實(shí)用有機(jī)波譜的解析綜述

湖北科技學(xué)院課程論文學(xué)院：藥學(xué)院 年級：2013姓名：楊燕 學(xué)號：S2013010112課程論文題目：基于現(xiàn)代波譜方法對有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的分析與鑒定課程名稱：《實(shí)用有機(jī)波譜解析》評閱成績：評閱意見：成績評定教師簽名：日期：年月日基于現(xiàn)代波譜方法對有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的分析與鑒定學(xué)生：楊燕藥學(xué)院2013年級，學(xué)號s2013010112摘要：本文主要介紹UV、IR、MS和NMR四種波譜方法在波譜綜合解析中的特征，重點(diǎn)、方法及應(yīng)用。并相關(guān)闡述波譜方法對有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析與鑒定的具體步驟及在藥物應(yīng)用中的重要含義。關(guān)鍵詞：波譜方法綜合解析有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)有機(jī)化合物的鑒定，甚至藥物，以前基本上都是以化學(xué)反應(yīng)為主要手段，但是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的信息量往往是非常有限的，不能得到明確的結(jié)論。近年來發(fā)展起來的波譜方法主要是以光為基礎(chǔ)，基于物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射或者物質(zhì)與輻射相互作用后產(chǎn)生的輻射信號或發(fā)生的信號變化來測定物質(zhì)的性質(zhì)、含量和結(jié)構(gòu)的一類儀器分析方法。在實(shí)際領(lǐng)域中，單單運(yùn)用一種波譜檢測技術(shù)往往難以準(zhǔn)確的測定化合物的結(jié)構(gòu)與特征，需要多種波譜檢測技術(shù)聯(lián)合解析［1］。隨著光學(xué)、電子學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于電磁輻射與物質(zhì)相互作用而建立的分析方法越來越多地應(yīng)用于有機(jī)化合物、無機(jī)化合物、天然藥物以及復(fù)合物的鑒定、分離與改善，在石油化工、高聚物（塑料、橡膠、合成纖維）、紡織、農(nóng)藥、醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測、礦物甚至司法鑒定中具有重大的意義。本文主要綜述UV、IR、MS和NMR四種波譜方法在波譜綜合解析中的特征與運(yùn)用，并引用相關(guān)實(shí)例加以分析與證明。一、紫外光譜方法在波譜綜合解析中應(yīng)用紫外-可見吸收光譜是利用某些物質(zhì)的分子吸收200-800nm光譜區(qū)的輻射來進(jìn)行分析表征的方法。這種分子吸收光譜產(chǎn)生于價(jià)電子和分子軌道上的電子價(jià)電子和分子軌道上的電子在電子能級間的躍遷，廣泛用于無機(jī)和有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)表征和定量分析。我們通常所說的紫外-可見光譜，實(shí)際上是指近紫外和可見光光區(qū)，這些吸收帶的位置和強(qiáng)度能夠提供有用的結(jié)構(gòu)信息。由未知物的紫外吸收光譜上吸收峰的位置與強(qiáng)度，推測共軛情況（p-n、n-n）共軛、長與短共軛、官能團(tuán)與母體共軛的情況）及未知物的類別（芳香族、不飽和脂肪族）。紫外-可見光譜一般是在相當(dāng)稀的溶液（10-2?10-6mol）中測定的。溶質(zhì)易溶，兩者不發(fā)生化學(xué)作用；具有適當(dāng)?shù)姆悬c(diǎn)，在測量過程中溶劑的揮發(fā)不至于明顯影響樣品的濃度；

具有適當(dāng)?shù)耐腹夥秶?，不影響樣品吸收曲線的測定；價(jià)廉易得，使用后易回收。Trrt2ufl3￡osq<4!W 450 500Wavelength/nmFig.1UV-Visabsorptionspectraofvarious^-CI)/^-Carotene(molarratio)inH2O+ethanolsolution&CD/&Carotene：a,0：l;b,0.5*1;c,1：1;dt1.5*1;e,2*1;f,2?Trrt2ufl3￡osq<4!W 450 500Wavelength/nmFig.1UV-Visabsorptionspectraofvarious^-CI)/^-Carotene(molarratio)inH2O+ethanolsolution&CD/&Carotene：a,0：l;b,0.5*1;c,1：1;dt1.5*1;e,2*1;f,2?55：1;g,3?25：1;h,3?5：1Ag—edcba00.5:11.5:1 3.25:13.51P-CD//?