有机化合物波谱分析课件 - 沈阳药科大学.ppt

1、1,有机化合物波谱解析,2010,天然药化-高慧媛,2,主 要 内 容,绪论 谱学知识介绍（1-4章） 结构解析举例（第5章）,3,绪 论,一、化合物光谱解析的目的和意义 二、结构解析的常规程序 三、学习结构解析的方法和注意事项 四、有机化合物光谱解析的常用方法及其原理,4,一、化合物光谱解析的目的和意义,是药物化学的基本研究方法 是中药研究实现现代化的需要 我国原创新药发展的需要 学科交叉共同发展的需要,绪 论,1. 目的意义,5,药物化学的基本研究方法,药物化学,合成（合成化学、生物转化等） 中药的提取分离,活性测试,结构解析,绪 论,目的和意义,6,实现中药现代化研究的需要,传统中成药,

2、现代中药,中药化学成分研究,中药药效作用物质基础研究,中药质量控制研究,化学成分,绪 论,目的和意义,7,我国原创新药发展的需要,原创药物的来源,天然药物,化学合成药物,生物工程,化学结构,结构解析,绪 论,目的和意义,8,学科交叉共同发展的需要,结构解析,药物分析,药效学,天然药物化学,药物制剂,毒理学,合成药化,绪 论,目的和意义,9,吗啡碱 morphine,结构完全确证经历了150年,采用现代谱学分析仅用几天， X-单晶衍射时间就更短，若干小时,1806年德国学者F.W.Sertrner从鸦片中分离出吗啡碱,2. 波谱解析发展状况,10,平面、立体结构完全确定，计4年时间,利血平,11

3、,是目前分离得到的结构最大的聚醚类化合物，是通过3DNMR技术、化学降解、与已知合成小分子化合物比较并于1993年将结构确定下来。是目前发现的非蛋白质类毒性最大的化合物之一。,参考文献： Murata M, Naoki H, Matsunaga S, et al. Structure and Partial Stereochemical Assignments for Maitotoxin, the Most Toxic and Largest Natural Non-Biopolymer. J Am Chem Soc, 1993, 35: 1675,12,纯度确定,分子式确定,二 结构解析的

4、常规程序,不饱和度确定,平面结构式确定,立体构型构象确定,mp. 、TLC HPLC、GC,元素分析、 HRMS、NMR,=n+1-nH/2-nX/2+nN/2,UV 、IR MS、NMR,CD 、ORD NOE、x-ray,13,三、学习结构解析的方法和注意事项,熟悉结构解析的方法和原理 注意各光谱学方法的特点及注意事项 掌握各种常见化合物的光谱规律 学会总结和归纳不同类型化合物的光谱规律 学会模拟各类化合物的光谱图 勤学多练,绪 论,14,四、天然化合物光谱解析的常用方法及其原理,UV IR NMR MS CD、ORD X-ray 单晶衍射,绪 论,15,主 要 内 容,绪论 谱学知识介绍

5、（1-4章） 结构解析举例（第5章）,16,基础知识,1、紫外光谱（ultraviolet spectra）：外层电子能级跃迁,2、红外光谱（infrared spectra）：分子振动与转动能级跃迁,3、核磁共振谱（NMR spectroscopy）：核自旋能级跃迁,4、质谱（mass spectra）：质量裂解，能量谱,表1-1电磁波的不同区域及应用波谱学分类,100nm 200nm 400nm 800nm 2.5m 25m 400m25cm 1m,第一章 紫外光谱（ultraviolet spectra）,17,谱学知识介绍,18,1. 电子跃迁的类型及能量,谱学知识介绍,120 160

6、 180 200 240 270 320,19,*跃迁：轨道上的电子由基态到激发态属于*跃迁。需要较高的能量，所以能吸收短波长的紫外线，一般其吸收发生在低于150nm的远紫外区。,*跃迁双键或叁键中轨道的电子跃迁到* 。能量 较*跃迁的小，孤立双键或叁键吸收一般在小于200nm的紫外区。例如，乙烯在165nm处有吸收。,谱学知识介绍,20,n*跃迁：在-CO-、-CHO、-COOH、-CONH2、-CN等基团中，或不饱和键一端直接与具有未用电子对的杂原子相连，将产生n*跃迁。所需能量最小，吸收强度弱，但对有机化合物结构分析很有用，例如饱和酮在280 nm出现的吸收就是n*跃迁。,n*跃迁：含有

7、未共用电子对的基团，如-OH、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-I等，未共用电子对将产生n*跃迁，吸收多小于200 nm的紫外区，,谱学知识介绍,21,22,2. 不同类型化合物产生的电子跃迁类型,1）.饱和烃类化合物 只含有键电子，只产生跃迁，最大吸收到出现在200nm的真空紫外区。 2）.不饱和烃类化合物 既有键电子又有键电子，键电子引起及跃迁。,谱学知识介绍,23,3）含有杂原子的有机化合物 杂原子上未成键的孤对电子（n电子）产生n或n跃迁。 a.含杂原子的饱和有机化合物，可产生n跃迁。 b. 分子中有双键或三键的键电子(如C=O、C=S、CN )或杂原子与键电子的原子相互共轭时(=C

