4
复杂化合物的结构鉴定
• 当未知物分子量大，结构复杂，特别是当未知物为新的结 构的化合物时，即或利用几种二维核磁共振谱，再辅以其 它谱图数据，也可能仍不能推出完整的结构。在这样情况 下，可以来用下述方法。 • 1)尽力制备未知物样品的单晶。用该样品测定X射线衍射 的数据，通过对衍射数据的处理，可以得到该未知物的准 确结构(除所含原子及其相互连接顺序之外尚有键长、键角 等数据)。近十几年来，由于“直接法”的发展，已使一般 的有机化合物都可通过单晶X射线衍射法解决结构问题。 在直接法发展起来之前，对样品是有限制的，如重原子法 要求化合物含重原子。
12
小 结
EI,元素分析 结合DEPT 未知化合物 HRMS IR,UV
分子式 的确定
HNMR,13CNMR
官能团确定
HNMR,DEPT 结构片段 H-H COSY,H-C COSY ,HMQC, HMBC
HMBC,RCOSY 分子结构 COLOC HOHAHA
NOE差谱,NOESY, 立体结构分子结构 手性位移试剂, ORD, CD, 单晶衍射
25
3)质谱 • 从质谱图中寻找与苯环有关的碎片离子或 找出从苯环掉下的中性碎片,可以帮助判断 苯环上的取代基。 4)碳谱 • 氧、氮原子使苯环上被取代的碳原子的值 大幅度地移向低场。
26
取代基的位置
当取代基的种类已知时，它们在苯环上的取代位置可以 通过下述方式分析： 1)对苯环上剩余氢的值进行计算 • 按各种取代位置的可能性，对苯环上剩余氢的δ值进 行计算并与实测值对比，从而得出苯环取代的位置。 2)从氢谱的苯环取代区的峰形进行分析 • 随着高频仪器的使用，苯环取代区的谱图得到很大的 简化，常可近似采用一级谱图的分析方法(但并非高 频仪器所作的图都可以近似按一级谱分析)，这可以 帮助对苯环取代位置的确定。
8
3. 推导结构片断
• 将HNMR谱中每个能辨认H信号，自左至右分别标号， 如a，b，c，d„„。对于重叠的信号，根据其所含H 数目(由积分求出)也要分别用字母H数目相当。若 是一个对称性分子，则只能观察到分子中一半氢的 信号。 同样，测一个13CNMR谱，包括全去偶谱和DEPT谱，以 确定该分子所含碳原子的数目和种类，以及每个碳 原子连氢的数目。对所有的每种碳从左到右标以 A,B,C,D„„.
17
• 从[M十2]／M的峰强度比的数值很易确定分子中Br 、Cl, S原子的数目。利用氮规则，从分子量可以 分析出该化合物含氮原子数的信息。 • 若存在如烷基或苯基离子系列的离子(m/z为31、45 ，或m／z为93等);从M-18，M-29等峰的存在也可知 分子中氧的存在。从M—19、M—20(HF)、M50(CF2)等质谱峰可知分中氟的存在、从M—127的 峰可知碘的存在。
2
有机化合物结构综合分析一般策略
●对于未知化合物,尤其是复杂分子的结构解析是一个
繁琐的工作,也是一个逻辑推理的综合分析的过程,涉及 到四大波谱的知识。
●但是化合物的结构推导也是有规律可寻,本章介绍有
机化合物结构鉴定的一般策略。
3
合成目标化合物以及简单化合物的鉴定
• 对于合成的目标化合物的表征和天然产物分离得到的简单 结构的化合物或已知化合物可以用核磁共振谱再辅以其它 谱图推导结构。即以核磁共振氢谱、碳谱为基础，配合质 谱、红外光谱等推出结构,由于二维核磁共振谱费时和测 试成本高,如果能用一维谱解决结构,尽量采用一维核磁共 振谱。 • 基于二维核磁共振谱推导结构的方法，主要应用于解决更 复杂的结构问题。
波谱综合解析
化工与环境学院
各个谱图的基本作用
IR,UV谱
有机化合物的官能团的问题
MS谱
化合物的分子量和分子式
1D-NMR, 2D-NMR
化合物的结构片断及其连接
NOE,NOESY
化合物的空间位置和立体化学
核磁共振谱图规律性强，可解析性高，信息量多，谱 图多样。因此以其为基础，推导结构便捷，准确度高。
18
高分辨质谱确定分子式
• 高分辨质谱可以测出样品分子精确质量,精确到分子量 的小数点后面的4位数,加上对杂原子的数目限制,质谱 仪的附属计算机系统可以给出分子离子的元素组成式, 同时也给出质谱中的碎片离子的元素组成,可以直接写 出分子式. • 对于合成的化合物可以考虑选择元素分析,在天然产物 结构鉴定中,更多的是选择HRMS.在做HRMS前往往也 需要做低分辨质谱,判断分子离子峰。 • 发表论文时,元素分析和高分辨质谱数据二者必居其一 。
20
官能团的确定
• 分子中某官能团的存在应该在各种谱图(有 时是它们之中的大多数)中都反映出来，至 少是各谱图之间不应有矛盾。有机化合物 常见的官能团很多，需要大家掌握。
21
取代苯环
• 氢谱：≈6.5-8.0 ppm有峰，除对位取代以外，一 般取代苯环偶合都较复杂。 • 碳谱：110-165ppm有峰,—般有取代的碳原子化学 位移都明显移向低场。 • 质谱：单取代的苯环存在m/z 39、51、65、77序 列，常可见m/z91、92。苯环的存在能使分子离子 峰强度增加。 • 红外：官能团区有3030、1600、1500cm-1的吸收 峰，苯环指纹区(670一910cm-1)有吸收峰。 • 紫外：吸收位置视共轭体系的大小而定，但吸收 波长总大于250nm.
