天然产物各类成分的谱学研究法

一.结构研究的四种谱学方法1.紫外光谱（UV）用于判断结构中的共轭系统、结构骨架（如香豆素、黄酮等）UV一致，不一定是一个化合物。2.红外光谱（IR）提供各种官能团的信息如：芳香环:υ1600-1480cm-1OH:υ3000cm-1C=O:υ1700cm-1IR相同者为同一化合物一.结构研究的四种谱学方法3.质谱（MS）给出分子量(M+),计算分子式(HR-MS);MS图一致(同一型号仪器,同一条件)一般为同一化合物;碎片峰:给出基团或片段信息;EI-MS:糖苷不能给出分子离子峰;FD-MS,FAB-MS,ESI-MS用于糖苷,肽,核酸类,可确定分子量一.结构研究的四种谱学方法4.核磁共振氢谱（1H-NMR）1).提供的信息:(a)化学位移:(用于判断H的类型);(b)偶合常数:J(Hz)(c)积分强度(积分面积):确定H的数目.2).化学位移(a)常见基团的值:基团烷烃连O,N的烷烃炔烃烯烃芳烃δ0-23-5.53-54-66-8基团-CHO-CH3C=C-CH3,－COCH3,－ArCH3OCH3COOCH3,ArOCH3δ9.81-1.51.9-2.53.5-4.03.7-4.0(b)化学位移影响因素化学位移值与电子云密度有关。电子云密度降低,去屏蔽作用增强,向低场位移,增大诱导效应氢键缔合共轭效应磁各向异性效应范德华效应3）.偶合常数(J)说明:a.偶合裂分是有原子核引起的,通过化学键传递;b.偶合互依,相互偶合的H核其J值相同;c.峰的裂分遵循n+1规律(一级图谱);d.归属H核,判断排列情况.3).偶合常数(J)(1)偕偶(Jgem)sp3J=10-15Hz;sp2C=CH2,J=O-2Hz,N=CH2,J=7.6-17Hz(2)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,J180Jo(7.5Hz);烯型：J顺=6-14Hz(10),J反=11-18Hz(15)芳环:J邻=6-9Hz,J间=1-3Hz,J对=0-1Hz.(3)远程偶合:如烯丙偶合J4=0-3Hz一.结构研究的四种谱学方法5.核磁共振碳谱（13C-NMR）1).特点(a)共振频率不同于1H磁旋比(13C)=1/4(1H)如1H-NMR(300MHz),13C-NMR(75Hz)(b)灵敏度低S/N(3H02NI)/T13C的小,为1H的1/4;13C自然丰度低(13C1.1%,1H99.88%);驰豫时间长(c)总宽度大(13C0-250;1H0-20)2).结构信息(a)化学位移(b)峰高:一般不与碳数成正比(c)偶合常数:用门控去偶技术可测JC-H(d)驰豫时间:归属一些难归属的碳信号3）.常见的化学位移(a)脂肪C:50(b)连杂原子C:C-O,C-N,C-S：50-100C-OCH3：55糖端基C：95-105(c)芳香碳,烯碳:98-160连氧芳碳140-165(d)C=O:：168-220醛酮:：195-215,酸酯、酰胺：155-1854）.影响化学位移的因素(a)化学键的杂化程度sp3spsp210-10070-130100-200(b)碳核的电子云密度:电子云密度,152.1132.8H3CHHOHOCH3159.9114.1129.5120.854.8(c)诱导效应a.引起变化的情况,随相隔键的数目增加而减弱;b.取代基数目,影响,;c.取代基电负性,.(d)立体效应(效应)当取代基与-C呈邻位交叉时,-C向高场位移;呈对位交叉,影响不大.(e)共轭效应a.与双键共轭,双键端基C,中间C;b.与羰基共轭,C=O的(f)分子内部作用分子内氢键使C=O的一.结构研究的四种谱学方法6.常见的13C-NMR谱的类型及二维谱1).