8、H-O-)，则产生n及n跃迁。 c.若n电子与电子之间未形成p-共轭，只能产生、和n跃迁，不会产生n跃迁。,谱学知识介绍,24,3.吸收带,(1) R带：n*跃迁所产生的吸收带。由含杂原子的的不饱和基团产生（如C=O, -N=N-, -N=O等）。特点：吸收峰处于较长波长范围(250 500nm)，吸收强度很弱，100。 (2) K带：共轭双键的*跃迁所产生的吸收带。特点：吸收峰出现区域210250nm，吸收强度大, 10000 (lg 4)。,25,(3) B带：苯环的*跃迁所产生的吸收带，是芳香族化合物的特征吸收。重心在254nm左右，吸收强度弱，220。非极性溶剂中可出现，在极性溶剂中消

9、失。 (4) E带：也是芳香族化合物的特征吸收。 E1带：由苯环烯键电子*跃迁所产生 在184nm，lg 4( 约为60000)。 E2带（K)：是由苯环共轭烯键电子*跃迁产生，吸收峰出现在204 nm，lg=4(约为7900)。,第一章 紫外光谱（ultraviolet spectra）,26,E1带：* 184nm(10000) E2带： * 203nm(7400) B带：* 254nm(200),27,4. 紫外吸收光谱常用术语,1）允许跃迁/禁阻缺欠 能量上不允许，跃迁几率低，如： *，*,谱学知识介绍,2）发色团：分子结构含有电子的基团。C=C,C=O,-N=N-, -C=S等，产生

10、，n跃迁。 3）助色团：含有非成键n电子的杂原子饱和基团。 4）红移（长移）：由于取代作用或溶剂效应导致吸收峰向长波方向移动的现象。,28,5）蓝（紫）移：由于取代作用或溶剂效应导致吸收峰向短波方向移动的现象。 6）增色效应和减色效应：由于取代或溶剂等的改变，导致吸收峰位位移的同时，其吸收强度发生变化，增强的称增色（浓色）效应，减弱的称减色（淡色）效应。,谱学知识介绍,29,5. 影响紫外吸收光谱的主要因素,（1）共轭效应 延长共轭系统（- 、p- 、超共轭），红移。,1）共轭：使*、n*跃迁峰红移，共轭双键数目越多，吸收峰红移越显著。,谱学知识介绍,30,31,32,2）p-共轭：体系越大，

11、助色基团的助色效应越强，吸收带越向长波方向移动,（1）共轭效应,谱学知识介绍,33,表1-3 一些助色基的助色效应,34,N r=0.75 I=3.0,S r=1.09 I=2.8,Cl r=0.97 I=3.0,I r=1.32 I=2.5,Br r=1.12 I=2.8,O r=0.69 I=3.5,35,3）超共轭效应（-超共轭）：烷基取代双键碳上的氢以后，通过烷基的CH键和体系电子云重叠引起的共轭作用，使*跃迁红移，但影响较小。,（1）共轭效应,谱学知识介绍,36,（2）立体效应,1）生色团之间、生色团与助色团之间空间过于拥挤，则导致共轭程度降低, 吸收峰位紫移。,max 247 25

12、3237 231 227 （肩峰）,谱学知识介绍,37,2）顺反异构：因反式异构体空间位阻较小，能有效地共轭，则峰位位于长波端，吸收强度也较大。,（2）立体效应,max295nm max280nm max 27000 max13500,谱学知识介绍,38,共轭二烯类化合物的顺反异构（构象）,顺式比相应的反式异构体的吸收波长长，但吸收强度弱,谱学知识介绍,max270nm max234nm max500015000 max1200028000,39,3）跨环效应：在环状体系，分子中两个非共轭生色团处于一定的空间位置，产生的光谱，既非两个生色团的加合，亦不同于二者共轭的光谱。,（2）立体效应,ma

13、x（nm）205214220230（肩峰） 197 max2100214870200 7600,谱学知识介绍,40,（3）溶剂效应,1）溶剂极性的改变对吸收峰位置和强度都有影响。 *跃迁：溶剂极性的增大，长移。 n*跃迁：溶剂极性的增大，短移。,谱学知识介绍,41,2）酸性、碱性或两性物质时，溶剂的pH值对光谱的影响很大， 如 ：,谱学知识介绍,42,（4)含杂原子的双键化合物 1).羰基化合物 A 醛酮类：C=O 跃迁位于远紫外区； n跃迁max270300nm，100。 酮羰基n跃迁较醛基蓝移 原因：-超共轭使能量增加，n 跃迁能级 。 B 羧酸、酯、酰氯、酰胺类： n跃迁max显著蓝移

14、原因：极性诱导使n轨道能量下降，n 跃迁能级,谱学知识介绍,43,2). 硫羰基化合物 R2C=S较R2C=O中n跃迁max红移，约500nm。,谱学知识介绍,（4)含杂原子的双键化合物,外层n轨道电子能量高， n跃迁所需能量低,44,紫外光谱的max的主要影响因素小结,共轭体系,立体效应,溶剂,1.-共轭 2.p-共轭 3.超共轭效应,1.空间位阻 2.顺反异构 3.跨环效应,1.溶剂极性 2.溶液的pH值,极性，n*跃迁蓝移 *跃迁红移,酚、烯醇：碱中，红移 羧酸类：碱中，红移 苯胺类：酸中，紫移,特例,45,练习 1)：UV光谱法区分下列几组化合物,a.,b.,2) 2-(环己-1-烯基