23
苯环上取代基的类型
1)氢谱 • 从氢谱中苯环氢的化学位移可以对苯环 取代基的类型可以通过计算估计。从一些 基团在氢谱中的化学位移，有可能区分该 基团是与苯环还是与脂肪链相连的，如再 如苯环上的羟基(酚)比烷基链上的羟基(醇) 有更大的δ值。
24
2) 红外 • 从红外吸收峰的位置可判断基团是否与苯环相连。 • 如脂肪族硝基的吸收频率大约在1370、1550cm-l而 芳香族硝基的吸收频率大约在1345、1525cm-l。这 是因为硝基与苯环共扼，使吸收频率明显地移到低 波数方向。其它如醇和酚在指纹区吸收峰位置的差 别、脂肪醚和芳香醚吸收位置的差别等也都是这样 的例子。
13
注意事项
• 1)解析谱图时,首先从各种谱图获得一些最基本的 结论. • 2)选择合适的出发点,推导未知物分子的结构单元 • 3) 选择最有可能的结构 • 4) 天然化合物要注意生源关系
14
分子式的确定
1. 元素分析 2.质谱（高分辨质谱） a. 选用合适的质谱电离技术-化合物的结构性质决定
• 如果样品气化分解,样品极性大或者不容易挥发,用 EIMS是不可能得到分子离子峰的,必须采用其它的 电离方法.对其它的电离方法的使用范围和分子离 子峰或者准分子离子峰的判断要很清楚
NMR
1D-NMR,分析化合物的结构类型及复杂程度； 2D-NMR并结合质谱碎片分析结构片断、连接顺序及立体化学
7
综合解析步骤
• 1．确定分子式。 可采用高分辨质谱(HRMS)法或质谱(MS)法，加元素分析 法，HRMS法用量小，结果准确可靠用元素分析法用量相对 多些，但也仅是毫克水平。根据分子式可算出该化合物的 不饱和度。DEPT技术可以确定化合物的甲基，亚甲基，次 甲基和季碳，印证化合物的分子量。 • 2. 确定官能团 利用IR,UV推导化合物可能的官能团，再用1HNMR,13CNMR （DEPT)的化学位移印证，要求对常见的1HNMR,13CNMR（ DEPT)的化学位移值范围熟记。
5
• 2)当样品是非单晶或不能培养单晶时,选择合适的化学反应 将未知化合物裂解,生成小分子,鉴定小分子的结构后,再拼 出原未知化合物的结构.尤其在解析糖甙,多肽化合物时得到 广泛应用.
6
应用四谱解析结构的一般步骤
纯度
TLC, 熔点(沸点), HPLC
分子量/分子式
(高分辨)质谱和元素分析
官能团
IR，UV
22
苯环上取代基数目
• 从氢谱苯环区谱峰所对应的氢的数目(它反 映苯环取代后所剩下的氢的数目)可推出苯 环上取代基的数目。这种推论是比较可靠 的。 • 从碳谱中被取代的苯环碳原子δ值移向低场 且偏共振去偶时为单峰，对比DEPT等数据 也可以确定苯环上取代基的数目。当分子 具有对称性时，应予以相应的修正。
9
•
1H-1H
COSY用以确定分子中邻氢(2J偶合),同碳氢(1J偶合) 以及W偶合氢H和H之间的关系，并要将其对角线中表示 的化学位移进行标号，且应与HNMR谱的标号相对应。 1H-13C COSY谱最好测异核相关谱(HMQC谱)，因为 HMQC谱的灵敏度高。HMQC可确定分子中碳原子和氢 原子的关系，使分子中直接相连的碳氢对号入座。 HMQC谱也进行标号，从而与HNMR和1H-1H COSY谱联 系起来，从HMQC谱的偶合信息可确定H NMR中哪些H 是同碳氢，哪些氢是邻位氢。再由1H-1H COSY谱进一步 确定H-H之间的偶合关系，为比较方便可列出氢碳相关的 表，以表示它们的相关性。这里要注意的是分子中一些远 程偶合问题，通常是W型偶合。由于已知H,H间的偶合； 也知道某些H,C间的关系，所以便可确定某些氢碳之间的 10 连接问题。
19
c.参考核磁共振谱
• 在确定有机化合物的分子量时，必须要参考核磁共振 谱,化合物所含碳原子的数目可以从碳谱中得出。 如果碳谱有偏共振去偶和DEPT数据时，碳原子上所 连氢原子的数目可以算出； 根据个别可识别基团的氢原子数作为基准可由氢谱的 积分曲线计算出化合物中所含氢原子数目 注意：如碳原子上所连氢原于数目小于化合物氢原子 数目，这表明化合物含活泼氢。 分子存在对称性
4．分子结构的推导
• 结构片段如何拼接而成为分子结构，则必须解决绕过季碳 或杂原子的连接方法。 • 常采用远程异核相关谱，即相隔2、3个键(间或4键)的碳 氢相关谱，多用HMBC谱或COLOC谱，前者灵敏度高，数据 可信性强，以此解决通过季碳或杂原子而将分子中不同的 结构片段结合起来，以构成更大的结构片段或构成整个分 子结构。 • 有时也用NOE谱或NOESY谱来解决结构片段的连接。当然， 若样品量充足，必要时也可用INADEQUA法直接测定分子中 碳碳连接的信息，从而确定分子的碳碳连接顺序即分子骨 架。