中药化学成分结构研究
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大分子物质（多糖、肽类）难以气化
测不到分子离子峰 亦无法测得分子量
第15页/共95页
对热不稳定性的化合物乙酰化或三甲 基硅烷化（TMS化）制成热稳定性好 的挥发性衍生物进行测定
第16页/共95页
电离新方法（样品不必加热 气化而直接电离）
– (2)化学电离质谱 CI-MS – (3)场致电离 FI-MS – ( 3 )场解析质谱 FD-MS – (4)快原子轰击质谱 FAB-MS – (5)电喷雾电离质谱 ESI-MS
第18页/共95页
3.组成苷的苷元、糖的鉴定
（1）苷元的结构鉴定（见各章节） （2）糖的种类鉴定 • 纸色谱（PC）：分配原理，BAW系统，与对照品共色谱鉴定 • 薄层色谱（TLC）：硅胶（硼酸溶液或无机盐溶液制 - 增加上
2. 分子式的确定
常用质谱法，高分辨质谱（HR-MS）
3.化合物的结构骨架与官能团的确定
一般首先决定化合物的不饱和度，准确计算出结构中可 能含有的双键数或环数。
用化学法推定分子结构第1骨页/架共95页
二、四大光谱在结构测定中的应用
第2页/共95页
紫外 — 可见光谱（UV -ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱIS）
• 紫外 — 可见光谱（UV -VIS）—— 共轭体系特征 • 分子中电子跃迁（从基态至激发态）。其中，n-
一、中药有效成分的理化鉴定
1. 物理常数的测定
物理常数的测定包括熔点、沸点、比旋度、折光率和比 重等的测定。固体纯物质的熔点，其熔距应在0.5～1.0℃的 范围内，如熔距过大，则可能存在杂质，应进一步精制或另 用不同的溶剂进行重结晶，直至熔点恒定为止。液体物质可 测定其沸点。液体纯物质应有恒定的沸点，除高沸点物质外， 其沸程不应超过5℃的范围。此外，液体纯物质还应有恒定的 折光率及比重。比旋度也是物质的一种物理常数。中药的有 效成分多为光学活性物质，故无论是已知还是未知物，在鉴 定化学结构时皆应测其比旋度。
进行含量测定）
第4页/共95页
红外光谱（IR）
分子中价键的伸缩及弯曲振动所引起的吸收而测得的 吸收图谱，称为红外光谱。
4000
3600
3000
1600
1000
625cm-1
特征频率区
指纹区
特征官能团的鉴别
第5页/共95页
化合物真伪的鉴别
红外光谱（IR）
羟基（酚羟基、醇羟基）
3600~3200 cm-1 游离羟基 ~3600 cm-1 氢键缔合羟基 3400~3200 cm-1 羰基 1600~1800 cm-1 酮 ~1710 cm-1 酯 1710~1735 cm-1 芳环 1600、1580、1500cm-1
质谱（MS）: • 1．确定分子量（高分辨质谱 可将分子量精确
到小数点后三位）, 计算分子式。 • 2．与标准图谱比较用于化合物的鉴别（相同
条件下，其裂解是符合一定规律的）。 • 3．依据裂解特征及碎片离子，推定或复核未
知化合物分子的部分结构。
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电子轰击质谱（EI-MS）
但对于热敏成分及难于气化的成分 （醇、糖苷、部分羧酸等）
第17页/共95页
第1节 苷类的结构研究
苷类结构研究的一般程序：
1.物理常数的测定。Mp. [ａ]等。 2.分子式的测定——质谱分析法（广泛采用）
• 电子轰击质谱（EI-MS）：不易获得分子离子峰（极性大） • 化学电离质谱（CI-MS） • 场解吸质谱（FD-MS）：常用 • 快原子轰击质谱（FAB-MS）：常用 • 高分辨快原子轰击质谱（HR-FAB-MS）：能直接测出分子式
第12页/共95页
化学位移：大致范围（δC）0~200ppm
不同 13C 核δC大小与13C 核所处的化学环境（周围电子 云密度）有关
主要结构13C 核δC的大致范围
150~220( c=o)
c=c Ar
50~80 (c-o)
饱和碳原子（0~60）
200
150
100
50
0
( δC ppm )
用于13C第核13页类/共型95的页 推断
峰裂分的数目
符合 n+1 规律 ( n = 干扰核数目 )
峰裂分的距离 用偶合常数（J）表示
s 单峰 d 双峰 t 三重峰 q 四重峰 m 多重峰
不同系统偶合常数 (J Hz) 大小
第10页/共95页
1H-NMR核磁共振辅助技术
• （1）重氢 (D2O) 交换 —— 推断活泼质子（羟基） 的存在与否。