15、)-2-丙醇在H2SO4存在下加热处理，得到主要产物的分子式为C9H14，产物紫外光谱max=242nm(max10100)，推断这个主要产物的结构，并讨论其反应过程。,46,6 紫外光谱的应用,1）主要用于判断结构中的共轭系统、结构骨架（如香豆素、黄酮等）,谱学知识介绍,max 215nm（咪唑）,max 275nm（苯丙烯酸）,47,黄酮类化合物： 220280nm(谱带II) 苯甲酰系统 300400nm(谱带I) 肉桂酰系统,48,II带强，I带弱,异黄酮类化合物： 245270nm(谱带II) 苯甲酰系统,49,2）确定未知化合物是否含有与某一已知化合物相同的共轭体系。 未知化合物与

16、一知化合物的紫外谱图具有相同的走向，可认为两者具有相同的共轭体系。,因此UV一致，不一定是一个化合物。,50,3）可以确定未知结构中的共轭结构单元。 通过Woodward 规则等方法获得推测结构的吸收峰位计算值，并于实测值相比较。 与同类型的已知化合物的紫外光谱进行比较，可进行结构分析类比。该规则只适用于共轭二烯、三烯、四烯。不适用于芳香体系（芳香系统另有规则）,6 紫外光谱的应用,谱学知识介绍,51,从防风草中分离得到一化合物，UVmax(EtOH) =241nm，判断是松香酸(A)还是左旋海松酸(B)？,52,确定未知化合物的共轭结构单元,例：鸦胆子中一种苦木内酯化合物UV谱max(EtO

17、H): 221, 280nm; max(EtOH+NaOH): 221, 328nm.,a骨架： ,六元不饱和酮类 215nm -OH +35nm -烷基 (122) +24nm max计算值 274nm b骨架： ,不饱和酯类 193nm -烷基 (122) +24nm max计算值 217nm,53,6 紫外光谱的应用,确定构型: 构型不同，max及max 也不同。通常，反式(trans)异构体的max及max值较相应的顺式(cis)异构体大。,谱学知识介绍,4）确定构型或构象,54,空间位阻大共平面性差 空间位阻小共平面性好,max 280nm max 10500,max 295.5nm

18、 max 29000,确定构象：,(1)共轭二烯类化合物构象,顺式比相应的反式异构体的吸收波长长，但吸收强度弱,55,max 270nm max 234nm max 500015000 max 1200028000,如：,谱学知识介绍,56,5）测定互变异构现象,如：苯甲酰基乙酰苯胺存在酮型(A)和烯醇型(B)互变现象,max （nm） ：245 ，308 pH=l2: 308 323。 则：245nm为A吸收峰； 308nm为B异构体吸收峰。 原因：pH=l2时，烯醇羟基失去质子变为烯醇离子C，故红移。,57,1） 在200800nm区间无吸收峰，结构无共轭双键。 2）220250nm，强吸

19、收(max在1042104之间)，有共轭不饱和键（共轭二烯，,-不饱和醛、酮） 3） 250290nm，中等强度吸收(max 100010000) ，通常有芳香结构。 4） 250350nm，中低强度吸收 (10 100)，且200 nm以上无其他吸收，则含有带孤对电子的未共轭的发色团。（羰基或共轭羰基）,谱学知识介绍,7.分析紫外光谱的几个经验规律,58,5）有多个吸收峰，有的在可见区，则结构中可能有长链共轭体系或稠环芳香发色团。如有颜色，则至少有45个共轭的发色团。 6）利用溶剂效应、pH影响： 增加溶剂极性：K带红移、R带紫移，max变化大 时，有互变异构体存在。 pH变化：碱化后谱带红

20、移，酸化后又恢复，则有酚 羟基、烯醇存在； 酸化后谱带紫移，有芳胺存在。,谱学知识介绍,59,A计算值： max=249nm （B:326nm; C:227nm),练习：分子式为C15H22O，可能为下列结构A、B、C。紫外光谱max: 206nm(=5350)，250nm (=10500)，判断结构。,60,2.与化合物（A）的电子光谱相比，解释化合物（B）与（C）的电子光谱发生变化的原因（在乙醇中）。,61,练习3 1)：UV光谱法区分下列几组化合物,A,B,2) : 2-(环己-1-烯基)-2-丙醇在H2SO4存在下加热处理，得到主要产物的分子式为C9H14，产物紫外光谱max=242n

21、m(max10100)，推断这个主要产物的结构，并讨论其反应过程。,62,1. 红外光谱：引起分子振动能级和转动能级的跃迁, 所以又称振-转光谱。 红外光的三个区域： 1）近红外区：0.8nm2.5m，分子O-H、N-H、C-H键的振动倍频与组频。 2）中红外区：4000400cm-1(2.525m)，大部分有机化合物的振动基频。 3）远红外区： 40025cm-1(251000m)，分子的转动光谱以及重原子成键的振动等。,第二章 红外光谱（Infrared spectra IR）,（一）基础知识,谱学知识介绍,63,2.5mm 波长,4000cm-1 波数,64,2. 红外光谱原理,谱学知识

