01-2第四节 植物化学成分结构研究方法.ppt

1、第四节 植物化学成分结构研究方法,1,一、结构研究的一般程序与方法 1.推断化合物结构类型 注意观察样品在提取、分离过程中的行为测定有关物理化学性质，如不同pH、不同溶剂中的溶解度及层析行为、化学定性反应等结合文献调研 2.测定分子式及计算不饱和度 （1）元素定量分析和相对分子质量测定 （2）高分辨质谱（high resolution mass spetrometry, HR-MS)法 不饱和度（degree of unsaturation): =C+1-H/2-X/2+N/2 C：化合物中C原子的数目 H：化合物中H原子的数目 X：化合物中卤素原子的数目 N：化合物中三价N原子的数目,3.推

2、断分子中可能含有的官能团结构片段或基本骨架 官能团定性及定量；测定并解析化合物有关光谱，如UV, IR, MS, 1H NMR, 13C NMR等。 4.推断并确定分子的平面结构 （1）结合文献调研 （2）结合光谱解析及官能团定性定量分析结果 （3）与已知化合物进行比较或采用化学方法（化学降解衍生物制备或人工合成） 5.推断并确定化合物的立体结构 （1）测定CD或ORD谱 （2）测定NOENOESY 或2D NMR谱 （3）进行X晶体衍射分析或人工合成,纯度鉴定,推测母体结构类型 功能基情况,分子量分子式的确定,波谱、化学方法 推测出结构式,人工合成进行确认,结构测定的程序,纯度确定-最基本的

3、条件,检查纯度的方法： 外观、颜色、形态是否均一； 测定各种物理常数，如熔点、沸点、比旋光度、折光率等，这些物理常数都反映了化合物的纯度。 如果可能是已知物，用已知结构的对照品进行对照测定或测定它们的共熔点等； 也可对照文献报导值（注意各种测定条件的一致性） 薄层层析（三种展开系统和三种显色方法） 高效液相层析；, 某些成分或功能基，可以和一些特定试剂产生各种颜色或沉淀，有助于判断化合物类型和功能基： 生物碱类大都能和生物碱沉淀试剂产生沉淀； 羟基蒽醌类遇碱呈红色； 盐酸一镁粉试剂能和许多黄酮类化合物呈色。,化学方法辅助手段, 鉴别功能基的化学反应： 三氯化铁反应、三氯化铝反应等等。 利用在酸

4、水或碱水中的溶解度情况，提示该化合物碱性功能基或酸性功能基的存在以及有无内酯、内酰胺结构。, 化学降解法 将复杂分子通过氧化、还原等化学反应，降解为几个结构比较简单又稳定的小分子化合物，通过对降解产物的结构鉴定，再按降解机理合理地推导出原来可能的化学结构式。, 特点： 需用化合物量大； 反应剧烈； 主要产物得率少又费时； 现在较少应用，仅保留一些比较简单规律性又较强的降解反应 衍生物制备用化学方法研究结构的一种常用手段，对结构推定有一定意义。,波谱方法主要手段,光谱法的特点： * 样品用量少（几微克-几十毫克），除质谱外多数能回收； * 对结构复杂的天然化合物在较短的时间内，就能完成结构的测定

5、，且不改变混合体系的组成； * 对构象、构型、异构体判别等方面的研究已显示出巨大的潜力； *灵敏、准确、重现性好。,11,紫外光谱 用波长在200400nm之间的连续光扫描记录下来的图谱，吸收带比较宽； 红外光谱 用波长在800nm20m之间的连续光扫描记录下来的图谱，谱线比较尖锐；,光谱,岛津 2450/2550PC,傅立叶变换红外光谱仪,光谱仪器,核 磁 共 振 仪,质 谱 仪,测定范围：波数200400nm 之间 作用： 提供基本骨架信息; 样品中杂质的测定 定量分析 特点： 液态样品才能测定； 常规紫外光谱仪价格低廉； 样品用量少（只需5-10 g）,紫外光谱(Ultra-Violet

