紫外光譜教學用ppt

1、藥物波譜解析藥物波譜解析紫外光譜紫外光譜 李文龍李文龍 Email：; Tel浙江大學藥學院藥物信息學研究所311室 內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱 藥物結(jié)構(gòu)與其紫外光譜的關(guān)系藥物結(jié)構(gòu)與其紫外光譜的關(guān)系 3 1 2 3 3 譜學有關(guān)的基本概念譜學有關(guān)的基本概念 紫外光譜基礎(chǔ)紫外光譜基礎(chǔ) 紫外光譜在藥物研究中的應(yīng)用紫外光譜在藥物研究中的應(yīng)用 3 4 3 1譜學有關(guān)的基本概念譜學有關(guān)的基本概念 何為波譜？何為波譜？ 光的波粒二象性光的波粒二象性 波長：相鄰波峰或波谷之間的 距離 頻率：光在1s內(nèi)通過某點的周 波數(shù)目 波數(shù)：每厘米長度距離包含的 周波數(shù)目 按照光速不變原理，三者滿足：按照

2、光速不變原理，三者滿足： 光量子光量子方程（方程（Einstein-Planck）：）： 波粒二象性（wave-particle duality）：在量子力學里，微觀粒子在不同條件下分 別表現(xiàn)出波動或粒子的性質(zhì)。這種量子行為稱為波粒二象性，是微觀粒子的基本 屬性之一。1905年，愛因斯坦提出了光電效應(yīng)的光量子解釋，人們開始意識到光 波同時具有波和粒子的雙重性質(zhì)。1924年，德布羅意提出“物質(zhì)波”假說，認為 和光一樣，一切物質(zhì)都具有波粒二象性。 分子能級與吸收光譜分子能級與吸收光譜 2紫外光譜基礎(chǔ)紫外光譜基礎(chǔ) 物質(zhì)對光光的吸收是選擇性選擇性的， 利用被測物質(zhì)對某波長的光的吸 收來了解物質(zhì)的特性，

3、這就是光光 譜法的基礎(chǔ)譜法的基礎(chǔ)。 紫紫外外- -可見吸收光譜基本概念可見吸收光譜基本概念 價電子價電子 原子殼層中最外層電子，僅考慮未滿殼層中的電子。原子殼層中最外層電子，僅考慮未滿殼層中的電子。 分子軌道分子軌道 成鍵軌道成鍵軌道、；反鍵軌道；反鍵軌道 *、*；非鍵軌道；非鍵軌道n 分子軌道可以由分子中原子軌道波函數(shù)的線性組合而得到。有幾個原子軌道就可 以可組合成幾個分子軌道，其中有一部分分子軌道分別由對稱性匹配的兩個原子軌道 疊加而成，兩核間電子的概率密度增大，其能量較原來的原子軌道能量低，有利于成 鍵，稱為成鍵分子軌道，如、軌道（軸對稱軌道）；同時這些對稱性匹配的兩個 原子軌道也會相減

4、形成另一種分子軌道，結(jié)果是兩核間電子的概率密度很小，其能量 較原來的原子軌道能量高，不利于成鍵，稱為反鍵分子軌道，如 *、* 軌道。還有 一種特殊的情況是由于組成分子軌道的原子軌道的空間對稱性不匹配，原子軌道沒有 有效重疊，組合得到的分子軌道的能量跟組合前的原子軌道能量沒有明顯差別，所得 的分子軌道叫做非鍵分子軌道。 分子軌道分子軌道之間的躍遷類型之間的躍遷類型 基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) 基態(tài)基態(tài):能量最低狀態(tài)能量最低狀態(tài) S0 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài):電子處于反鍵軌道上為激發(fā)態(tài)電子處于反鍵軌道上為激發(fā)態(tài) *躍遷躍遷 *躍遷 n*躍遷躍遷 n*躍遷躍遷 自學內(nèi)容：躍遷選率與禁阻躍遷自學內(nèi)容：躍遷選率與禁阻

5、躍遷 躍遷躍遷 所需能量最大，所需能量最大，電子只有吸收遠紫外光的能量才能發(fā)生躍電子只有吸收遠紫外光的能量才能發(fā)生躍 遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠紫外區(qū)遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠紫外區(qū)(吸收波長吸收波長 200nm。這類躍遷在躍遷選律上這類躍遷在躍遷選律上 屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數(shù)一般為屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數(shù)一般為10100 Lmol-1 cm-1， 吸收譜帶強度較弱。分子中孤對電子和吸收譜帶強度較弱。分子中孤對電子和鍵同時存在時發(fā)生鍵同時存在時發(fā)生n 躍遷。丙酮躍遷。丙酮n 躍遷的躍遷的為為275nm, max為為22 Lmol- 1 cm -1（ （溶劑環(huán)己烷溶劑環(huán)己烷

