有机化学：第6章 色谱和波谱

1、 化合物的分离纯化和结构研究方法化合物的分离纯化和结构研究方法 本次课需要思考的问题？ 1. 有机化合物早期的纯化方法和现代分析、纯化方法 的特点是什么？ 2. 有机化合物的现代结构研究方法有那些？ 3. 什么是色谱？重要的、常见的色谱技术有那些？ 4. 什么叫波谱？那些是常见的电磁波谱？ 5. 分子内部的运动有那些运动能级？ 6. 分子具有何种结构特征可能产生紫外-可见光谱？ 从那些基态产生的电子的跃迁？ 7. 影响紫外-可见光谱摩尔吸光系数的因素是什么？ 8. 有机分子有共轭体系，导致吸收光向什么方向移动？ 9. 何为生色团和助色团？生色团和助色团？ 10. 什么是红移和蓝移？ 11. 为

2、什么有些化合物随pH的变化而改变颜色？ 分离纯化分离纯化 结构研究结构研究 结构研究结构研究 分离纯化分离纯化 纯产物纯产物 结构确定产物结构确定产物 纯天然产物纯天然产物 确定天然产物的结确定天然产物的结 构构 天然提取物天然提取物 反应产物反应产物(混合物混合物) OH Br KBr H2SO4 Reaction Mixture: HBr, H2SO4, KBr, K2SO4, H2O 1-butanol, 1-bromobutane, 1-butene, 2-butene, dibutyl ether distillation 1-butanol, 1-bromobutane dibut

3、yl ether, H2O, HBr H2SO4, KBr, K2SO4, H2O 1-Butene 2-Butene Washing by H2SO4 1-bromobutane H2SO4, HBr 1) Washing by water 2) Washing by 10% Na2CO3 3) Washing by water 1-bromobutane H2O 1-butanol dibutyl ether H2SO4, HBr 1) Drying 2) Distillation Pure 1-bromobutane upper layer lower layer A example a

4、bout purification of reaction product 优点：分析分离并用。简单易行、分离效优点：分析分离并用。简单易行、分离效 率高、处理量可小可大。率高、处理量可小可大。 波波 谱谱 法法 Example 液相色谱液相色谱 (LC) 气相色谱气相色谱 (GC) 吸附色谱（吸附色谱（利用固体吸附剂对不同物质的吸附能力）利用固体吸附剂对不同物质的吸附能力） 分配色谱分配色谱 离子交换色谱离子交换色谱 凝胶渗透色谱凝胶渗透色谱 亲和色谱亲和色谱 （固定相中的离子与流动相中的（固定相中的离子与流动相中的 样品中的离子进行可逆交换）样品中的离子进行可逆交换） （样品在流动相和固定

5、相间的溶解度不同，样品在流动相和固定相间的溶解度不同， 固定相为液体吸附在载体上固定相为液体吸附在载体上） （一定孔径的凝胶为吸附剂，一定孔径的凝胶为吸附剂， 不被吸附的较大分子先被洗脱不被吸附的较大分子先被洗脱） （将生物分子固载于载体上作为固将生物分子固载于载体上作为固 定相，有亲和性留在柱上定相，有亲和性留在柱上, , 其它分其它分 子先被洗出，然后改变条件洗出其子先被洗出，然后改变条件洗出其 它分子它分子） 柱色谱柱色谱 纸色谱纸色谱 薄层色谱薄层色谱 w 根据实验操作形式分为根据实验操作形式分为 w 根据固定相与流动根据固定相与流动 相的极性分为相的极性分为 正相色谱：极性正相色谱：

6、极性固 固极性 极性流 流 反相色谱：极性反相色谱：极性流 流极性 极性固 固 原点 展开剂前沿 + + f2 f1 样品点 吸附柱色谱吸附柱色谱 Adsorption Column Chromatography - also called as Rapid Column Chromatography Ref: J. O. C. 1978, 43, 2923 快速柱层析快速柱层析 Flash Column Chromatography E = Ee - Eo E = Ee - Eo w This means that only compounds with pi electrons or no

7、nbonding electrons can produce UV/Vis spectra n p p* CH2-C-CH3 O n max 27onm (22) 187nm (1000) 324nm 219nm CH3-C-CH=CH2 O p p* p pp p* max max (nm) 16515000 217 21000 256 290 334 364138000 125000 85000 50000 b b-胡萝卜素，橙色胡萝卜素，橙色 番茄红素，红色番茄红素，红色 Wavelengths absorbed (nm) Observed color 380-460 yellow 38