-Carotene/mol/motig.2Theeffectofvariousp-CD/p-Carotene(molarratio)onUV-Visabsorptionvalueat450nm二紅外光譜方法在波譜綜合解析中應(yīng)用紅外光譜方法主要是通過測定分子中化學(xué)鍵的振動頻率來確定官能團(tuán)，提供未知物具有哪些官能團(tuán)，化合物的類別（芳香族、脂肪族、飽和和不飽和）等。紅外吸收光譜主要推測化合物類型及可能具有的官能團(tuán)等。紅外光區(qū)可分三個區(qū)域：近紅外區(qū)（波長范圍0.7-2.5Mm）、中紅外區(qū)（波長范圍2.5-25pm）、遠(yuǎn)紅外區(qū)（波長范圍25-1000Mm）。分子中原子振動的基頻譜帶在中紅外區(qū)。所謂基頻是分子從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)的共振吸收頻率。此區(qū)適用于有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)分析和定量分析。解析時應(yīng)遵循“先特征（區(qū)）、后指紋（區(qū)）；先最強(qiáng)（峰）、后次強(qiáng)（峰）；先粗查、后細(xì)找；先否定、后肯定；解析一組相關(guān)峰”的順序與原則。紅外光譜具有測定方法簡便、迅速、所需試樣量少，得到的信息量大的優(yōu)點(diǎn)，而且儀器價(jià)格比核磁共振譜和質(zhì)譜便宜，因此紅外光譜在結(jié)構(gòu)分析中得到廣泛的應(yīng)用⑶。紅外光譜主要用于有機(jī)和無機(jī)物的定性和定量分析，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。余潛等⑷討論了紅外特征吸收峰所對應(yīng)的官能團(tuán)的振動形式，進(jìn)一步的驗(yàn)證化合物是否是所需的鹽酸度洛西汀。譜圖表明其結(jié)構(gòu)中含有-ch2-、-ch3、仲胺、芳醚、及芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)，與鹽酸度洛西汀結(jié)構(gòu)特征相符。豪21的顧g板般早3357N-Hfm動m3164,3126,3075另JfC-H翩翩甜2937,2903C-H伸寐動5UnMC-H雌;動-CH廣SP05c=o的同C=OVSBJ1J61457,1447,1438JJ82J367冊我i動牖環(huán)&9T1 "1277,1080旅伸毓用$01117C-N雌訪S665-910方將燦外中瞧訪瑚標(biāo)< HC1三、質(zhì)譜方法在波譜綜合解析中應(yīng)用質(zhì)譜主要提供有關(guān)分子的分子量、元素組成，由裂解碎片推導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元等結(jié)構(gòu)信息。有機(jī)化合物的分子在高真空中受到電子流轟擊或強(qiáng)電場作用，分子會丟失一個外層電子，生成帶正電荷的有機(jī)化合物的分子在高真空中受到電子流轟擊或強(qiáng)電場作用，分子會丟失一個外層電子，生成帶正電荷的分子離子，同時化學(xué)鍵也會發(fā)生某些規(guī)律性的斷裂，生成各種特征質(zhì)量的，同時化學(xué)鍵也會發(fā)生某些規(guī)律性的斷裂，生成各種特征質(zhì)量的碎片離子。這些帶正荷的離子，由于質(zhì)量不同，在靜電場和磁場的綜合作用下，按照質(zhì)荷比(m/z)大小的順序分離開來，收集和記錄這些離子就得到。這些帶正荷的離子，由于質(zhì)量不同，在靜電場和磁場的綜合作用下，按照質(zhì)荷比(m/z)大小的順序分離開來，收集和記錄這些離子就得到質(zhì)譜圖。質(zhì)譜圖上的可以提供一級結(jié)構(gòu)信息。一張質(zhì)譜圖可提供有機(jī)物準(zhǔn)確的相對分子質(zhì)量、分子和一些碎片的元素組成等信息，從而推斷出分子式和分子結(jié)構(gòu)。質(zhì)譜的另一個主要功能是在綜合解析光譜后，驗(yàn)證所推測的未知物結(jié)構(gòu)的正確性。質(zhì)譜分析法具有以下特點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣，即可用于無機(jī)成分分析，也可用于有機(jī)結(jié)構(gòu)分析，還可用于同位素分析；不受試樣物態(tài)限制；靈敏度高，試樣用量少；易于實(shí)現(xiàn)與色譜連用；信息直觀，質(zhì)譜圖上的質(zhì)荷比與離子的質(zhì)量直接相關(guān)，質(zhì)譜圖的解析方便易行。王等⑸運(yùn)用電噴霧質(zhì)譜方法得出紅色核桃仁種皮的鹽酸乙醇提取物經(jīng)負(fù)離