6、)。 紫外光譜區(qū)域劃分及圖示紫外光譜區(qū)域劃分及圖示 遠紫外區(qū)：遠紫外區(qū)：10-200 nm 近紫外近紫外區(qū)：區(qū)：200-400 nm 可見光可見光區(qū)：區(qū)：400-800 nm 吸光度吸光度:A=abc 百百分分透過率透過率:T=I/I0 A=lg(I0/I)=lg(1/T) 吸光系數(shù)吸光系數(shù)的物理意義：吸光物質(zhì)在單位濃度、單位 厚度時的吸光度。是定性和定量的依據(jù)。有兩種表 示方法： 摩爾吸光系數(shù)（摩爾吸光系數(shù)（）：在一定波長時，濃度為 1mol/L、厚度為1cm時的吸光度。多用于分子結(jié) 構(gòu)研究。 百分吸光系數(shù)（比吸光系數(shù)百分吸光系數(shù)（比吸光系數(shù)，EM）：在一定波 長時，濃度為1%（W/V）、厚

7、度為1cm時的吸 光度。多用于含量測定。 紫外光譜吸收帶分類紫外光譜吸收帶分類 根據(jù)躍遷類型的不同和信號在紫外光譜中的位置，可分為四根據(jù)躍遷類型的不同和信號在紫外光譜中的位置，可分為四類：類： (1) R吸收帶吸收帶：雜原子生色團中（如：雜原子生色團中（如C=O、NO2）n電子向反鍵電子向反鍵*軌道躍遷軌道躍遷 所所致（致（n*）。其波長較長，但強度很弱。）。其波長較長，但強度很弱。 CH3CHO中中C=O的的n*躍遷所產(chǎn)生的躍遷所產(chǎn)生的290nm，1.7。 (2) K吸收帶吸收帶：含共軛雙鍵分子中：含共軛雙鍵分子中*躍遷所致。躍遷所致。200nm, 很大很大(103). (3) B吸收帶吸收

8、帶:指閉合環(huán)狀共軛雙鍵分子中指閉合環(huán)狀共軛雙鍵分子中*躍遷所致。是芳環(huán)的主要躍遷所致。是芳環(huán)的主要 特征吸收帶，其波長較長，但強度較弱。如苯的特征吸收帶，其波長較長，但強度較弱。如苯的B吸收帶波長為吸收帶波長為256nm， =21.5。 若芳香族化合物同時有若芳香族化合物同時有K吸收帶、吸收帶、B吸收帶、吸收帶、R吸收帶紫外吸收，則吸收帶紫外吸收，則 ： RBK; :RBK (4) E吸收帶吸收帶: 也是芳環(huán)化合物的特征吸收帶，源于苯環(huán)中三個烯雙鍵的也是芳環(huán)化合物的特征吸收帶，源于苯環(huán)中三個烯雙鍵的 *躍遷。可分為躍遷?？煞譃镋1帶和帶和E2帶。帶。(E1)200nm; 但但(E1) (E2)

9、。 常用術(shù)語常用術(shù)語 1.發(fā)色發(fā)色團：團：分子中可以吸收光子而導致電子躍遷的分子中可以吸收光子而導致電子躍遷的 基團基團 含含* 或或n*躍遷的基團躍遷的基團 如如C=C、C=O、-N=N-、NO2、-C=S等等 2.助色團：雜原子的飽和基團，與發(fā)色團或飽和烴助色團：雜原子的飽和基團，與發(fā)色團或飽和烴 相連，相連，可可使分子吸收光的波長增大、吸收強度增加。使分子吸收光的波長增大、吸收強度增加。 一般都是含一般都是含n電子的基團電子的基團 如如-OH、-NH2、-Cl、-SR、-OR等。等。 3.長移、短長移、短移移 長長移：移：長波長波方向移動，又稱方向移動，又稱紅移紅移 短移短移: 短波短波

10、方向移動，又稱方向移動，又稱藍（紫）藍（紫） 移移 4.4.增色效應(yīng)和減色效應(yīng)增色效應(yīng)和減色效應(yīng) 吸收強度增加稱增色效應(yīng)或濃色吸收強度增加稱增色效應(yīng)或濃色效應(yīng)效應(yīng) 使使吸收強度減弱稱減色效應(yīng)或吸收強度減弱稱減色效應(yīng)或淡色淡色 紫外光譜的影響因素 1.1. 發(fā)色團共軛的影響：發(fā)色團共軛的影響：能有效降低電子躍遷所需要的 能量，使吸收帶發(fā)生紅移和增色作用。 2.2. 助色團及烷基取代的影響：助色團及烷基取代的影響：當烯、炔及芳香環(huán)等結(jié) 構(gòu)中不飽和碳上的氫被助色團取代時，由于n-共軛， 使吸收帶發(fā)生紅移和增色作用。 乙烯：乙烯：max 166nm（15000）；丁二烯：）；丁二烯： max 217n

11、m（21000） max ：254nmmax ：280nm max ：261nm 3.隔離效應(yīng)：隔離效應(yīng)：當不含雜原子的飽和基團C引入共軛體 系A(chǔ)-B中成為A-C-B體系時，A與B間的共軛作用被 阻止，成為兩個獨立的生色團，即C具有隔離效應(yīng)。 4.加和規(guī)律：加和規(guī)律：3中A-C-B體系的紫外光譜就是A和B結(jié) 構(gòu)的紫外光譜的加和，即一個化合物的紫外光譜為 該分子中相互不共軛部分的結(jié)構(gòu)單元紫外光譜的加 和，這一現(xiàn)象稱為加和規(guī)律。一個溶液體系也是如 此。 5.空間效應(yīng)的影響 空間位阻的影響：空間位阻的影響：由于空間阻礙，導致體 系共軛程度下降，吸收帶藍移。 順反異構(gòu)順反異構(gòu)的影響：的影響：反式異構(gòu)體

