中药化学成分的一般研究方法---结构确定

LOGO中药化学成分的一般研究方法---结构确定祖国万岁中药有效成分化学结构的研究方法•ClicktoaddText•ClicktoaddText•ClicktoaddText中药有效成分的理化鉴定1．物理常数的测定2．分子式的确定3．化合物的结构骨架与官能团的确定祖国万岁第三节中药有效成分化学结构的研究方法•ClicktoaddText•ClicktoaddText•ClicktoaddText中药有效成分的波谱测定1．IR光谱2．UV光谱3．NMR谱4．MS祖国万岁IR、UV简介祖国万岁IR、UV简介祖国万岁infraredspectrum祖国万岁ultravioletspectra祖国万岁nuclearmagneticresonancespectrum祖国万岁NMR祖国万岁NMR祖国万岁化学位移化学位移为相对标量，不随测试仪器改变有机化合物：多数在0～13ppmTMS(tetramethylsilane)作内标—d=0ppm(屏蔽作用很大)。—只有一个信号(单峰)。—易挥发除去，化学性质稳定。n样–n标（Hz）d(ppm)≈————————n仪（MHz）核磁共振谱祖国万岁LowfieldHighfieldHighfrequencyLowfrequencyDeshieldedShielded200ppm010ppm0δCδH化学位移祖国万岁1H-NMR祖国万岁1H-NMR祖国万岁1H-NMR祖国万岁屏蔽效应由于核外电子的存在及影响，将产生一个对抗外加磁场H0的磁场，使核实受磁场减小，这种对抗外磁场的作用称为屏蔽效应。祖国万岁若核外电子产生的感应磁场与外加磁场方向相同，核所感受到的实际磁场H有效大于外磁场，这种效应称去屏蔽效应(deshieldingeffect)。去屏蔽效应祖国万岁影响化学位移的因素凡是能使核外电子云密度改变的因素都能影响化学位移元素电负性磁的各向异性效应等溶剂效应氢键的形成等影响因素内部外部祖国万岁１．元素电负性影响氢核与电负性的原子或基团相连时,使氢核周围电子云密度降低，产生去屏蔽效应。元素的电负性越大，或者取代基团的吸电子作用越强，去屏蔽效应越大，氢核的化学位移d值越大；电负性大的元素距离氢核越远，去屏蔽效应越小，化学位移值越小。祖国万岁电负性-CH3，d=1.6~2.0，-CH2I，d=3.0~3.5,诱导效应电负性↑,电子云密度↓,δ↑电负性↓,电子云密度↑,δ↓祖国万岁Ｉ效应通过成键e传递，相隔3个C以上可忽略Ｉ效具有加和性化合物CH3XCH3FCH3OHCH3ClCH3BrCH3I电负性(X)4.0(F)3.5(O)3.1(Cl)2.8(Br)2.5(I)δ(ppm)4.263.403.052.682.16诱导效应(Ｉ)祖国万岁２．化学键的磁各向异性效应在外磁场的作用下，分子中处于某一化学键（单键,双键,三键和大键）的不同空间位置的氢核，受到不同的屏蔽作用，这种现象称为化学键的磁各向异性效应。祖国万岁芳环的上下方为屏蔽区，其它地方为去屏蔽区２．化学键的磁各向异性效应祖国万岁叁键：键轴向为屏蔽区，其它为去屏蔽区。２．化学键的磁各向异性效应RCHC__B0电子环流抗磁屏蔽祖国万岁双键CH3CH3CH2=CH20.965.25２．化学键的磁各向异性效应祖国万岁羰基平面上下各有一个锥形的屏蔽区，其它方向（尤其是平面内）为去屏蔽区。２．化学键的磁各向异性效应祖国万岁Aα=1.27，β=0.85Bα=1.23，β=0.72Cα=1.17，β=1.01祖国万岁芳环叁键羰基双键单键和键碳原子相连的H，其所受屏蔽作用小于烷基碳原子相连的H原子。d值顺序：COArHHHCCHCCHC２．化学键的磁各向异性效应祖国万岁当芳环、C=C与-OR，=C=O，-NO2等供电、吸电基团相连时，δ值发生相应的变化例：OCH36.817.116.86NO28.217.457.667.27HHHOCOCH37.184.434.74HHHCOOCH36.205.826.38HHHH5.25３．