22、介绍,单一粒的简谐振动,=,=,分子中键的振动频率：分子的固有性质，它随着化学键力常数(K)的增大而增加，同时也随着原子折合质量()的增加而降低。,65,谱学知识介绍,(二)多原子分子的振动图示,1. 分子振动自由度 振动自由度：基本振动的数目. 振动自由度 = 分子自由度数（3N）- 平动自由度 - 转动自由度 非线性分子振动自由度 = 3N-(3+3) = 3N-6 线性分子振动自由度 = 3N-(3+2) = 3N-5 理论上：每个振动自由度（基本振动数）在红外光谱区均产生一个吸收峰带,66,对称伸缩 不对称伸缩 弯曲(x,y平面) 弯曲(y,z平面),CO2的红外光谱,谱学知识介绍,具

23、有3N-5=4个振动自由度,峰简并为1个,67,2. 影响（减少）峰数的因素,峰数往往少于基本振动数目(振动自由度) (1) 振动过程中分子无偶极矩变化，不引起红外吸收。 (2)频率完全相同的振动彼此发生简并。 (3)强宽峰往往覆盖与其频率相近的弱而窄的吸收 峰。 (4)吸收峰有时落在中红外区域(4000400cm-1)以外。 (5)吸收强度太弱，以致无法测定。,谱学知识介绍,68,(1)伸缩振动(stretching vibration)，以表示 对称伸缩振动以s表示。 不对称伸缩振以as表示。 (2)弯曲振动(bending vibration)，也叫变角振动，以表示 面内弯曲振动以s表示

24、。 面外弯曲振动(out-of-plane bending vibration)，以o.o.p表示 对称与不对称弯曲振动(symmetrial and asymmetrial bending vibration)，以s、as表示。,谱学知识介绍,3. 振动类型,69,振动图示,按能量高纸顺序排列，通常是：as s s o.o.p,依次 对称伸缩振动、不对称伸缩振动、剪式振动 非平面摇摆振动,70,双原子分子的势能曲线,基频峰：1、2、 3、4中红外区域(4000650cm1)，峰强 倍频峰：21、22、23、24 合频峰：1+2、 21+2、 1+22 差频峰： 1-2、 21-2、 1-3

25、,多在中红外以外，峰强弱,使峰数增多的因素,71,（三） 影响IR吸收的因素,1.电子效应（electronic effect） （1）诱导效应（inductive effect）,谱学知识介绍,吸电诱导使吸收峰向高波数区移动，如： C=O(cm1) 1715 1731 1800 1920 1928,F Cl Br I OCH3 NHCOCH3 C6H6 H CH3,72,1.电子效应（electronic effect） （2）共轭效应（conjugative effect）,谱学知识介绍,（三） 影响IR吸收的因素,16671661 16851665,C=O(cm1) 17251710 1

26、6951680,73,谱学知识介绍,2. 空间效应（steric effect） （1）场效应（field effect）,（三） 影响IR吸收的因素,I、C效应都是通过化学键起作用，而F效应是分子内的空间作用，在立体结构上互相靠近的那些基团之间才能产生F效应。,C=O 1716 cm1 1728 cm1 (A) (B),电子排斥,74,2.空间效应 （2）空间障碍,（3）跨环效应（transannular effect）,uC=O 1675cm-1,uOH 3365cm-1,谱学知识介绍,（三） 影响IR吸收的因素,C=O 1663 cm1 1686 cm1 1693 cm1,75,2.空间

27、效应（steric effect） （4）环张力,谱学知识介绍,（三） 影响IR吸收的因素,环外双键的化合物，随环张力的增大，C=C向高波数位移。,CC 1650 cm1 1660 cm1 1680 cm1,酯环酮系化合物中，随环张力的增大，波数增加。 C=O 1716 cm1 1745 cm1 1775 cm1 1850 cm1,76,2.空间效应（steric effect） （4）环张力,谱学知识介绍,（三） 影响IR吸收的因素, C=C 1646 cm1 1611 cm1 1566 cm1 =C-H 3017 cm1 3045 cm1 3060 cm1,77,形成分子内氢键，谱带变宽，

28、波数降低，但强度基本不增。 形成氢键，使-OH+键拉长，偶极矩增加，出现宽峰。,3.氢键效应（hydrogen bond effect）,谱学知识介绍,（三） 影响IR吸收的因素,C=O(缔合)1622 cm1 CO(游离)1676 cm1 (游离)1675 cm1 1673 cm1 OH (缔合)2843 cm1 OH(游离)36153605 cm1,78,稀溶液(游离状态)，OH36503600cm-1 浓度增加(氢键)，OH3515cm-1(二聚体)，3350cm-1 (多聚体),乙醇在 不同浓 度下分 子间氢 键的影 响,谱学知识介绍,79,乙酰乙酸乙酯的酮式与烯醇式异构体,谱学知识介

29、绍,4.互变异构：峰位移,(A)酮型 (B)烯醇型 C=O 1738 cm1 C=O 1650 cm1 C=O 1717 cm1 OH 3000 cm1,（三） 影响IR吸收的因素,80,5.振动偶合效应（vibrational coupling effect）,谱学知识介绍,（三） 影响IR吸收的因素,相同的两个基团在分子中靠得很近时，其相应的特征 吸收峰常发生分裂，形成两个峰，称振动偶合。（对称振动，非对称振动） 如二羰基化合物：酸酐，丙二酸、丁二酸及其酯等。,81,6.费米共振（Fermi resonance）,谱学知识介绍,当倍频峰（或组频峰）位于某强的基频吸收峰附近时，弱的倍频峰（或