12、的空間位阻 小，共軛程度高，吸收帶紅移。 分子構(gòu)象的影響：分子構(gòu)象的影響：自學內(nèi)容 跨跨環(huán)共軛效應(yīng)的影響：環(huán)共軛效應(yīng)的影響：自學內(nèi)容 (1). 共軛程度增加共軛程度增加,將導致紅移將導致紅移,吸收強度也增加吸收強度也增加. 如苯的如苯的E2 max=204nm,=7400; 聯(lián)苯聯(lián)苯 max=252nm,=19000 單鍵扭曲，空間位阻降低共軛程度單鍵扭曲，空間位阻降低共軛程度. 如如2-2-二甲基聯(lián)苯的紫外光譜類似于甲苯二甲基聯(lián)苯的紫外光譜類似于甲苯. 酮式結(jié)構(gòu)的吸收波長遠小于烯醇式酮式結(jié)構(gòu)的吸收波長遠小于烯醇式 (2) 構(gòu)型的影響構(gòu)型的影響: 在取代烯化合物中，一般反式異構(gòu)體的在取代烯化合

13、物中，一般反式異構(gòu)體的*躍遷躍遷 位于長波端，吸收強度也較大。而順式則相反。位于長波端，吸收強度也較大。而順式則相反。 如：二苯乙烯，反式：如：二苯乙烯，反式：max=295.5nm,=29000 順式順式: max=280nm,=10500 肉桂酸肉桂酸, 反式：反式：max=295nm,=27000 順式順式: max=280nm,=13500 花青色素類化合物花青色素類化合物 R1=R2=R3=R4=H R1=CH3，R2=R3=R4=H R4=CH3，R1=R2=R3=H R1=R4=CH3，R2=R3=H max/nm 470 510（雙鍵扭曲）（雙鍵扭曲） 473 510 （雙鍵扭

14、曲）（雙鍵扭曲） 在環(huán)體系中在環(huán)體系中: 松香酸松香酸 左旋海松酸左旋海松酸 max=235nm,=16100 max=270nm,=7100 同環(huán)雙鍵，張力大，雙鍵扭曲同環(huán)雙鍵，張力大，雙鍵扭曲 (3). 構(gòu)象的構(gòu)象的影響：影響： 一般一般地地, max(axial, 直立鍵直立鍵) max (equatorial，平伏鍵，平伏鍵). 如如:膽甾烷膽甾烷-3-酮酮 2位無取代時位無取代時, max=286nm,log=1.36 2-Cl取代時取代時, max(axial)=299nm,log=1.53(+13) max(equatorial )=276nm,log=1.10(-10). O

15、Cl (4). 跨環(huán)共軛效應(yīng)跨環(huán)共軛效應(yīng) 指分子中兩個非共軛基團處于一定的空間指分子中兩個非共軛基團處于一定的空間位置，位置， 尤其尤其是在環(huán)狀體系是在環(huán)狀體系中，有利于中，有利于生色團電子軌道間的生色團電子軌道間的相相 互作用。由此互作用。由此產(chǎn)生的光譜既不是兩個生色團的加合產(chǎn)生的光譜既不是兩個生色團的加合,也也 不同于二者共軛的光譜不同于二者共軛的光譜. O O max =310nm, =292 max =287nm, =147 6. 溶劑效應(yīng) (1)非極性化合物的吸收位置在極性溶劑和非極性溶劑中一般無明顯差異。共軛雙非極性化合物的吸收位置在極性溶劑和非極性溶劑中一般無明顯差異。共軛雙 烯

16、化合物受溶劑極性影響較小，而不飽和羰基化合物受其影響大。烯化合物受溶劑極性影響較小，而不飽和羰基化合物受其影響大。 (2) 通常極性溶劑使通常極性溶劑使R吸收帶（吸收帶（n*）藍移，而使）藍移，而使K吸收帶（吸收帶（*）紅移）紅移。下表。下表 為溶劑對為溶劑對4-甲基甲基-3-戊烯戊烯-2-酮紫外吸收光譜的影響。酮紫外吸收光譜的影響。 正己烷正己烷 CHCl3 CH3OH H2O * max/nm 230 238 237 243 n* max/nm 329 315 309 305 (3)與樣品分子形成氫鍵。如溶劑與羰基形成氫鍵，則與樣品分子形成氫鍵。如溶劑與羰基形成氫鍵，則n*的吸收峰藍移。的