共轭效应(C效应)祖国万岁氢键可以削弱氢键质子的屏蔽,使共振吸收移向低场。形成氢键倾向受溶液的浓度影响，如在极稀的甲醇中，形成氢键倾向小，故羟基中质子的化学位移小0.5—1.0；而在浓溶液中形成氢键倾向大,化学位移值大,4.0—5.0。４．氢键的影响祖国万岁同一试样在不同溶剂中由于受到不同溶剂分子的作用，化学位移发生变化，称为溶剂效应。在核磁共振波谱分析中,一定要注明是在什么溶剂下的d５．溶剂的影响祖国万岁酸性H(与O、N、S相连的H)，存在H交换反应：具体应用：重水交换：活泼质子峰在加入D2O后消失(在1H-NMR的观测范围)CH3COOHH2OCH3COOH+H2O1:1６．活泼质子交换祖国万岁1H-NMR0123456789101112131415化学位移HCCHCOHCOOHH3CO~3.7H3CN~3.0H3CC~2.1OH3CC~1.8CH3CC~0.9δ(ppm)祖国万岁OOHHHHHHHH012PPMCH2CH3CH3COCH2CH3祖国万岁OOHHHHHHHHHH012PPMCH(CH3)2CH3COCH(CH3)2祖国万岁OH3CCH3OCH3HHH0123PPMCH2CH3(CH3)2CHCH(CH3)2CH2CH3祖国万岁H3CClOH3CH3CClOHHHHHH3C0123PPMCH3CHCH2CH2CHCH2OCH3CH2Cl祖国万岁HCH3CH3CH3HCH3H3CHHHH01234567PPMC(CH3)3(CH3)2C=H-C=Ar-HAr-H祖国万岁NHCH3CH3OOCH2CH3NHCH3CH3OOCH2CH3HHH01234567PPMCH2CH3CH2CH3NCH3NHAr-H,Ar-H,Ar-HOCH3祖国万岁H01234567PPMHCH3H3CHHHHHHHHHCH3CH2CH3CH2CH3C=CH2CH2H-C=CAr-H,Ar-H,Ar-H祖国万岁0246810PPMHOOHOHOOHOH3CCH3HHHHHH(CH3)2CHCH(CH3)2CH2COOHAr-H,Ar-H,Ar-HHC=OCH2COOH祖国万岁012345PPMCNOH3CCNOH3CCH3H3CHHHHHCH3CH2CH3CH(CH3)2C=CH3CHCH3CH2=CHCHO=CHCHO祖国万岁01234567PPMOONOH3COOCH3NCH3OH3CCH3CH3H3CHHHHHHAr-H,Ar-H,Ar-H(CH3)3CCH3CONCH3祖国万岁13C-NMR祖国万岁13C-NMR祖国万岁一种特殊技术，可识别碳的类型（CH3,CH2,CH,andC)可确定与碳相连的质子的数目以及各类碳的数目NuclearMagneticResonanceSpectroscopyDEPT13CNMR祖国万岁citronellal祖国万岁二维核磁共振谱（2D-NMR谱）二维化学位移相关谱(相关谱，即correlationspectroscopy，简写为COSY)是2D-COSY谱中最重要、也是最常用的一种测试技术。2D-COSY谱又分为同核和异核相关谱两种。①同核化学位移相关谱lH-1HCOSY也称氢-氢化学位移相关谱，是同一个偶合体系中质子之间的偶合相关谱。可以确定质子化学位移以及质子之间的偶合关系和连接顺序。图谱多以等高线图表示。对角线上的峰为一维谱，对角线两边相应的交叉峰与对角线上的峰连成正方形，该正方形对角线上的两峰即表示有偶合相关关系。祖国万岁②1H检测的异核化学位移相关谱异核化学位移相关谱特别是13C-lHCOSY谱，对于鉴定化合物的结构是十分重要的方法，常用的有HMQC谱和HMBC谱。HMQC谱是通过lH核检测的异核多量子相关谱(简称HMQC),此谱能反映lH核和与其直接相连的13C的关联关系，以确定C-H偶合关系（1JCH）。