全氢去偶谱(COM),噪音去偶谱(PND),宽带去偶谱(BBD)特点:图谱简化,所有信号均呈单峰.2).偏共振去偶谱(OFR)特点:由于部分保留1H的偶合影响,可识别伯、仲、叔、季碳。CH3,q，CH2,t，CH,d，C,s。3).DEPT谱改变照射1H核的脉冲宽度(),使不同类型13C信号呈单峰分别朝上或向下,可识别CH3，CH2，CH，C.脉冲宽度=135°CH3,CH,CH2=90°CH,=45°CH3,CH2,CH(4)二维核磁共振(2D-NMR)1H-1HCOSY(相互偶合的氢核给出交叉峰)NOESY(空间相近的氢核的关系)HMQC(13C-1HCOSY)13C,1H直接相关谱1JCHHMBC(远程13C-1HCOSY)13C,1H远程相关谱2JCH,3JCH二、糖的核磁共振性质1.糖的1HNMR性质1).化学位移：糖端基质子：4.3-6.0C6-CH3:1.0(3H,d,J=6Hz),其它碳上质子:3.2-4.22).偶合常数:J1,2判断苷键构型吡喃型糖C1式苷键为-D或-L型,端基质子和C2-H为竖键,J=6－8Hz;C2-H为横键,J=2-4Hz.苷键为-D或-L型,端基质子为横键,J=2-4Hz.-D-葡萄糖-D型-D-甘露糖OHOH2CHOHOHOHHOROHOH2CHOHOOHHHOROHOH2CHOHOHOHORH吡喃型糖1C式L-鼠李糖,端基质子为横键,J=2-4Hz优势构象式,C2-H为竖键者可用J1,2判断构型结论有错-L-rhamnOOHHCH3OH3CHOHOOHHOHH2、糖的13CNMR性质1)、化学位移及偶合常数糖端基碳：95-105;100(-D或-L型,酯苷,叔醇苷98),100(-D或-L型).C2-5:68-85;C6-CH3:18;CH2OH:62偶合常数1JC1-H1:吡喃糖:(优势构象C1式)-D或-L型苷键,170-175Hz;-D或-L型苷键,160-165Hz.鼠李糖优势构象1C式,-L型,170-175Hz,-L型160-165Hz二、糖的核磁共振性质2)苷化位移(Glycosylationshift,GS)糖与苷元成苷后,苷元的-C,-C和糖的端基碳的化学位移值发生了变化,这种变化称苷化位移.应用:推测糖与苷元,糖与糖的连接位置,苷元被苷化碳的绝对构型及碳氢信号归属.二、糖的核磁共振性质2、糖的13CNMR性质2、糖的13CNMR性质2)苷化位移(1).伯醇苷:苷元:α-C+8(向低场位移),β-C-4;糖端基碳C-1’+8(与单糖相比)二、糖的核磁共振性质OOCH2CH2CH3104.472.123.7HOCH2CH2CH364.827.02、糖的13CNMR性质2)苷化位移(2).环仲醇苷:苷元:α-C+510,β-C-(04);糖端基碳C-1’+59(与单糖相比)(3).叔醇苷:苷元:α-C+7,β-C-3;糖C-1’0(4).酯苷和酚苷:酯苷:苷元α-C(C=O)-(35),糖C-1’-(2-3)酚苷:苷元α-C1,糖C-1’+46二、糖的核磁共振性质苷化位移苷元α-C糖端基碳C-1’伯醇,仲醇苷:+510(7)+59(7)叔醇苷:+70酯苷:-35(C=O)+1酚苷:1+46*与单糖比二、糖的核磁共振性质1.核磁法鉴定香豆素结构的意义结构新颖的香豆素化合物不仅为创制新药提供了先导化合物，还为设计药效高、毒性低的理想药物提供了独特的化学结构,而核磁谱提供的信息是化合物结构鉴别的主要依据。2.香豆素1HNMR的谱学特征1)香豆素母核的1HNMR谱特征OO23456788a4a三、香豆素结构的核磁特征H-3,6,8的信号在较高场；δ值较小H-4,5,7的信号在较低场；δ值较大原因：C2=O与C3=C4形成π－π共轭，导致电子云分布规律如下图所示：δ－：电子云密度增高，δ＋：电子云密度降低。