• （2）核增益效应（NOE）：指在核磁共振中选择 性照射一种质子使其饱和，则与该质子在立体空 间位置上接近的另一或数个质子信号强度增高的 现象。（范例见P31）
第11页/共95页
13C-NMR（ 核磁共振碳谱 ）
• 信息参数： • 化学位移（δC） • 碳谱的化学位移的定义及表达方式与氢谱
一致，所用内标也一样，但是化学位移的 幅度较宽，约200个化学位移单位，故信 号之间很少重叠，识别起来比较容易。
有2~3个峰 双键 1620~1680 cm-1
两个化合物完全相同的条件 1、 特征区完全吻合 2、 指纹区也需完全一致
红外光谱对结构的鉴定，主 要用于功能团的确认和芳环 取代类型的判断。
第6页/共95页
1H-NMR（核磁共振氢谱）
• 信息参数： • 化学位移（δ）、峰面积、峰裂分 • （s 、d、t、q、m）及偶合常数（Ј）
~3.0-NCH3
Ar-H
~3.7-OCH3
-C=C-H
11 10
98 76 5
4
(δppm)
推断化合物的结构（含1H核基团的结构）
第9页/共95页
321 0
（二）峰面积: 磁等同质子的数目 – –用积分曲线面积（高度）表示
磁不等同两个或两组1H核在一 定距离内相互自旋偶合干扰， 发生的分裂所表现出的不同裂分
第7页/共95页
（1）化学位移（δC）0~20ppm • 与1H核所处的化学环境（1H核周围的电子云
密度）有关 • 电子云密度大，处于高场，δ值小 • 电子云密度小，处于低场，δ值大
第8页/共95页
常见结构的化学位移大致范围
~0.9-C-CH3 ~1.8-C=C-CH3 ~2.1-COCH3
-COOH -CHO
π*、π-π* 跃迁可因吸收紫外光及可见光所引起， 吸收光谱将出现在光的紫外区和可见区（200~700nm）。
200nm
400
700nm
紫外区（UV）
可见区（VIS）
第3页/共95页
应用：
• 推断化合物的骨架类型—— 共轭系统 • 取代基团的推断 如：加入诊断试剂推断黄酮
的取代模式（类型、数目、排列方式） • 用于含量测定（以最大吸收波长作为检测波长
测不到分子离子峰 亦无法测得分子量
第15页/共95页
对热不稳定性的化合物乙酰化或三甲 基硅烷化（TMS化）制成热稳定性好 的挥发性衍生物进行测定
第16页/共95页
电离新方法（样品不必加热 气化而直接电离）
– (2)化学电离质谱 CI-MS – (3)场致电离 FI-MS – ( 3 )场解析质谱 FD-MS – (4)快原子轰击质谱 FAB-MS – (5)电喷雾电离质谱 ESI-MS
第18页/共95页
3.组成苷的苷元、糖的鉴定
（1）苷元的结构鉴定（见各章节） （2）糖的种类鉴定 • 纸色谱（PC）：分配原理，BAW系统，与对照品共色谱鉴定 • 薄层色谱（TLC）：硅胶（硼酸溶液或无机盐溶液制 - 增加上
2. 分子式的确定
常用质谱法，高分辨质谱（HR-MS）
3.化合物的结构骨架与官能团的确定
一般首先决定化合物的不饱和度，准确计算出结构中可 能含有的双键数或环数。
用化学法推定分子结构第1骨页/架共95页
二、四大光谱在结构测定中的应用
第2页/共95页
紫外 — 可见光谱（UV -ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱIS）
• 紫外 — 可见光谱（UV -VIS）—— 共轭体系特征 • 分子中电子跃迁（从基态至激发态）。其中，n-
一、中药有效成分的理化鉴定
1. 物理常数的测定
物理常数的测定包括熔点、沸点、比旋度、折光率和比 重等的测定。固体纯物质的熔点，其熔距应在0.5～1.0℃的 范围内，如熔距过大，则可能存在杂质，应进一步精制或另 用不同的溶剂进行重结晶，直至熔点恒定为止。液体物质可 测定其沸点。液体纯物质应有恒定的沸点，除高沸点物质外， 其沸程不应超过5℃的范围。此外，液体纯物质还应有恒定的 折光率及比重。比旋度也是物质的一种物理常数。中药的有 效成分多为光学活性物质，故无论是已知还是未知物，在鉴 定化学结构时皆应测其比旋度。
进行含量测定）
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红外光谱（IR）
分子中价键的伸缩及弯曲振动所引起的吸收而测得的 吸收图谱，称为红外光谱。
4000
3600
3000
1600
1000
625cm-1
特征频率区
指纹区
特征官能团的鉴别
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化合物真伪的鉴别
红外光谱（IR）
羟基（酚羟基、醇羟基）