30、组频峰）吸收强度常被大大强化（间或发生峰带裂分），形成费米共振。,vCCl 875cm1 ，倍频1730cm1，与C=O形成费米共振,82,谱学知识介绍,（三） 影响IR吸收的因素,7. 样品的物理状态的影响,同一化合物在固态、液态、气态时IR光谱不相同。 如：丙酮的羰基 气态：1738cm-1，液态：1715cm-1,8. 溶剂等外部因素的影响 极性基团的伸缩频率常常随溶剂的极性增大而降低。,83,1.电子效应 2.空间效应 3.氢键效应,诱导 共轭 ,场效应 空间障碍 跨环效应 环张力,环外双键 环羰基 环内双键,分子内氢键 分子间氢键,（三） 影响IR吸收的因素的总结,84,1. 样品的

31、制备： 1）KBr压片 2）Nujol法（研糊法、矿物油法）：即将样品与液体石蜡或精制凡士林在玛瑙乳钵中研磨均匀后，夹于两块盐片间测量。 Nujol本身产生的吸收在KBr光谱中无干扰，但KBr压片常吸水而在3500cm-1（uOH）、1640cm-1（dH-OH，弱）出现吸收峰。,谱学知识介绍,（四）红外光谱的测定,85,（五） 红外光谱的重要吸收区段,谱学知识介绍,86,谱学知识介绍,（五） 红外光谱的重要吸收区段,87,谱学知识介绍,（五） 红外光谱的重要吸收区段,88,饱和烃和醛基CH伸缩振动区,89,芳香化合物不同取代类型CH面外弯曲振动峰吸收频率,90,（六）红外光谱在结构解析中的应

32、用,1. 确定官能团 2. 确定立体化学结构的构型 1）鉴别光学异构体：对映体和外消旋体化合物之间由于 晶格中分子的排列不同，使它们的固相IR光谱彼此不同。,谱学知识介绍,2） 区分几何(顺、反)异构体： a. 对称反式异构体中：双键处于分子对称中心，振动中整个分子的偶极矩始终为零，没有吸收峰 ，顺式异构体无对称中心，可区分顺、反异构体。,91,b. 不对称的分子由于反式异构体的对称性比顺式异构体高，因此双键的特征峰前者弱，后者强。,2） 区分几何(顺、反)异构体：,顺式 强度 反式 CCH 1614cm1 1615cm1 CCD 1606cm1 1605cm1,92,c. 顺式CH ：740

33、690cm1之间， 而反式CH：950cm1。两者差别显著。 用于区分顺反异构体的主要依据,反式 顺式,2） 区分几何(顺、反)异构体：,93,3） 区分构象异构体,a. 环状化合物的平展取代与直立取代的区分,C-O(cm1) 10701010cm1 990925cm1,平伏取代的环状化合物由于CX的伸缩振动，导致分子的偶极矩变化大于对应的直立取代化合物。则在高波数处有吸收。,94,有分子内氢键的羟基特征波数低于游离羟基的波数。氢键越强，二者波数差值越大。 ,b. 环状多羟基化合物，羟基间构象的区分,1,2相互作用-五元,=0 =74 =0 =98,95,六元环中，只有反式二直立取代基之间才不

34、可能形成氢键。顺式及反式二平展取代基均可形成氢键，,1,4相互作用,96,4 ） 区分互变异构体与同分异构体,酮式 烯醇式 C=O 1730cm1(s) 1650cm1(s) 80100cm1 C=C 16401600cm1(s),97,（七）拉曼光谱(Raman spectra) 红外光谱和拉曼光谱都是研究分子振动和转动能级跃迁的分子光谱。红外光谱为吸收光谱，拉曼光谱为散射光谱。 红外吸收谱带强度正比于偶极矩的变化，而拉曼谱带强度取决于极化率变化。极化率可以认为是分子中电子云形状受原子核影响的难易程度，因此拉曼谱带强度取决于平衡前后电子云形状差别的大小。 对于具有对称中心的分子，若振动与对称

35、中心有关，则红外光谱不可见，拉曼光谱可见；若振动与对称中心无关则红外光谱可见，拉曼光谱不可见，二者可以互补。 红外光谱和Raman光谱是相互搭配的工具，在有机化学中的应用日益广泛。,98,练习1：,3300cm-1 2200cm-1 1700cm-1无峰,B,99,2. 该化合物是芳香族还是脂肪族？是否为醇类？是否为醛、酮、酸类？是否含有双键或三键？,16801500cm-1无吸收：无芳氢、无烯氢 37503000cm-1无吸收：非醇类 30002700cm-1有吸收：脂肪族 24002100cm-1无吸收： 无三键 1718cm-1强峰：饱和酮或酯,100,例3：从茵陈蒿分离一个成分，分子式

36、为C12H10。UV max:239nm (=537), 253nm(=3420); IRcm-1: 3065(m), 3030(m), 2944(m), 2830(m), 2270(w), 2210(m), 2100(m), 1605(s),1500(s), 1457(m),1380(m), 1075(s), 730(s), 695(s)。试推断其可能结构。,不饱和度 = 8，芳环？ 与芳环相关数据： UV：239, 253nm; IR: 3030(m), 1605(s), 1500(s), 730(s), 695(s) 单取代苯 其他：IR: 2944(m), 1380(m) （甲基） I

