有机波谱分析的应用

有机波谱分析的应用

摘要：有机化学领域内，无论研究何种有机化合物，在分析或合成时都会遇到结构测定的问题。近几十年来，各种波谱测量技术的出现及迅速发展，使紫外可见光谱(UV-VIS)、红外光谱(IR)、核磁共振波谱(NMR)和质谱法(MS)得到了普遍应用。现在这四种波普分析方法已成为鉴定有机化合物以及测定其结构的常用手段。波谱分析必须与化学行为结合起来考虑，并且最终以化学反应来证实，二者的关系是相辅相成的。20世纪60年代以来，波谱学发展很快，有机合成和天然有机化合物的研究，都离不开波谱学这个有力工具。他们的发展使有机分析能力、分析速度、样品需要量等重要方面都取得了很大的进步，在化学工业、石油化工、橡胶工业、食品工业、医药工业等方面有着广泛的用途。

关键词：紫外可见光谱(UV-VIS)、红外光谱(IR)、核磁共振波谱(NMR)、质谱法(MS)、应用

1.紫外可见光谱法(UV-VIS)的应用

1.1 检定物质

根据吸收光谱图上的一些特征吸收，特别是最大吸收波长λmax和摩尔吸收系数是检定物质的常用物理参数，在药物分析上就有着很广泛的应用。在国内外的药典中，已将众多的药物紫外吸收光谱的最大吸收波长和吸收系数载入其中，为药物分析提供了很好的手段。

1.2推测化合物的分子结构

化合物的紫外可见吸收光谱基本上是分子中发色基团和助色基团的特性，而不是整个分子的特性，所以单独从紫外吸收光谱不能完全确定化合物的分子结构，必须与红外光谱、核磁共振、质谱及其它方法配合，才能得出可靠的结论。紫外可见光谱在研究化合物的结构中的主要作用是推测官能团、结构中的共轭体系以及共轭体系中的取代基的位置、种类和数目等。

1.3纯度检验

紫外吸收光谱能测定化合物中含有微量的具有紫外吸收的杂质。如果一个化合物在紫外可见光区没有明显的吸收峰，而其他杂质在紫外区有较强的吸收峰，就可检出化合物中所含有的杂质（乙醇/苯，苯λmax=256nm）。如果一个化合物在紫外可见光区有明显的吸收峰，可利用摩尔吸光系数（吸光度）来检测其纯度。

1.4 氢键强度的测定

实验证明，不同的极性溶剂产生氢键的强度也不同，所以可以利用紫外光谱来判断化合物在不同溶剂中氢键强度，以确定选择哪一种溶剂比较合适。

2. 红外光谱法（IR）的应用

20世纪70年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪投入了使用，这就是第三代红外分光光度计，这种光度计灵敏度高，分辨率高，扫描速度很快，加上计算机的应用，使得红外光谱的应用越来越广泛，一些原本无法研究的反应动力学课题也有了解决工具。近年来人们的研究发现, 正常的乳腺组织和良性肿瘤与癌组织的红外光谱之间存在某些差异,正常乳腺组织、良性肿瘤与癌组织的以上光谱特征及其反映的结构和组成上的变化与细胞生物学的观点一致.霍红等人的研究表明,红外光谱可在分子水平上揭示乳腺肿瘤组织与正常组织间的差异,

并有可能对癌变机理及过程提供实验数据.对不同类型乳腺肿瘤组织光谱更加深入的研究和大量病例的积累正在进行中。

3. 核磁共振光谱法（NMR）的应用

核磁共振分析能够提供三种结构信息：化学位移、偶合常数和各种核的信号强度比。通过分析这些信息，可以了解特定原子个数、化学环境、邻接基团的种类，甚至连分子骨架及分子的空间构型也可以研究确定，所以NMR在化学、生物学、医学和材料科学等领域的应用日

趋广泛，并涌现了较多的新技术、新进展，如：

3. 1 2D-NMR与有机结构分析

将1D-NMR自然推广,采用各种脉冲序列,在两个独立的时间域进行两次缚里叶变换得到两个独立的垂直频率坐标系的谱图,即2D-NMR谱图。

通过同核1H - 1H全相关谱(TOCSY)研究分子结构中各种氢的关系,再通过异核相关谱(HMQC、HMBC)来研究分子结构中碳与氢的互相键合与偶合关系,还可以通过空间效应谱(NOESY)来研究更为复杂的分子空间立体结构。

3. 2 3D-NMR与结构生物学

3D-NMR是2D-NMR技术的发展,它主要应用于测定生物大分子尤其是蛋白质的三维结构,通

过肽连接把一个氨基酸残基上的1H磁化矢量转移到另一个氨基酸残基,通过3D-NMR方法进行序列归属。NMR方法的精确性可以与晶体X-衍射成像相媲美,而且NMR方法的优越性在

于测定的是溶液中的结构,从而可以研究对发挥蛋白质功能有重要作用的动力学过程。

3. 3核磁共振技术在高分子化的应用

核磁共振技术在高分子聚合物和合成橡胶中的应用包括共混及三元共聚物的定性、定量分析、异构体的鉴别;端基表征;官能团鉴别;均聚物立规性分析;序列分布及等等规度的分析等。液

体高分辨核磁共振可以提供聚合物的信息有: (1)聚合物类型的鉴定，不同单体生成的聚合物，虽然同为大分子碳氢化合物，但其共振谱是不完全相同的; (2)有关聚合物链的异构化信息，聚合物链的构型对其物理、化学性质影响很大，辨明链的构型有着重要的意义; (3)其他重要信息，通过13C-NMR谱可以分别研究其不同单元组的序列分布、交替度和不同反应条件下

聚合过程链活动度变化等聚合物微观结构信息。

3.4NMR 成像与医学诊断

随着2D、3D-NMR 的发展, 人们很快认识到NMR 成像对研究人体和动物解剖具有巨大潜力。由于水含量和驰豫时间的差异,利用适当的NMR脉冲序列就可以区别不同的生物组织,获得

有明显不同的正常和病理组织的图像，从而为研究人深层次的思维活动开辟了新天地。

4. 质谱分析法的应用

质谱法主要是与色谱仪及计算机联用的方法，已广泛应用在有机化学、生化、药物代谢、临床、毒物学、农药测定、环境保护、石油化学、地球化学、食品化学、植物化学、宇宙化学和国防化学等领域。综合分析质谱中出现的分子离子、同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、亚稳离子、负离子和离子-分子相互作用产生的离子，可以获得化合物的分子量、化学结构、裂解规律和由单分子分解形成的某些离子间存在的某种相互关系等信息。可用于定性分析，也可用于定量分析，用被检化合物的稳定性同位素异构物作为内标，以取得更准确的结果。

参考文献

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