8、0-500 orange 440-560 red 480-610 purple 540-650 blue 280-420 and 610-700 green 生色团与助色团生色团与助色团 OH O 270 nm 287 nm C +N(CH 3)2 (H3C)2N C +N(CH 3)2 (H3C)2N N(CH3)2 C +N(CH 3)2 N(CH3)2 C +N(CH 3)2 N(CH3)2 N(CH3)2 purpleblue C +N(CH 3)2 HN(CH3)2 C +N(CH 3)2 HN(CH3)2 HN(CH3)2 u Uses of UV/VIS spectroscopy

9、 to determine structure to measure the binding constant in supermolecular chemistry to measure the reaction rates to measure the pKa value to measure the Tm value of DNA To measure the reaction rates UV spectra of NAD+ and NADH 220 240 260 280 300 320 340 360 380 NADH： 辅酶辅酶 (coenzyme,是一类可以将化学基团从一个酶转

10、移到另一个酶上的有机小 分子，与酶较为松散地结合。有许多维他命及其衍生物，如核黄素、硫胺素和叶酸， 都属于辅酶。 To measure the reaction rates 在在340 nm的吸收峰降低说明辅酶（的吸收峰降低说明辅酶（NADH）反应趋于完全。）反应趋于完全。 To measure the pKa value O 287 nm pH 当酸碱平衡中，若只有一个有紫外或可见特征吸收，可测定当酸碱平衡中，若只有一个有紫外或可见特征吸收，可测定pKa。 pKa是一是一 半以酸，一半以碱存在时的半以酸，一半以碱存在时的pH，即吸光度增加到一半，即吸光度增加到一半 To measure th

11、e Tm value of DNA Tm 为为DNA的熔点，的熔点，DNA双链在加热时会解开，单链双链在加热时会解开，单链DNA在在260 nm 时摩尔吸收系数较大，时摩尔吸收系数较大， DNA的熔点是图中吸光度温度曲线的中点的熔点是图中吸光度温度曲线的中点 Transition metals, including copper and zinc, have been found to directly bind to amyloid plaques by spectroscopic studies. Moreover, studies suggested that redox-active

12、metal ions, such as Cu2+ and Fe2+, are involved in the production of reactive oxygen species (ROS) and oxidative stress. Thus, modulation of such biometals in the brain has been proposed as a potential therapeutic strategy for the treatment of AD. 1. 红外光谱对应于什么分子运动能级的跃迁？ 可以提供分子中什么结构信息？ 2. 红外光谱图是如何产生的

13、？横坐标和纵坐标 表示什么意思？分作几个区？ 3. 振动频率与那些因素有关？ 4. 能大致记住不同类型键的伸缩振动频率吗？ 5. 电子效应对红外吸收频率有什么影响？ 6. 如何解释下列化合物中羰基的红外吸收频 率：醛1720cm-1 酰卤，1800cm-1，酰胺 1650cm-1？ 7. 红外光谱的峰强度与键极性、对称性的关系？ 1. Stretching vibrations l 横坐标横坐标 - 波数（波数（cm-1, 下方）下方）, 波长波长(m mm,上方）上方） l 纵坐标纵坐标 - 吸光强度（吸光强度（A）或透过率（）或透过率（T，%） l 谱区谱区 - 4000 600 cm-1

14、 l 分两个区分两个区 - 官能团区官能团区（4000 1400 cm-1) - 伸缩振动伸缩振动 - 指纹区指纹区（1400 600 cm-1) - 弯曲振动弯曲振动 v = 2 c 1k (m1+m2) m1 m2 m1 m2 m1+m2 u Hooks Law (for stretching vibration) 1）振动频率与）振动频率与成键原子折合质量成键原子折合质量倒数的平方根倒数的平方根 成正比，即成正比，即原子质量愈轻，振动频率愈高原子质量愈轻，振动频率愈高； 2）振动频率与键的力常数）振动频率与键的力常数(k)的平方根成正比，的平方根成正比， 即即键能愈大，键长愈短，键的力常

15、数愈大，振动键能愈大，键长愈短，键的力常数愈大，振动 频率愈高频率愈高。 Stronger bonds and lighter atoms give rise to higher wave numbers 不同类型键的伸缩振动频率不同类型键的伸缩振动频率（频率与波数成正比）频率与波数成正比） 不同类型键的伸缩振动频率不同类型键的伸缩振动频率 u 红外吸收频率影响因素红外吸收频率影响因素 OO u 红外吸收频率影响因素红外吸收频率影响因素 u 红外吸收频率影响因素红外吸收频率影响因素 3600-3200 NH, OH d, br, s 3300 C C H strong 3100-3010 =C-H middle 2960-2850 -C-H strong 2260-2100 2700 -CHO double CC variable 1850-1