37、R: 2270(w), 2210(m), 2100(m) -CC-CC-,101,1.试将CO键的吸收峰按波数高低顺序排列，并加以解释。 CH3COCH3 CH3COOH CH3COOCH3 CH3CONH2 CH3COCl CH3CHO (A) (B) (C) (D) (E) (F),(A) (B) (C),(D) (E),2.,E, D, A, B, C,E, B, C, F, A, D,102,某一苷类化合物的结构不是A就是B，在IR光谱出现890cm1 弱至中强吸收试确定其可能结构是哪一个，为什么? (A) (B),103,X射线衍射法（X-ray ) 手性光学法（ORD,CD） 化学

38、相关法(Chemical methods) 核磁共振法（Mosher、呋喃夫糖苷法等） 反应质谱等(Reaction Mass spectrometry, RMS),三、手性化合物绝对构型测定的方法:,谱学知识介绍,104,（一）单晶X射线衍射分析： 前提：要求样品本身能获得晶型良好的单晶。 不需要借助任何其它波谱学方法即可独立完成被测样品的晶体结构分析的一种技术。不仅可完成天然有机小分子的晶体结构测定，对分子量上万甚至上百万的生物大分子样品也能完成其结构测定。是目前能够测定分子量在十万以上化合物单晶样品的唯一分析技术。 可定量给出分子立体结构参数，完成化合物分子相对构型与分子绝对构型的测定，

39、特别是分子立体结构中的构型确定、构象分析，以及固体化合物样品的晶型与分子排列规律。,谱学知识介绍 手性化合物绝对构型测定的方法,105,sakuranecin （-）苹果酸,化学相关法(Chemical methods),用不改变C-2构型的化学降解法使二氢黄酮降解成分子量较小的化合物后与构型已知的化合物的比旋光度进行比较，从而确定其绝对构型。,106,适用范围：仲醇，伯胺 手性试剂：(R)-和(S)-Methoxy-trifluoromethyl-phenylacetic acid (MTPA) 或MPTA-Cl 原理：,Mosher法：,核磁共振法,107,Mosher法： 早期的1H N

40、MR Mosher法仅限于运用H-的符号，Takano研究发现苯环的各向异性作用不仅仅局限于位质子，还可以向更远的质子延伸。,MPTA plane,3. Ohtani, I.; Kusumi, T.; Kashman, Y.; Kakisawa, H. J. Am.Chem. Soc. 1991, 113, 4092.,Model,108,（二）旋光谱和圆二色散光谱（ORD and CD） (Optical Rotatory Dispersion and Circular Dichroism),旋光谱(ORD)和圆二色谱(CD,需对紫外可见光有吸收)在解决手性中心附近有生色团(含通过化学转换可

41、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上是一个非常有力的武器，有时用其它方法难以代替。故简单介绍一点ORD和CD知识。 一个平面偏振光可分解成一个左旋圆偏振光和一个右旋圆偏振光。当平面偏振光通过手性中心时，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的折射率不同，传播速度不同，当再合成平面偏振光时，偏振面就发生了旋转，这就是产生旋光的光学原理。随着波长变短，折射率差值增大，比旋度增大。 人的眼睛对黄光最敏感故规定在钠光(589nm)下测定旋光值。,谱学知识介绍,109,平面偏振光的圆运动分解,左旋圆偏振光及其旋转方向示意图,按照Fresnel的假说：直线简谐运动可分解为两个周期和振幅

42、相同，但方向相反的圆运动。,110,平面偏振光在非旋光物质及旋光物质传播的图解,一个右旋光性质的物体对平面偏振光原二色性的作用图解,111,在不同波长下测定物质的比旋度，以比旋度为纵坐标，波长为横坐标做图，该图称为ORD谱。 ORD谱的分类 (1). 平坦谱线 无峰无谷，有旋光性，但手性中 心附近无生色团。,正平坦曲线: 随波长短移比旋度增大 负平坦曲线: 随波长短移比旋度减小,(2). 单纯Cotton曲线 有峰有谷，手性中心附近有生色团。 正Cotton曲线: 长波 短波，先峰后谷 负Cotton曲线: 长波 短波，先谷后峰,112,(3). 复合Cotton曲线 有几个峰和几个谷。,结构

43、与ORD谱的关系 结构与ORD的关系已总结了许多规律，现只介绍应用最广泛也是最古老的一个规律八区律(octant rule)。,(1). 平面分割法 用三个相互垂直的平面a、b、c分割成八个区域，以c平面为界，平面前称“前区”，,平面后称“后区”。 每个区又可分为上下左右四个分区，各区旋光分担如图所示。,113,114,c,a,b,115,(2).投影法,环己酮各原子主要落在c平面“后区”，为判断旋光分担方便起见采用投影法。 a). C4的a和e，C2和C6的e键取代基均无贡献。 b). C5的a和e，C2的a键取代基均为正贡献。 c). C3的a和e，C6的a键取代基均为负贡献。 d). 旋