6、, UV),生色团 产生紫外吸收的不饱和基团，如C=C, C=O, O=N=O等； 助色团：其本身是饱和基团（常含有杂原子），它连到生色团上时，能使后者吸收波长变长或吸收强度增加，如-OH, -NH2, -Cl等； 深色位移：由于基团取代或溶剂效应，最大吸收波长变长，也叫红移（red shift）； 浅色位移：由于基团取代或溶剂效应，最大吸收波长变短，也叫蓝移（blue shift）；,具有相同基本骨架化合物的UV光谱相同，但并非是同一化合物；,测定范围 波数6004000cm -1之间，其中1600cm-1以上为化合物的特征基团区，1000-500cm-1为指纹区。 作用 主要用于定性分析，

7、功能基的确认，芳环取代类型的判断等。 优点： 任何气态、液态、固态样品均可测定； 每种化合物都有红外吸收； 常规红外光谱仪价格低廉； 样品用量少（只需5-10 g）,红外光谱(Infra-Red, IR),红外光谱(Infrared spectra IR) 为结构解析提供各种官能团的信息。 IR相同者为同一化合物。 如： 芳香环: 1600-1480cm-1， OH: 3000 cm-1, C=O : 1700 cm-1.,19,三要素：位置、强度、峰形, 如果被测定物是已知物，只要和已知对照品做一张共红外光谱图，二者红外光谱完全一致则为同一物质； 如无对照品也可检索有关红外光谱数据图谱文献。

8、, 1945年，F. Bloch和E. M. Purcell 几乎同时发现了核磁共振现象，获得1952年诺贝尔物理奖。 核磁共振仪器的发展： 4060 90 100 300 500 600 750 MHz 核磁共振： 天然药物化学成分以有机物为主，分子结构中必然有C、H原子，它们的结合类型、化学环境不同，均可用NMR测定，是天然化合物结构测定的重要手段。,氢核磁共振（1H-NMR)谱,碳核磁共振（13C-NMR)谱,核磁共振谱 (Nuclear Magnetic Resonance, NMR),测量方法：利用原子核在磁场中发生能级跃迁时，核磁矩方向改变产生感应电流来测定核磁共振信号。 特点：比

9、测透过率法灵敏度高。,23,1、化学位移定义,化学位移：同种核由于在分子中的化学环境不同而在不同共振磁场显示吸收峰的现象。（化学位移值是外磁场强度的百万分之几） 化学环境：指核外电子以及邻近的其它原子核的核外电子的运动情况。,24,屏蔽效应 局部屏蔽效应 远程屏蔽效应,25,局部屏蔽效应：核外成键电子对核产生 的屏蔽作用。 远程屏蔽效应：分子中其它原子和基团的核外电子对核产生的屏蔽作用。,2、化学位移的表示,采用 相对数值表示法。 /ppm(1 ppm=10-6),26,规定四甲基硅烷(TMS,（CH3)4Si)吸收峰的值为0，其右边峰的值为负，左边为正。,3、影响化学位移的因素,电负性 各向

10、异性效应 氢键的去屏蔽效应 溶剂效应,27,电负性 电负性大的原子或基团（产生-I效应）使增大（屏蔽作用减小，去屏蔽作用增大）。 注：电负性对影响是通过化学键起作用的，它产生的屏蔽效应属于局部屏蔽效应。,28,各向异性效应,分子中某些基团的电子云排布不呈球形对称，它对邻近氢核产生一个各向异性的磁场，从而使某些空间位置上的核受屏蔽，而另一些空间位置上的核去屏蔽的现象。 注：各向异性对影响是通过空间位置起作用的，它产生的屏蔽效应属于远程屏蔽效应。,29,氢键的去屏蔽效应 使值移向低场。羧酸的值10-12 溶剂效应,30,四、自旋-自旋偶合,乙醛的低分辨核磁共振谱,31,乙醛的高分辨核磁共振谱,-C