3600~3200 cm-1 游离羟基 ~3600 cm-1 氢键缔合羟基 3400~3200 cm-1 羰基 1600~1800 cm-1 酮 ~1710 cm-1 酯 1710~1735 cm-1 芳环 1600、1580、1500cm-1
质谱（MS）: • 1．确定分子量（高分辨质谱 可将分子量精确
到小数点后三位）, 计算分子式。 • 2．与标准图谱比较用于化合物的鉴别（相同
条件下，其裂解是符合一定规律的）。 • 3．依据裂解特征及碎片离子，推定或复核未
知化合物分子的部分结构。
第14页/共95页
电子轰击质谱（EI-MS）
但对于热敏成分及难于气化的成分 （醇、糖苷、部分羧酸等）
第17页/共95页
第1节 苷类的结构研究
苷类结构研究的一般程序：
1.物理常数的测定。Mp. [ａ]等。 2.分子式的测定——质谱分析法（广泛采用）
• 电子轰击质谱（EI-MS）：不易获得分子离子峰（极性大） • 化学电离质谱（CI-MS） • 场解吸质谱（FD-MS）：常用 • 快原子轰击质谱（FAB-MS）：常用 • 高分辨快原子轰击质谱（HR-FAB-MS）：能直接测出分子式
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化学位移：大致范围（δC）0~200ppm
不同 13C 核δC大小与13C 核所处的化学环境（周围电子 云密度）有关
主要结构13C 核δC的大致范围
150~220( c=o)
c=c Ar
50~80 (c-o)
饱和碳原子（0~60）
200
150
100
50
0
( δC ppm )
用于13C第核13页类/共型95的页 推断
峰裂分的数目
符合 n+1 规律 ( n = 干扰核数目 )
峰裂分的距离 用偶合常数（J）表示
s 单峰 d 双峰 t 三重峰 q 四重峰 m 多重峰
不同系统偶合常数 (J Hz) 大小
第10页/共95页
1H-NMR核磁共振辅助技术
• （1）重氢 (D2O) 交换 —— 推断活泼质子（羟基） 的存在与否。
• （2）核增益效应（NOE）：指在核磁共振中选择 性照射一种质子使其饱和，则与该质子在立体空 间位置上接近的另一或数个质子信号强度增高的 现象。（范例见P31）
第11页/共95页
13C-NMR（ 核磁共振碳谱 ）
• 信息参数： • 化学位移（δC） • 碳谱的化学位移的定义及表达方式与氢谱
一致，所用内标也一样，但是化学位移的 幅度较宽，约200个化学位移单位，故信 号之间很少重叠，识别起来比较容易。
有2~3个峰 双键 1620~1680 cm-1
两个化合物完全相同的条件 1、 特征区完全吻合 2、 指纹区也需完全一致
红外光谱对结构的鉴定，主 要用于功能团的确认和芳环 取代类型的判断。
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1H-NMR（核磁共振氢谱）
• 信息参数： • 化学位移（δ）、峰面积、峰裂分 • （s 、d、t、q、m）及偶合常数（Ј）
~3.0-NCH3
Ar-H
~3.7-OCH3
-C=C-H
11 10
98 76 5
4
(δppm)
推断化合物的结构（含1H核基团的结构）
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321 0
（二）峰面积: 磁等同质子的数目 – –用积分曲线面积（高度）表示
磁不等同两个或两组1H核在一 定距离内相互自旋偶合干扰， 发生的分裂所表现出的不同裂分
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（1）化学位移（δC）0~20ppm • 与1H核所处的化学环境（1H核周围的电子云
密度）有关 • 电子云密度大，处于高场，δ值小 • 电子云密度小，处于低场，δ值大
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常见结构的化学位移大致范围
~0.9-C-CH3 ~1.8-C=C-CH3 ~2.1-COCH3
-COOH -CHO
π*、π-π* 跃迁可因吸收紫外光及可见光所引起， 吸收光谱将出现在光的紫外区和可见区（200~700nm）。
200nm
400
700nm
紫外区（UV）
可见区（VIS）
第3页/共95页
应用：
• 推断化合物的骨架类型—— 共轭系统 • 取代基团的推断 如：加入诊断试剂推断黄酮
的取代模式（类型、数目、排列方式） • 用于含量测定（以最大吸收波长作为检测波长