17、吸收峰藍移。 (4) 改變?nèi)軇┑臉O性，會引起吸收帶形狀的變化。改變?nèi)軇┑臉O性，會引起吸收帶形狀的變化。 例如，當溶劑的極性由非極性改變到極性時，精細結(jié)構(gòu)消失，吸收帶變向平滑。例如，當溶劑的極性由非極性改變到極性時，精細結(jié)構(gòu)消失，吸收帶變向平滑。 精細結(jié)構(gòu)精細結(jié)構(gòu) 紫外光譜的測定大都是在溶液中進行的，繪制出的吸收 帶大都是寬帶，這是 因為分子振動能級的能級差為0.05 1 eV，轉(zhuǎn)動能級的能差小于0.05 eV，都遠遠低于電子能 級的能差，因此當電子能級改變時，振動能級和轉(zhuǎn)動能級 也不可避免地會有變化，即電子光譜中不但包括電子躍遷 產(chǎn)生的譜線，也有振動譜線和轉(zhuǎn)動譜線，分辨率不高的儀 器測出的譜圖

18、，由于各種譜線密集在一起，往往只看到一 個較寬的吸收帶。若紫外光譜在惰性溶劑的稀溶液或氣態(tài) 中測定，則圖譜的吸收峰上因振動吸收而會表現(xiàn)出鋸齒狀 精細結(jié)構(gòu)。降低溫度可以減少振動和轉(zhuǎn)動對吸收帶的貢獻， 因此有時降溫可以使吸收帶呈現(xiàn)某種單峰式的電子躍遷。 溶劑的極性對吸收帶的形狀也有影響，通常的規(guī)律是溶劑 從非極性變到極性時，精細結(jié)構(gòu)逐漸消失，圖譜趨向平滑。 在在測定紫外、可見吸收光譜時，測定紫外、可見吸收光譜時，應(yīng)注明在何種溶劑中測定應(yīng)注明在何種溶劑中測定。 與已知化合物紫外光譜作對照時也應(yīng)注意所用的溶劑是否相同與已知化合物紫外光譜作對照時也應(yīng)注意所用的溶劑是否相同。 紫外光譜法分析時，必須正確選

19、擇溶劑。選擇溶劑時注意紫外光譜法分析時，必須正確選擇溶劑。選擇溶劑時注意 下列幾點：下列幾點： （1）溶劑應(yīng)能很好地溶解被測試樣，溶劑對溶質(zhì)應(yīng)該是）溶劑應(yīng)能很好地溶解被測試樣，溶劑對溶質(zhì)應(yīng)該是 惰性的。即所成溶液應(yīng)具有良好的化學和光化學穩(wěn)定性。惰性的。即所成溶液應(yīng)具有良好的化學和光化學穩(wěn)定性。 （2）在溶解度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇極性較小的溶劑。）在溶解度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇極性較小的溶劑。 （3）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應(yīng)無明顯吸收。）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應(yīng)無明顯吸收。 此外，要配制合理的濃度此外，要配制合理的濃度,以獲得適中吸收強度譜圖。以獲得適中吸收強度譜圖。 選擇溶劑選擇溶劑 7.其

20、他影響 氫鍵的影響：氫鍵的影響：溶質(zhì)分子內(nèi)形成氫鍵會使吸收帶紅移；溶質(zhì)分子 間形成氫鍵使相關(guān)吸收帶發(fā)生藍移。 互變異構(gòu)：互變異構(gòu)：某些化合物在溶液中可能存在兩種或多種互變異構(gòu) 體，這些異構(gòu)體的互變過程常伴隨著雙鍵的位置移動和共軛體 系的變化。 溫度的溫度的影響：影響：溫度降低，減小了振動和轉(zhuǎn)動對吸收帶的影響， 出現(xiàn)精細結(jié)構(gòu)，溫度升高，分子碰撞頻率增加，精細結(jié)構(gòu)消失， 譜帶變寬。 測量測量儀器的影響：儀器的影響：儀器要定期校正。 藥物結(jié)構(gòu)與其紫外光譜的關(guān)系藥物結(jié)構(gòu)與其紫外光譜的關(guān)系 3 3 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 紫外光譜儀紫外光譜儀紫外光譜儀紫外光譜儀紫外光譜儀紫外光譜

21、儀 Spectrophotometer spectrometer 基本基本基本基本基本基本組成組成組成組成組成組成 光源 單色器樣品室檢測器顯示 1. 1. 光源光源 在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強度、在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強度、 較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。 可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其 輻射波長范圍在輻射波長范圍在3202500 nm。 紫紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185 400 nm的連續(xù)光譜。的連續(xù)光譜。 2.2.單色器單色器 將光源發(fā)射的復合光分解

22、成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學系將光源發(fā)射的復合光分解成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學系 統(tǒng)。統(tǒng)。 入射狹縫：光源的光由此進入單色器；入射狹縫：光源的光由此進入單色器； 準光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；準光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束； 色散元件：將復合光分解成單色光；色散元件：將復合光分解成單色光；棱鏡或光柵棱鏡或光柵； 聚焦裝置：透鏡或凹面反聚焦裝置：透鏡或凹面反 射鏡，將分光后所得單色光聚射鏡，將分光后所得單色光聚 焦至出射狹縫；焦至出射狹縫； 出射狹縫。出射狹縫。 3. 3. 樣品室樣品室 樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）樣品室放置各種類型的