11、HO,-CH3,-CH3,-CHO,自旋-自旋偶合：自旋核之间的相互作用。 自旋-自旋裂分：因自旋偶合而引起谱线增 多的现象。,自旋偶合的原因：自旋质子产生的一个小磁场可通过成键电子的传递，对邻近的质子产生影响。 远程偶合：相隔三个键以上的偶合。远程偶合只发生在中间插入双键或三键的两个质子。 偶合常数J：裂分峰之间共振吸收之差。,32,化学等价：指化学位移相同的自旋核。 磁等价：一组化学位移相同的自旋核，若与组外其它核的自旋偶合彼此之间也相同，则该组核为磁等价核。如：,33,NMR的应用,质子谱（1H-NMR） 化学位移: (用于判断H的化学环境 chemical shift); 偶合常数:

12、J (Hz) 用于判断H与H的关系 coupling constant) 积分强度(积分面积): 确定H的数目 碳谱（13C-NMR） 化学位移：碳处的化学环境 峰高或峰面积:一般不与碳数成正比,34, 氢核磁共振（1H-NMR)谱： 化学位移范围：在020 ppm 三大要素：化学位移(ppm)、偶合常数(J)及峰面积。 灵敏度高，样品用量少（15 mg），测试时间短 碳核磁共振（13C-NMR)谱： 化学位移范围：在0250 ppm 要素：化学位移(ppm) 灵敏度较低，样品用量较多（520 mg），测试时间长,C=O,C=C-O,CH2,溶剂,C=C,适用范围：信号过于复杂、重叠严重时，而

13、对结构推断产生困难时，可以简化谱图，有助判断； 特点： 对测试仪器要求比较高（超导核磁共振仪）； 谱图测试价格比较贵； 测试时间长，样品用量比较多（只需520 mg）,二维核磁共振谱,NOESY,HMQC,作用： 用于确定分子量； 求算分子式； 提供其他的结构信息； 特点： 适宜测定极性偏小和中等极性的化合物； 常规质谱仪价格比较便宜，一些特殊质谱仪很昂贵； 样品用量少（只需510 g）,质谱（MS）,一、基本原理,质谱（MS）：有机化合物分子在电子流的轰击下，失去电子变成离子，离子再在电场和磁场的综合作用下，按照质量和电荷之比（质荷比m/z）的大小顺序记录下来的图谱。,43,质谱中常见的几种

14、离子峰,分子离子峰 M + e- M+ + 2 e- 碎片离子峰 同位素离子峰,44,裂解的一般规律,1、产生碳正离子的裂解 2、产生氮、氧、卤正离子的裂解 3、重排裂解（脱去中性分子的裂解）,45,五、质谱的应用,1、测定有机化合物的分子式 2、推测有机化合物的结构 为结构解析提供的信息 给出分子量(M+), 给出基团或片段信息, HR-MS可计算分子式; MS图一致(同一型号仪器,同一条件)一般为同一化合物。 类型 电子轰击电离质谱(EI-MS): 醇、糖苷不能给出分子离子峰; 场解析电离质谱(FD-MS)、快原子轰击质谱(FAB-MS)、电喷雾电离质谱(ESI-MS) ：用于糖苷、肽、核

15、酸类、可确定分子量。,46,5. 旋光谱和圆二色散光谱（ORD and CD） 旋光谱(optical rotatoty dispersion,ORD)和圆二色谱(circular dichroism,CD,需对紫外可见光有吸收)： 解决手性中心附近有生色团(含通过化学转换可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的。,47,对每一个具体的结构类型：要掌握下面的主线 植物来源 结构特点 理化性质 提取分离 结构测定 生物活性 在理解的基础上，用自己的语言来消化和记忆，善于归纳和总结，做到触类旁通，举一反三。,How to learn ?,一、单项选择题 1两相溶剂萃取