子模式掃描分析后獲得m/z為301，481，633，783，785和951等分子離子峰，其對應(yīng)的物質(zhì)為鞣花酸、沒食子?；击坊；咸烟?、二鞣花?；咸烟堑?。MS2ions(m/z)MS3ions(m/z)紐分481301.275257,229糅花?；疤烟?33301257,229沒食r?；?靴花?；咸烟?83301*481257,229二糅花?；购商?85301.483,633257,229二沒食*醞基-鞋花酸基葡萄糖951907783,605,889,481,301糅花?；饤吊；掀暇?0】257,229糅花酸備注：字體加粗的碎片離于進(jìn)行MS3檢測.m/zinboldwassubjectedtoMS3analysisr*Jlf/z四、核磁共振譜方法在彼譜綜合解析中應(yīng)用皿acidinthenegativeioni四、核磁共振譜(NMR)經(jīng)歷了從60年代的連續(xù)波技術(shù)到70年代的付里葉變換以及超導(dǎo)核磁共振幾個發(fā)展階段。核磁共振在化學(xué)化工、生物化學(xué)以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中發(fā)揮著愈來愈重要的作用。核磁共振波譜是一種物理方法，它檢測的是組成有機(jī)化合物分子的原子核的性質(zhì)及其周圍化學(xué)環(huán)境的相互作用。從核磁共振波譜得到的反映核性質(zhì)的參數(shù)，以及周圍化學(xué)環(huán)境對這些參數(shù)的影響規(guī)律，包含了極其詳盡的有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)和分子間相互作用的信息，并構(gòu)成了核磁共振結(jié)構(gòu)解析和生物靶分子一配體相互作用研究的理論基礎(chǔ)［們。核磁共振譜包括核磁共振氫譜和核磁共振碳譜。核磁共振碳譜在綜合光譜解析中主要提供化合物中有關(guān)質(zhì)子的信息：①質(zhì)子的類型：質(zhì)子所處的化學(xué)環(huán)境說明化合物具有哪些種類的含氫官能團(tuán)。②氫分布：有峰的強(qiáng)度(面積)可說明各種類型氫的相對數(shù)目。③核間關(guān)系:峰的數(shù)目標(biāo)志分子中磁不等性質(zhì)子的種類，共振信號的數(shù)目表明分子中不同類型質(zhì)子的數(shù)量，注意是否存在信號的重疊。峰的裂分?jǐn)?shù)說明相鄰碳原子上質(zhì)子數(shù)，偶合常數(shù)可確定化合物構(gòu)型。核磁共振碳譜與氫普相似，主要提供化合物的碳骨架信息，對立體異構(gòu)體比較敏感可。核磁共振氫譜解析時首先確認(rèn)孤立甲基及類型，以孤立甲基的積分高度計(jì)算出氫分布。然后解析低場共振吸收峰(醛基氫、酚羥基氫、羧基氫等，因這些氫易辨認(rèn)，根據(jù)化學(xué)位移，確定歸屬。最后解析譜圖上的高級偶合部分，根據(jù)偶合常數(shù)、峰分裂情況及形狀推測取代位置、結(jié)構(gòu)異構(gòu)、立體異構(gòu)等二級結(jié)構(gòu)信息。碳譜與氫譜之間關(guān)系：①氫譜不能測定不含氫的官能團(tuán)，對于含碳較多的有機(jī)物，烷氫的化學(xué)環(huán)境類似，而無法區(qū)別。但碳譜可以給出各種含碳官能團(tuán)的信息，幾乎可分辨每一個碳核；②碳譜峰高與碳數(shù)目不成比例，定量性差。但氫譜峰面積的積分高度與氫數(shù)成比例可以補(bǔ)充。核磁共振波譜法(NMR)可提供有機(jī)分子中氫和碳以及由它們構(gòu)成的官能團(tuán)、結(jié)構(gòu)單元和它們彼此的連接方式和順序的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)信息，堪稱定性剖析中分子結(jié)構(gòu)的“總裝配師”。在NMR譜圖中的每個峰都可找到而且必須找到確切的歸屬。對于一個擬定的分子結(jié)構(gòu)，可以從理論上很好地預(yù)見其出現(xiàn)的譜峰位置、形狀和強(qiáng)度等。五、院語， " -2 】 5'通過對四種波譜方法的詳細(xì)解析，可根據(jù)對不同化合物的不同特征，選擇相應(yīng)的波譜方法進(jìn)行鑒定與分析。要想確定某一化合物的結(jié)構(gòu)，先要對各種波譜信息做細(xì)致、全面的觀察分析，從不同側(cè)面，由此及彼、由表及里、由淺入深，逐步地加以分析，經(jīng)過分析和考察，掌握各方面特征，從而為逐步地認(rèn)識化合物打基礎(chǔ)。波譜解析的過程有時就是一個邊分析邊假設(shè)驗(yàn)證的過程，通過分析-綜合-再分析-再綜合的往復(fù)循環(huán)，逐步認(rèn)識和鑒定化合物的結(jié)構(gòu)。參考文獻(xiàn)[1]代冬梅，賀玖明，劉超，孫瑞祥，張瑞萍，阿吉艾克拜爾?艾薩，再帕爾?阿不力孜采用核磁共振/液相色譜一質(zhì)譜異相關(guān)譜方法開展藥用植物草棉活性提取物中多組分的同步結(jié)構(gòu)分析研究[J].分析化學(xué)，2011,39(6):781-787.⑵馮光炷，盧奎，李和平.紫外-可見光譜研究6-環(huán)糊精與6-胡蘿卜素的包結(jié)作用[J].光譜學(xué)與光譜分析，2004,24(9):1099-1102.羅必新.用現(xiàn)代波譜方法分析鑒定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2007,2(5):63-70.余潛，羅光順，陸濤.鹽酸度洛西汀的波譜學(xué)研究[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志，2008，39(12):921-925.王克建，郝艷賓，齊建勛，胡小松.紅色核桃仁種皮提取物紫外一可見光譜和質(zhì)譜分析[J].光譜學(xué)與光譜分析,2009,29(6):1668-1671.FadeevEA，SamMD，ClubbRT.