23、吸收池（比色皿） 和相應(yīng)的池架附件。吸收池主要有石英池和玻和相應(yīng)的池架附件。吸收池主要有石英池和玻 璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一 般用玻璃池。般用玻璃池。 4. 4. 檢測器檢測器 利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號變成利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號變成 可測的電信號，常用的有光電池、光電管或光可測的電信號，常用的有光電池、光電管或光 電倍增管。電倍增管。 5. 5. 結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)結(jié)果顯示記錄系統(tǒng) 檢流計、數(shù)字顯示、微機進行儀器自動控檢流計、數(shù)字顯示、微機進行儀器自動控 制和結(jié)果處理制和結(jié)果處理 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3

24、.2 紫外分光光度計紫外分光光度計紫外分光光度計紫外分光光度計紫外分光光度計紫外分光光度計的類型的類型的類型的類型的類型的類型 1.單光束 簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度，一般不能作全波段 光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性。 2.雙光束 自動記錄，快速全波段掃描?？上庠床环€(wěn)定、檢測器靈敏度變化等因素 的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復雜，價格較高。 將不同波長的兩束單色光(1、2) 快束交替通過同一吸收池而后到達檢 測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池。=12nm。兩波長同時掃描即可獲 得導數(shù)光譜。 3.雙波長 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 定性分析定

25、性分析定性分析定性分析定性分析定性分析 max：化合物特性參數(shù)，可作為定性依據(jù)； 有機化合物紫外吸收光譜：反映結(jié)構(gòu)中生色團和助色團的特性，不完全反映分 子特性； 計算吸收峰波長，確定共扼體系等 甲苯與乙苯：譜圖基本相同； 結(jié)構(gòu)確定的輔助工具； max ， max都相同，可能是一個化合物； 標準譜圖庫：46000種化合物紫外光譜的標準譜圖 The sadtler standard spectra ,Ultraviolet 定量分析定量分析定量分析定量分析定量分析定量分析 朗伯朗伯朗伯朗伯朗伯朗伯比耳定律數(shù)學表達式比耳定律數(shù)學表達式比耳定律數(shù)學表達式比耳定律數(shù)學表達式比耳定律數(shù)學表達式比耳定律數(shù)學

26、表達式 Alg（I0/It)= b c 式中式中A：吸光度；描述溶液對光的吸收程度；吸光度；描述溶液對光的吸收程度； b：液層厚度液層厚度(光程長度光程長度)，通常以，通常以cm為單位；為單位； c：溶液的摩爾濃度，單位溶液的摩爾濃度，單位molL ； ； ：摩爾吸光系數(shù)，單位摩爾吸光系數(shù)，單位Lmol cm； ； 或或: Alg（I0/It)= a b c c：溶液的濃度，單位溶液的濃度，單位gL a： ：吸光系數(shù)，單位吸光系數(shù)，單位Lg cm a與與的關(guān)系為：的關(guān)系為： a =/M （M為摩爾質(zhì)量）為摩爾質(zhì)量） 3.4 3.4 3.4 藥物結(jié)構(gòu)及其紫外光譜藥物結(jié)構(gòu)及其紫外光譜藥物結(jié)構(gòu)及其紫

27、外光譜藥物結(jié)構(gòu)及其紫外光譜藥物結(jié)構(gòu)及其紫外光譜藥物結(jié)構(gòu)及其紫外光譜 C8H17 O 參考文獻參考文獻： 淺談應(yīng)用淺談應(yīng)用Woodward-Fieser 規(guī)則的常見規(guī)則的常見錯誤，化學教育，錯誤，化學教育， 2011年年3期。期。 C OH HO O R Br o 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 有機化合物有機化合物有機化合物有機化合物有機化合物有機化合物結(jié)構(gòu)輔助解析結(jié)構(gòu)輔助解析結(jié)構(gòu)輔助解析結(jié)構(gòu)輔助解析結(jié)構(gòu)輔助解析結(jié)構(gòu)輔助解析 3.5.1 可獲得的結(jié)構(gòu)信息可獲得的結(jié)構(gòu)信息 （1）200-400nm 無吸收峰。飽和化合物，單烯。 （2） 270-350 nm有吸收峰（=10-100

28、）醛酮 n* 躍遷產(chǎn)生的R 帶。 （3） 250-300 nm 有中等強度的吸收峰（=200-2000），芳環(huán)的特征 吸收（具有 精細解構(gòu)的B帶）。 （4） 200-250 nm有強吸收峰（104），表明含有一個共軛體系（K）帶。共軛二 烯：K帶（230 nm）；不飽和醛酮：K帶230 nm ，R帶310-330 nm 260nm,300 nm,330 nm有強吸收峰，3,4,5個雙鍵的共軛體系。 3.5.2 光譜解析注意事項 (1) 確認max，并算出，初步估計屬于何種吸收帶； (2) 觀察主要吸收帶的范圍，判斷屬于何種共軛體系； (3) 乙?；灰?CH3 CH3 OH CH3 OCOCH