16、法的原理是利用混合物中各成分在两相溶剂中的（ ） A. 比重不同 B. 分配系数不同 C. 分离系数不同 D. 萃取常数不同 E. 介电常数不同 2原理为氢键吸附的色谱是（ ） A. 离子交换色谱 B. 凝胶滤过色谱 C. 聚酰胺色谱 D. 硅胶色谱 E. 氧化铝色谱 3分馏法分离适用于（ ） A. 极性大成分 B. 极性小成分 C. 升华性成分 D. 挥发性成分 E. 内脂类成分 4聚酰胺薄层色谱，下列展开剂中展开能力最强的是（） A. 30%乙醇 B. 无水乙醇 C. 70%乙醇 D. 丙酮 E. 水,5可将天然药物水提液中的亲水性成分萃取出来的溶剂是（ ） A. 乙醚 B. 醋酸乙脂 C

17、. 丙酮 D. 正丁醇 E. 乙醇 6红外光谱的单位是（ ） A. cm-1 B. nm C. m/z D. mm E. 7在水液中不能被乙醇沉淀的是（ ） A. 蛋白质 B. 多肽 C. 多糖 D. 酶 E. 鞣质 8下列各组溶剂，按极性大小排列，正确的是（ ） A. 水丙酮甲醇 B. 乙醇醋酸乙脂乙醚 C. 乙醇甲醇醋酸乙脂D. 丙酮乙醇甲醇 E. 苯乙醚甲醇,9. 与判断化合物纯度无关的是（ ） A. 熔点的测定 B. 观察结晶的晶形 C. 闻气味 D. 测定旋光度 E. 选两种以上色谱条件进行检测 10. 不属亲脂性有机溶剂的是（ ） A. 氯仿 B. 苯 C. 正丁醇 D. 丙酮 E

18、. 乙醚 11. 从天然药物中提取对热不稳定的成分宜选用（ ） A. 回流提取法 B. 煎煮法 C. 渗漉法 D. 连续回流法 E. 蒸馏法（ ） 12. 红外光谱的缩写符号是（ ） A. UV B. IR C. MS D. NMR E. HI-MS,13. 下列类型基团极性最大的是（ ） A. 醛基 B. 酮基 C. 酯基 D. 甲氧基 E. 醇羟基 14采用溶剂极性递增的方法进行活性成分提取，下列溶剂排列顺序正确的是（ ） AC6H6、CHCl3、Me2CO、AcOEt、EtOH、H2O BC6H6、CHCl3、AcOEt 、Me2CO、EtOH、H2O CH2O、AcOEt、EtOH、M

19、e2CO、CHCl3、C6H6 DCHCl3、AcOEt、C6H6、Me2CO、EtOH、H2O EH2O、AcOEt、Me2CO、EtOH、 C6H6、CHCl3 15一般情况下，认为是无效成分或杂质的是（ ） A. 生物碱 B. 叶绿素 C. 鞣质 D. 黄酮 E. 皂苷,16影响提取效率最主要因素是（ ） A. 药材粉碎度 B. 温度 C. 时间 D. 细胞内外浓度差 E. 药材干湿度 17采用液-液萃取法分离化合物的原则是（ ） A. 两相溶剂互溶 B. 两相溶剂互不溶 C.两相溶剂极性相同 D. 两相溶剂极性不同 E. 两相溶剂亲脂性有差异 18硅胶吸附柱色谱常用的洗脱方式是（ ）

20、A洗脱剂无变化 B极性梯度洗脱 C碱性梯度洗脱 D酸性梯度洗脱 E洗脱剂的极性由大到小变化,19结构式测定一般不用下列哪种方法（ ） A紫外光谱 B红外光谱 C可见光谱 D核磁共振光谱 E质谱 20用核磁共振氢谱确定化合物结构不能给出的信息是（ ） A碳的数目 B氢的数目 C氢的位置 D氢的化学位移 E氢的偶合常数 21乙醇不能提取出的成分类型是（ ） A生物碱 B苷 C苷元 D多糖 E鞣质,22原理为分子筛的色谱是（ ） A离子交换色谱 B凝胶过滤色谱 C聚酰胺色谱 D硅胶色谱 E氧化铝色谱 23可用于确定分子量的波谱是（ ） A氢谱 B紫外光谱 C质谱 D红外光谱 E碳谱,（二）多项选择题