在HMQC谱中，Fl域为13C化学位移，F2域为lH化学位移。直接相连的13C与lH将在对应的13C和lH化学位移的交点处给出相关信号。由相关信号分别沿两轴画平行线，就可将相连的13C与lH信号予以直接归属。HMBC谱是通过lH核检测的异核多键相关谱(简称HMBC)，它把lH核和与其远程偶合的13C核关联起来。在HMBC谱中，Fl域为13C化学位移，F2域为1H化学位移,HMBC可以高灵敏地检测1H-13C远程偶合(nJCH，n≧2)，通过2~3个键的质子与季碳的偶合也有相关峰。从HBMC谱中可得到有关碳链骨架的连接信息、有关季碳的结构信息及因杂原子存在而被切断的偶合系统之间的结构信息。祖国万岁1H-1HCOSY二维核磁共振谱祖国万岁2DNMR祖国万岁3,4-二羟基苯乙醇-8-O-β-D-葡萄糖苷的1H-1HCOSY谱OHOHOOOHOHOHHO123456781'2'3'4'5'6'祖国万岁1H-1HCOSY二维核磁共振谱祖国万岁3,4-二羟基苯乙醇-8-O-β-D-葡萄糖苷的HMQC谱OHOHOOOHOHOHHO123456781'2'3'4'5'6'祖国万岁HMQC祖国万岁异甘草素-4-O-芹糖(2→1)葡萄糖苷的HMBC图谱祖国万岁HMBC祖国万岁HMBC放大谱祖国万岁MS随着现代分析技术的飞速发展，近年来，新的离子源不断出现，使质谱在确定化合物分子量、元素组成和由裂解碎片检测官能团、辨认化合物类型、推导碳骨架等方面发挥着重要作用。如用质谱法进行糖苷结构的测定，可以获得有关糖苷分子量、苷元结构、糖基序列等信息（见图2-16）。以下是主要离子源的电离方式及相应的特点。（1）电子轰击质谱(electronimpactmassspectrometryEI-MS)在电子轰击条件下，大多数分子电离后生成缺一个电子的分子离子，并可以继续发生键的断裂形成“碎片”离子。这对推测化合物结构十分有用。但当样品相对分子质量较大或对热稳定性差时，常常得不到分子离子，因而不能测定这些样品的相对分子质量。祖国万岁（2）化学电离质谱(chemicalionizationmassspectrometryCI-MS)通过引入大量的试剂气体产生的反应离子与样品分子之间的离子-分子反应，使样品分子实现电离。利用化学电离源，即使是不稳定的化合物，也能得到较强的准分子离子峰，即M±1峰，从而有利于确定其分子量。但此法的缺点是碎片离子峰较少，可提供的有关结构方面信息少。（3）场解吸质谱（fielddesorptionmassspectrometryFD-MS）将样品吸附在作为离子发射体的金属丝上送入离子源，只要在细丝上通以微弱电流，提供样品从发射体上解吸的能量，解吸出来的样品即扩散到高场强的场发射区域进行离子化。FD-MS特别适用于难气化和热稳定性差的固体样品分析，如有机酸、甾体类、糖苷类、生物碱、氨基酸、肽和核苷酸等。此法的特点是形成的M+没有过多的剩余内能，减少了分子离子进一步裂解的概率，增加了分子离子峰的丰度，碎片离子峰相对减少。因此用于极性物质的测定，可得到明显的分子离子峰或[M+1]+峰，但碎片离子峰较少，对提供结构信息受到一些局限。为提高灵敏度可加入微量带阳离子K+、Na+等碱金属化合物于样品中，可产生明显的准分子离子峰、[M+Na]+、[M+K]+和碎片离子峰。祖国万岁（4）快原子轰击质谱(fastatombombardmentmassspectrometryFAB-MS)和液体二次离子质谱(liquidsecondaryionmassspectrometryLSI-MS)是以高能量的初级离子轰击表面，再对由此产生的二次离子进行质谱分析。这两种技术均采用液体基质（如甘油）负载样品，其差异仅在于初级高能量粒子不同，前者使用中性原子束，后者使用离子束。样品若在基质中的溶解度小，可预先用能与基质互溶的溶剂(如甲醇、乙腈、H2O、DMSO、DMF等)溶解，然后再与基质混匀。此方法常用于大分