29、 3 B帶帶： 262 nm(302) 274 nm(2040) 261 nm(300) (4) pH值的影響 加NaOH 紅移酚類化合物，烯醇。 加HCl 藍移苯胺類化合物。 3.5.3 分子不飽和度的計算分子不飽和度的計算 定義：定義： 不飽和度是指分子結(jié)構(gòu)中達到飽和所缺一價元素的“對”數(shù)。 如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個氫原子，不飽和度為1。 計算：計算： 若分子中僅含一，二，三，四價元素(H，O，N，C)，則可按下式進 行不飽和度的計算： = （2 + 2n4 + n3 n1 ）/ 2 n4 ， n3 ， n1 分別為分子中四價，三價，一價元素數(shù)目。 作用：作用： 由分子的不飽和度可以推

30、斷分子中含有雙鍵，三鍵，環(huán)，芳環(huán)的數(shù) 目，驗證譜圖解析的正確性。 例： C9H8O2 = （2 +29 8 ）/ 2 = 6 3.5.4 解析示例解析示例 有一化合物C10H16由紅外光譜證明有雙鍵和異丙基存在，其紫外光譜 max=231 nm（ 9000）, 此化合物加氫只能吸收2克分子H2，確定其結(jié)構(gòu)。 解：計算不飽和度 = 3；兩個雙鍵；共軛？加一分子氫 max=231 nm， 可能的結(jié)構(gòu) 計算 max A B CD max：232 273 268 268 max =非稠環(huán)二烯（a,b）+2 烷基取代+環(huán)外雙鍵 =217+25+5=232（231） 吸收波長計算吸收波長計算 立體結(jié)構(gòu)和互

31、變結(jié)構(gòu)的確定 CC H H CC HH 順式：max=280nm； max=10500 反式：max=295.5 nm；max=29000 共平面產(chǎn)生最大共軛效應(yīng)， max大 互變異構(gòu)互變異構(gòu)： 酮式：max=204 nm；無共軛 烯醇式：max=243 nm H3CC H2 CCOEt OO H3CC H CCOEt OHO 取代苯吸收 波長計算 紫外光譜在藥物研究中的應(yīng)用紫外光譜在藥物研究中的應(yīng)用 3 4 4.1 紫外光紫外光譜的幾個經(jīng)驗譜的幾個經(jīng)驗規(guī)律規(guī)律 規(guī)律一規(guī)律一: 如果在如果在200-400nm間無吸收峰間無吸收峰,則該化合物應(yīng)無共軛系統(tǒng)或為飽和的有機化則該化合物應(yīng)無共軛系統(tǒng)或為

32、飽和的有機化 合物合物. 規(guī)律二規(guī)律二: 1. 若在若在270-350nm間有弱吸收間有弱吸收(=10-100),并且在并且在200nm以上無其它吸收以上無其它吸收,則則 該化合物應(yīng)含有一個帶孤電子的未共軛生色團該化合物應(yīng)含有一個帶孤電子的未共軛生色團.如如C=O(醛醛,酮酮),C=S. 若是羧若是羧 酸酸,酯或酰胺時酯或酰胺時, max=205nm, =10-100(與醛與醛,酮區(qū)別酮區(qū)別). 2. 若紫外光譜中有多個峰若紫外光譜中有多個峰,有的甚至在可見區(qū)有的甚至在可見區(qū),則該化合物應(yīng)有一個長鏈共則該化合物應(yīng)有一個長鏈共 軛體系或是一個稠環(huán)芳烴軛體系或是一個稠環(huán)芳烴,或是含有或是含有-NO

33、2,-N=N-的芳烴的芳烴.如果化合物有色如果化合物有色,則一則一 般至少有般至少有4-5個互相共軛的生色團個互相共軛的生色團(雙鍵雙鍵). 3. 化合物的長波吸收峰在化合物的長波吸收峰在250nm以上以上, 在在1000-10000時時,一般是芳香族化合一般是芳香族化合 物物.若化合物的長波峰吸收強度更強若化合物的長波峰吸收強度更強, 在在10000-100000時時,則極有可能是則極有可能是,-不不 飽和醛酮或共軛烯烴飽和醛酮或共軛烯烴. 規(guī)律三規(guī)律三: woodword規(guī)則規(guī)則(估計取代共軛雙烯的估計取代共軛雙烯的max) 異環(huán)雙烯的基值異環(huán)雙烯的基值max=214nm=214nm 同環(huán)

34、雙烯的基值同環(huán)雙烯的基值max=253nm=253nm 官能團變化官能團變化對對max的影響的影響 共軛體系增加一個雙鍵共軛體系增加一個雙鍵+30+30 共軛體系增加一個環(huán)外雙鍵共軛體系增加一個環(huán)外雙鍵+5+5 共軛體系增加一個烷基共軛體系增加一個烷基+5+5 助色團取代，助色團取代， -Cl-Cl，-Br-Br -OR-OR -SR-SR -NR-NR2 2 -OCOR-OCOR +5+5 +6+6 +30+30 +60+60 0 0 溶劑校正溶劑校正0 0 A B 試推測下列兩化合物的試推測下列兩化合物的UV譜譜: A: max = 253+4x5+2x5=283(282) nm B: m