21、 1加入另一种溶剂改变溶液极性，使部分物质沉淀分离的方法有（ ） A水提醇沉法 B醇提水沉法 C酸提碱沉法 D醇提醚沉法 E明胶沉淀法 2调节溶液的pH改变分子的存在状态影响溶解度而实现分离的方法有（ ） A醇提水沉法 B酸提碱沉法 C碱提酸沉法 D醇提丙酮沉法 E等电点沉淀法 3下列溶剂极性由强到弱顺序正确的是（ ） A乙醚水甲醇 B水乙醇乙酸乙酯 C水石油醚丙酮 D甲醇氯仿石油醚 E水正丁醇氯仿,4用于植物化学成分的分离和精制的方法包括（ ） A聚酰胺色谱 B红外光谱 C硅胶色谱 D质谱 E葡聚糖凝胶色谱 5植物化学成分的分离方法有（ ） A重结晶法 B高效液相色谱法 C水蒸气蒸馏法 D离

22、子交换树脂法 E核磁共振光谱法 6应用两相溶剂萃取法对物质进行分离，要求（ ) A两种溶剂可任意互溶 B两种溶剂不能任意互溶 C物质在两相溶剂中的分配系数不同 D加入一种溶剂可使物质沉淀析出 E温度不同物质的溶解度发生改变,7用正相柱色谱法分离植物化学成分时（ ） A只适于分离水溶性成分 B适于分离极性较大成分如苷类等 C适于分离脂溶性化合物如油脂、高级脂肪酸等 D极性小的成分先洗脱出柱 E极性大的成分先洗脱出柱 8. 液-液分配柱色谱用的载体主要有（ ） A. 硅胶 B. 聚酰胺 C. 硅藻土 D. 活性炭 E. 纤维素粉,9. 下列有关硅胶的论述，正确的是（ ） A. 与物质的吸附属于物理

23、吸附 B. 对极性物质具有较强吸附力 C. 对非极性物质具有较强吸附力 D. 一般显酸性 E. 含水量越多，吸附力越小 10对植物的化学成分进行聚酰胺色谱分离是（ ） A通过聚酰胺与化合物形成氢键缔合产生吸附 B水的洗脱能力最强 C丙酮的洗脱能力比甲醇弱 D可用于植物粗提取物的脱鞣质处理 E特别适宜于分离黄酮类化合物,11. 透析法适用于分离（ ） A. 酚酸与羧酸 B. 多糖与单糖 C. 油脂与蜡 D. 挥发油与油脂 E. 氨基酸与多肽 12. 凝胶过滤法适宜分离（ ） A. 多肽 B. 氨基酸 C. 蛋白质 D. 多糖 E. 皂苷 13. 离子交换树脂法适宜分离（ ） A. 肽类 B. 氨基酸 C. 生物碱 D. 有机酸 E. 黄酮,14. 大孔吸附树脂的分离原理包括（ ） A. 氢键吸附 B. 范德华引力 C. 化学吸附 D. 分子筛性 E. 分配系数差异 15大孔吸附树脂（ ） A是吸附性和分子筛性原理相结合的分离材料 B以乙醇湿法装柱后可直接使用 C可用于苷类成分和糖类成分的分离 D洗脱液可选用丙酮和氯仿等 E可选用不同的洗脱液或不同浓度的同一溶剂洗脱 16. 提取分离植物有效成分时不需加热的方法是（ ） A. 回流法 B. 渗漉法 C. 升华法 D. 透析法 E.