44、光贡献具有加和性。 e). 距离羰基越远，贡献越小。 f). 集团越大，贡献越大。,(+),(-),a a,116,ORD谱的应用 (1). 优势构象的确定 经测定右旋异薄荷酮为负Cotton曲线，请根据ORD谱确定优势构象。,（5）-（4）-（3） （6）-（1）-（2）,（5）-（4）-（3） （6）-（1）-（2）,负Cotton曲线,正Cotton曲线,异丙基a为键，甲基e为键,平面 椅式 八区律要求的椅式,117,(2). 绝对构型的确定 某化合物为3-OH, 3-十九烷基环己酮，经测定ORD为正Cotton曲线，请根据ORD谱确定绝对构型。 a). 先写出R构型和S构型的结构式。

45、b). 写出优势构象式(十九烷基为大集团应在e键上)。 c). 转换成八区律要求的椅式构象式或投影式。 d). 根据八区律确定绝对构型。,正Cotton曲线,负Cotton曲线,R型,S型,故该化合物为S构型,118,CD谱简介,当分子中具有生色团时，手性分子对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的吸收是不同的，即L = R。当再合成平面偏振光时就变成椭圆的。以或摩尔椭圆度为纵坐标,以波长为横坐标做图就得圆二色谱。 = 3300 ,圆二色谱也有正Cotton效应曲线和负Cotton效应曲线,峰形向下的为负，峰形向上的为正。,119,圆二色谱与旋光谱的关系,120,(1).一个复杂的化合物，并不一定其所有

46、的吸收峰都呈现光学活性负担(如III带)。 (2).CD谱能很明确的表现出吸收带的圆二色性(如I带和II带)。 (3). 由于旋光性的叠加ORD不如CD谱明确。 (4). ORD谱和CD谱是分子不对称性对光的作用的两种表现。在决定化合物的立体结构时，ORD、CD谱都应得出相同的立体化学结果。,121,莪术醇curcumol CD297 -1430,投影在负性区域的基团大于正性区域的基团，最后的绝对构型1S，4S，5S，7S，8R,与X-线衍射结果相一致。,122,判断下面两个化合物的cotton 效应曲线的符号,123,I (+),II(-),124,第一节 核磁共振基础知识 1.基本原理 1

47、)核的自旋与核磁矩,= P 核磁距； 磁旋比；P自旋角动量,核磁共振（NMR spectroscopy）,125,自旋角动量P 的数值大小可用核的自旋量子数I或自旋I来表述。,h为普朗克常数； I为量子化的参数，不同的核具有0，1/2，1，3/2等不同的固定值。,126,原子核的自旋量子数（I）与质量数（A）及原子序数（Z）的关系,只有自旋量子数I0的原子核才具有自旋运动特性，具有角动量P和核磁矩，从而显示磁性，成为核磁共振的对象。,127,自旋取向数=2I+1,2）磁性原子核在外加磁场中的行为特性,128,核在能级间的定向分布及核跃迁,通常在热力学平衡条件下，自旋核在两个能级间的定向分布数目

48、遵从Boltzmann分配定律，即低能态核的数目比高能态的数目稍多一些。 在一定条件下，低能态的核能吸收外部能量从低能态跃迁到高能态，并给出相应的吸收信号，即核磁共振信号。,129,饱和和弛豫,低能态的核吸收能量自低能态跃迁到高能态，能量将不再吸收。与此相应，作为核磁共振的信号也将逐渐减退，直至完全消失。此种状态称作“饱和”状态。 在核磁共振条件下，在低能态的核通过吸收能量向高能态跃迁的同时，高能态的核也通过以非辐射的方式将能量释放到周围环境中由高能态回到低能态，从而保持Boltzmann分布的热平衡状态。这种通过无辐射的释放能量途径核由高能态回到低能态的过程称作“弛豫”。,130,核的进动与

49、拉摩尔频率, = H0/2,131,在外加静磁场中，核从低能级向高能级跃迁时需要吸收一定的能量。通常这个能量可由照射体系的电磁辐射来供给。对处于进动中的核，只有当照射用电磁辐射的频率与自旋核的进动频率相等时，能量才能有效地从电磁辐射向核转移，使核由低能级跃迁到高能级，实现核磁共振。,谱学知识介绍,132,五、核磁共振（NMR spectroscopy）,133,屏蔽效应,谱学知识介绍,134,（二）. 1H-NMR（氢核磁共振）,1）化学位移的定义,d =(u sample-u ref)/u 0106,谱学知识介绍,2）常见结构类型的质子化学位移,Ar-H C=CH CH RH 7.28 5.

50、28 2.88 1,135,136,CH CH2 CH3 1.55 1.20 0.87,-COOH -CHO ArOH ROH(RNH2) 1012 910 4 8 0.5 5,谱学知识介绍,137,（三）化学位移的影响因素,（1）电负性 随着相连基团电负性的增加氢核外围电子云密度不断降低，故化学位移值（d ）不断增大,谱学知识介绍,138,（三）化学位移的影响因素,（2）磁各向异性,RH,7.28,5.28,2.88,1,C,谱学知识介绍,139,化学位移与磁的各向异性,140,单键的磁各向异性,甲基 亚甲基 次甲基 d 0.850.95 d 1.201.40 d 1.401.65,环己烷构