35、ax = 214+3x5+1x5=234(234) nm 規(guī)律四：規(guī)律四：Fieer-Kuhn規(guī)則（計算取代取代共軛多烯的規(guī)則（計算取代取代共軛多烯的max） max=114+5M+n（48.0-1.7n）-16.5Rendo-10Rexo max=1.74X104Xn M為烷基數(shù)目為烷基數(shù)目, n為共軛雙鍵數(shù)目為共軛雙鍵數(shù)目, Rendo為環(huán)內(nèi)有雙鍵的環(huán)的數(shù)為環(huán)內(nèi)有雙鍵的環(huán)的數(shù) 目目, Rexo為環(huán)外有雙鍵的環(huán)的數(shù)目為環(huán)外有雙鍵的環(huán)的數(shù)目. 胡羅卜胡羅卜素素 max=114+510+11(48-1.711)-16.52=453.3 nm 規(guī)律五規(guī)律五: Woodword-Fieser-Nie

36、lsen規(guī)則規(guī)則(計算取代的計算取代的,-不飽不飽 和醛酮及酸和酯的和醛酮及酸和酯的max) 基值基值(非環(huán)非環(huán),六元環(huán)或大環(huán)六元環(huán)或大環(huán)) (1)醛醛 酮酮: 215nm； (2)酸酸 酯酯:193nm 官能團變化官能團變化對對max的影響的影響 ,-不飽鍵在五元環(huán)中不飽鍵在五元環(huán)中-13 醛醛-6 每延伸一個共軛雙鍵每延伸一個共軛雙鍵+30 同環(huán)共軛雙烯同環(huán)共軛雙烯+39 環(huán)外雙鍵環(huán)外雙鍵+5 每個烷基取代每個烷基取代 或更遠或更遠 +10 12 18 每個極性基團每個極性基團, -OH +35 +30 +30 +50 -OR +35 +30 +17 +31 -SR+85 -OAc+6 -

37、NR2+95 -Cl +15 +12 -Br +25 +30 溶劑校正：甲、乙醇溶劑校正：甲、乙醇 氯仿氯仿 1，4-二氧六環(huán)二氧六環(huán) 乙醚乙醚 環(huán)己烷，己烷環(huán)己烷，己烷 水水 0 -1 -5 -7 -11 +8 max= 215+302+39+12+183+5 =385(388) nm max=215+10+122+52 =259(254) nm COOH max=193+122+5=222(220) nm O O O 規(guī)律六：單取代苯、二取代苯及稠環(huán)芳烴規(guī)律六：單取代苯、二取代苯及稠環(huán)芳烴 苯的紫外光譜具有三個吸收峰苯的紫外光譜具有三個吸收峰 E1帶帶max=184，=4.7104. E2

38、帶帶max=204，=7.4103. B帶帶(是一精細結(jié)構(gòu)帶是一精細結(jié)構(gòu)帶)max=254，=230. 1. 苯被有非鍵電子苯被有非鍵電子(助色團助色團)或緊接環(huán)的或緊接環(huán)的電子電子(生色團生色團)基團取基團取 代后代后,其其E2帶和帶和B帶帶(其精細結(jié)構(gòu)往往會消失其精細結(jié)構(gòu)往往會消失)都會向長波方向移都會向長波方向移 動動.紅移效應(yīng)大小的順序紅移效應(yīng)大小的順序: 給電子基團給電子基團 -O-NH2-OCH3-OH-Br-Cl-CH3 吸電子基團吸電子基團: -NO2-CHO-COCH3-COOH-CN,-COO-NH3+ 顯然顯然,對于光譜影響的大小與取代基的拉電子和推電子程度對于光譜影響的

39、大小與取代基的拉電子和推電子程度 有關(guān)有關(guān).只要擾亂了共軛體系電子云的分布只要擾亂了共軛體系電子云的分布,都要發(fā)生紅移都要發(fā)生紅移. 2. 對于對于二取代苯二取代苯的的max的估計的估計,有有下面下面4個個有用的規(guī)則有用的規(guī)則: (1)當一個吸電子基和一個給電子基互相處于對位時當一個吸電子基和一個給電子基互相處于對位時,產(chǎn)生協(xié)產(chǎn)生協(xié) 同作用同作用,故故max顯著紅移顯著紅移. (2) 當一個吸電子基和一個給電子基互相處于間或鄰位時當一個吸電子基和一個給電子基互相處于間或鄰位時,該該 光譜與單取代芳香化合物的光譜僅稍有不同光譜與單取代芳香化合物的光譜僅稍有不同. (3) 當兩個吸電子基或兩個給電

40、子基互相處于對位時當兩個吸電子基或兩個給電子基互相處于對位時, 該光譜該光譜 與單取代芳香化合物的光譜相近與單取代芳香化合物的光譜相近. 基值基值Z=烷基或環(huán)殘基烷基或環(huán)殘基(酮酮) 246nm; Z=H(醛醛) 250; Z=OH或或 OR(酸或酯酸或酯) 230 每個取代每個取代 基的增值基的增值 R=烷基或環(huán)烷基或環(huán) 殘基殘基 O,M P +3 +10 R= OH或或ORO,M P +7 +25 R= O-O M P +11 +20 +78 R=ClO,M P 0 +10 R=BrO,M P +2 +15 R=NH2O,M P +13 +58 R=NHAcO,M P +20 +45 R=