OO23456788a4aOOOO223456788a4aδδδδδδδδδ一般δ：H3:6.1-6.4H4：7.8－8.1J=9.5Hz2)7-OH香豆素的1HNMR谱特征：H-3,6,8的信号在较高场；δ值较小，H-3:－0.17H-4,5的信号在较低场；δ值较大原因：OH与苯环的n－π共轭，邻、对位δBAOOHOδδδδδ三、香豆素结构的核磁特征B环的H-5，6,8构成ABX或AMX偶合系统，H-6与5为邻偶，与8为间偶。H－5，δ：7.38J=9HzH－6，8；δ：6.87三、香豆素结构的核磁特征3)呋喃香豆素的1HNMR谱特征：H-2′7.3-7.8(d,J=2.3Hz)H-3′6.7(d,J=2.3Hz)原因：呋喃环上的氧与C2′=C3′形成n－π共轭，C2′δC3′δC3'2'1'87654321BAOOO4a8a三、香豆素结构的核磁特征4)区别二氢呋喃香豆素和二氢吡喃香豆素2'3'OHO12区分点：a：1,2的－OH乙酰化后，其CH的质子信号向低场位移，1中H-2′：＋0.25；2中H-3′:＋1.20b：在DMSO中测定，1中的－OH为s峰，2中的－OH为d峰参考书目：RobertDHetal.NewYork:JohnWiley&SonsLTD.TheNaturalCourmarins,Occurrence,ChemistryandBiochemistry（1982）3'2'OHO5)二氢吡喃型香豆素相对构型的判定(经验规律)5′,6′－CH3的差值:0.08,3′,4′－OH顺式;0.08,3′,4′－OH反式.AB123456782'3'C4'5'6'OOOOHOH6)环上的取代基：（Me)2=CH-CH2-O--CH2-ØA1.6-1.9(3H,s×2)有远程偶合5.1-5.7(1H,brt,J=7)4.3-5.0(2H,d,J=7)3.3-3.8(2H,d,J=7)（Me)2=CH2=CH-B~1.5(6H,s)-5.1(2H,m)-6.25(1H,dd,J=18,10)ABMeMeCH2H(O)or(C)HH2CCH2Me(C)Me7)偶合常数与远程偶合J3,4=9.5HzJ5,6=8.5Hz（9.0Hz）J6,8=2.0Hz5J4,8=0.6-1.0HzJ2′,3′=2.3Hz5J3’,8=0.6-1.0Hz5J4,8=0.6-1.0HzOOHOHH87654321BAC3'2'1'87654321BAOOOHHH3.香豆素13CNMR的谱学特征1)简单香豆素：碳周围电子云密度分布与氢谱规律相同C2C3C4C4aC5C6C7C8C8a160.4116.4143.6118.8128.1124.4131.8116.4153.9OOOO223456788a4aδδδδδδδδδ2)7-OH香豆素：受羰基、OH影响:C6,C8,C4a信号处于高场C5,C7,C8a信号处于低场.C2C3C4C4aC5C6C7C8C8a160.7111.5144.3111.5129.6113.4161.6102.8155.7OOHOδδδδδ3)呋喃香豆素：香豆素母核上的碳信号化学位移与7-OH香豆素大同小异电子云密度与氢谱相同：C2′147.0,C3′106.6C6125+12C2C3C4C4aC5C6C7C8C8a161.2114.7144.2115.6120.0125.0156.699.8152.2C3'2'1'87654321BAOOOHHH4)吡喃香豆素：C2C3C4C4aC5C6C7C8C8a160.4112.2143.5112.2127.5114.6155.9108.8149.8香豆素母核上的碳信号化学位移与7-OH香豆素大同小异：C2′77.2C3′（75~80）C4′（75~80）AB123456782'3'C4'5'6'OOOOHOH4、香