51、象中平伏键受到的屏蔽效应,Ha比Hb的化学位移数值稍大，处于低场。,141,142,（三）化学位移的影响因素,（3）分子内（间）氢键,谱学知识介绍,143,（4）共轭效应,144,（4）共轭效应,145,小结：影响化学位移大小的因素,原子的杂化状态 电子云密度（吸电诱导、共轭、插烯规则等） 磁各向异性（双键，三键，单键 ） 氢 键,谱学知识介绍,146,（五）1H-NMR化学位移总结：,烷烃类化合物：1,与双键相连：2,与O相连：4,与N相连：3（由于N的电四极矩效应，使与之连接的碳上的质子信号变宽）,与芳环相连：2.32.9,与羰基相连：2.02.2,sp3杂化碳上的质子化学位移范围：,谱学

52、知识介绍,147,sp2杂化碳上的质子化学位移范围：,a. 烯 烃,谱学知识介绍,148,质子化学位移的经验计算,取代基对苯环芳氢的影响（d=7.27+Ss）,记忆方法,149,（六）1H-NMR（氢核磁共振）常用溶剂质子的残留峰,150,.在1H-NMR谱中，各吸收峰覆盖的面积与引起该吸收的氢核数目成正比。 .活泼氢信号峰面积可能不成比例 .判断氢核数目 .判断杂质峰、活泼氢,谱学知识介绍,（七）峰面积与氢核数目,151,1. 峰的裂分,1H-NMR（氢核磁共振）,谱学知识介绍,152,153,谱学知识介绍,154,155,2. 偶合常数(J) a.偶合裂分是有原子核引起的,通过化学键传递;

53、 b.相互偶合的H核其J值相同; c.一级图谱峰的裂分遵循n+1规律; d.归属H核,判断排列情况. 偶合分类 偕偶(Jgem)又为同碳偶合 sp3 J=10-15Hz; sp2 C=CH2 J=0-2Hz, N=CH2 J=7.6-17Hz,谱学知识介绍,156,偕偶(Jgem),157,邻偶(Jvic) 饱和型: 自由旋转J=7Hz 构象固定: 0-18Hz,与两面角有关,J90=0Hz, J180 Jo (7.5Hz); 烯型：Jcis =6-14Hz(10), Jtrans=11-18Hz(15) 芳环: Jo=6-9Hz,.,偶合分类,谱学知识介绍,158,面角,159,远程偶合（J

54、4，J 5） : 如烯丙偶合 4J=0-3Hz，苯环的间位Jm=1-3Hz和对位偶合Jp=0-1Hz，以及W型偶合。,160,16.2Hz,16.2Hz,8.1Hz,1.8Hz,8.1, 1.8Hz,偶合常数计算,161,1.检查信号是否正常，如TMS、溶剂峰、积分比例。 2.根据积分计算各氢信号对应的H数。 3.计算各信号的化学位移、偶合常数。 4.按化学位移大小顺序列表，(nH,m,J=?Hz) 5.根据化学位移判断氢核的类型;根据J值判断偶合关系。 6.加D2O，判断是否为活泼氢信号。,1H-NMR谱的解析程序,162,7.52(d,16.2Hz),6.68(d,16.2Hz),6.81

55、(d,8.1Hz),7.30(d,1.8Hz),7.13 (dd, 8.1, 1.8Hz),7.52(d,16.2Hz) 7.30(d,1.8Hz) 7.13 (dd, 8.1, 1.8Hz) 6.81(d,8.1Hz) 6.68(d,16.2Hz),163,9.60(brs, OH) 7.52(d,16.2Hz) 7.30(d,1.8Hz) 7.13 (dd, 8.1, 1.8Hz) 6.81(d,8.1Hz) 6.68(d,16.2Hz) 3.82(3H,s) 2.29(3H,s),164,（一）为结构解析提供的信息,化学位移（1250）； 分辨率高，谱线简单，可观察到不含质子基团； 驰豫

56、时间对碳谱是重要参数，可识别季碳， 可给出化合物骨架信息。 缺点：测定需要样品量多，测定时间长， 而吸收强度一般不代表碳原子个数，与种类有关。,谱学知识介绍,五、核磁共振（NMR spectroscopy）碳谱（13C-NMR）,165,166,（二）常见一些基团的化学位移值（必须牢记的基础） 脂肪C: 50 连杂原子C: C-O,C-N,C-S :50-100 C-OCH3 : 55; 糖端基C : 95-105 芳香碳,烯碳: 98-160 连氧芳碳 :140-165 C=O: 168-220,谱学知识介绍,碳谱（13C-NMR）,167,C=O: 168-220 醛CHO： 190205

57、 酮： 195220 羧酸： 170185 酯及内酯： 165180 酰胺及内酰胺: 165180,谱学知识介绍-碳谱（13C-NMR）,168,（三）影响化学位移因素 a. 碳的杂化方式 sp3 sp sp2 10-100 70-130 100-200 b. 碳核的电子云密度: 电子云密度, 高场位移,谱学知识介绍-碳谱（13C-NMR）,169,c. 取代基的诱导效应和数目 取代基数目,影响, 诱导效应随相隔键的数目增加而减弱; 随取代基电负性, 原子电负性大小数值： H C S N Cl O F 2.1 2.5 2.8 3.0 3.0 3.5 4.0,谱学知识介绍,（三）影响化学位移因素,170,d. 效应(-旁式,-gauche）效应 较大基团对-位碳上的氢通过空间有一种挤压作用，使电子云偏向碳原子，使碳化学位移向高场移动，这种效应称为-