41、NHMeP+73 R=Nme2O,M P +20 +85 (4) 取代苯衍生物取代苯衍生物RC6H4COZ的的max估算符合估算符合Scott經(jīng)驗規(guī)律經(jīng)驗規(guī)律. O OH OCH3 max =246+7+25+3 =281(279) nm 4.2 有機化合物有機化合物紫外光譜的解析與應(yīng)用紫外光譜的解析與應(yīng)用 紫紫外譜圖和數(shù)據(jù)檢索外譜圖和數(shù)據(jù)檢索 自學內(nèi)容：自學內(nèi)容：Sadtler(薩特勒薩特勒)紅外光譜紅外光譜數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫聯(lián)網(wǎng)檢索：檢索： Sadtler紅外譜圖數(shù)據(jù)庫檢索(世界上最大的紅外譜圖庫) science-softCon UV/Vis Spectra Data Base (紫外/可

42、見光譜圖) H3CCH3 CH 3 CH CHCOCH 3 H3C CH 3 CH CHCOCH 3 CH 3 -紫羅蘭酮的紫羅蘭酮的max值用值用Woodword規(guī)則計算為規(guī)則計算為227 nm （實測為（實測為228 nm），而），而-紫羅蘭酮的紫羅蘭酮的max值計算為值計算為299 nm （實測為（實測為296 nm）。顯然二者的）。顯然二者的UV譜有明顯的區(qū)別，譜有明顯的區(qū)別， -紫紫 羅蘭酮由于雙鍵共軛，其紫外吸收波長較羅蘭酮由于雙鍵共軛，其紫外吸收波長較-紫羅蘭酮明顯紫羅蘭酮明顯 移到長波方向。移到長波方向。 -紫羅蘭酮紫羅蘭酮 -紫羅蘭酮紫羅蘭酮 例例2下列雙烯在乙醇中的下列雙烯

43、在乙醇中的max分別是分別是231（21000）；）；236 （12000）；）；245（18000），試判斷這些吸收峰分屬哪個化合），試判斷這些吸收峰分屬哪個化合 物？物？ AB C A：max=214+54+52=244nm B：max=214+54=234nm C：max=214+52+5=229nm OH H2SO4 例例3.2-(1-環(huán)己烯基環(huán)己烯基)-2-丙醇的水解產(chǎn)物結(jié)構(gòu)丙醇的水解產(chǎn)物結(jié)構(gòu) 產(chǎn)物產(chǎn)物max=242nm（10100） A B A：max=214+53=229nm B：max=214+54+5=239nm（正確）（正確） 例例4、如下圖所示化合物、如下圖所示化合物Ho

44、ffman消去反應(yīng)產(chǎn)生烯類化合物，產(chǎn)物的紫外消去反應(yīng)產(chǎn)生烯類化合物，產(chǎn)物的紫外 吸收為吸收為max=236.5nm,判斷產(chǎn)物結(jié)構(gòu)為判斷產(chǎn)物結(jié)構(gòu)為A或或B? O N + + I _ Ag2O C8H12O O O A B A：max=215+5+10=230nm B：max=215+10+12=237nm（正確）（正確） 例例5. 下列兩化合物的下列兩化合物的max最有可能分別為最有可能分別為 O COOH A B O Br H3C A.346nm、261nm； B 306nm、243nm； C 279nm、230nm； D 350nm、251nm ( A ). A：max=193+30+39+

45、35+12+182=345nm B：max=246+3+10+2=261nm 例例6在某些情況下，如香豆素類、黃酮類化合物，它們的在某些情況下，如香豆素類、黃酮類化合物，它們的UV光譜在加入某光譜在加入某 些診斷試劑后可因分子結(jié)構(gòu)中取代基的類型、數(shù)目及位置的不同而發(fā)生改變，故還些診斷試劑后可因分子結(jié)構(gòu)中取代基的類型、數(shù)目及位置的不同而發(fā)生改變，故還 可以應(yīng)用可以應(yīng)用UV譜推斷該類化合物的精細結(jié)構(gòu)。譜推斷該類化合物的精細結(jié)構(gòu)。 例如例如: 蘆丁的甲醇溶液及加入各種診斷試劑后的蘆丁的甲醇溶液及加入各種診斷試劑后的UV譜如下：譜如下： 試劑試劑 max 譜帶譜帶II譜帶譜帶I 甲醇甲醇259359 甲醇鈉甲醇鈉272410 三氯化鋁三氯化鋁275433 乙酸鈉乙酸鈉271393 O HO OHO O OH OH GLuRha AC B 從上表從上表UV數(shù)據(jù)可見數(shù)據(jù)可見: (1)甲醇鈉是強堿甲醇鈉是強堿,可以使所有的羥基解離可以使所有的羥基解離,故蘆丁的譜帶故蘆丁的譜帶I和和II均發(fā)生明顯紅移均發(fā)生明顯紅移. (2)三氯化鋁可分別與三氯化鋁可分別與B環(huán)的鄰二酚羥基、環(huán)的鄰二酚