 抵消，不影响甲基的质子共振峰。
• αα状态磁矩与外磁场一致，相当于CH3上H处于去屏蔽区，发生共振时所 需磁场比①小，出现在较低场。
• ββ状态磁矩与外磁场相反，相当于CH3上H处于屏蔽区，发生共振时所需 磁场比①大，出现在较高场。