南方醫(yī)科大學(xué)教案

南方醫(yī)科大學(xué)教案—年春季學(xué)期所在單位藥學(xué)院系、教研室藥品化學(xué)課程名稱天然藥品化學(xué)授課對(duì)象級(jí)藥學(xué)專業(yè)本科生授課教師謝揚(yáng)職稱副專家教材名稱天然藥品化學(xué)教案首頁授課題目第一章總論（5）授課形式講授授學(xué)時(shí)間.3.16授課學(xué)時(shí)2教學(xué)目的與要求掌握NMR譜的特點(diǎn)及應(yīng)用范疇基本內(nèi)容1、氫核磁共振譜2、13C（1）信號(hào)裂分（2）常見13C3、旋光光譜重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：質(zhì)譜與核磁共振譜難點(diǎn)：核磁共振譜重要教學(xué)媒體ppt主要外語詞匯chemicalshift;homodecoupling;protoncompletedecoupling;selectiveprotoncompletedecoupling;glycosylationshift;opticalrotatorydispersion;crosspeak有關(guān)本內(nèi)容的新進(jìn)展重要參考資料或有關(guān)網(wǎng)站《天然藥品化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》(人民衛(wèi)生出版社)，吳繼洲主編。系、教研室審查意見課后體會(huì)教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分派和媒體選擇（六）核磁共振譜（NMR）1、核磁共振基本原理①核含有自旋運(yùn)動(dòng)，且自旋運(yùn)動(dòng)是量子化的。②當(dāng)核的質(zhì)量數(shù)與原子序數(shù)均為偶數(shù)時(shí)，核的行為類似于一種非自旋球體。例如：612C、816O等是非自旋球體；11H、613C是自旋球體等。③自旋核在外加磁場(chǎng)中存在兩種能量狀況，普通處在低能級(jí)的核比處在高能級(jí)的核稍多某些（約十萬分之一）。如果在垂直于外加磁場(chǎng)的方向上增加一種電磁場(chǎng)，當(dāng)電磁場(chǎng)的能量與核磁能級(jí)差相等時(shí)，處在低能級(jí)的多出的磁核就會(huì)吸取電磁波能量而躍遷到高能級(jí)，如此即產(chǎn)生核磁共振（nuclearmagneticresonance,NMR）?，F(xiàn)在最慣用的核磁共振譜是高分辨率的氫譜（1HNMR）與（13CNMR）2、氫核磁共振譜（1HNMR）（1）氫同位素中，1H的豐度比最大，信號(hào)敏捷度也高，故1HNMR測(cè)定比較容易，應(yīng)用最為廣泛。（2）1HNMR譜圖闡明：A、橫坐標(biāo)是化學(xué)位移δ（0→10ppm）;縱坐標(biāo)反映積分曲線的高度（代表各吸取峰的相對(duì)面積）；B、1HNMR測(cè)定中通過化學(xué)位移、譜線的積分面積以及裂分狀況（重峰數(shù)及偶合常數(shù)）能夠提供分子中1H的類型、數(shù)目及相鄰原子或原子團(tuán)的信息。這對(duì)有機(jī)物構(gòu)造測(cè)定意義重大。（3）化學(xué)位移（chemicalshift,δ）1H核因周邊化學(xué)環(huán)境不同，其外圍電子云密度以及繞核旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁的屏蔽效應(yīng)也不同。因此多個(gè)化學(xué)環(huán)境不同的1H核發(fā)生核磁共振時(shí)所需的外加磁場(chǎng)強(qiáng)度就有微小差別。1H核受到的屏蔽效應(yīng)越大，所需的外加磁場(chǎng)強(qiáng)度也就越大；1H核受到的屏蔽效應(yīng)越小，所需的外加磁場(chǎng)強(qiáng)度也就越小。由此造成了化學(xué)環(huán)境不同的1H核在核磁共振譜中吸取位置的差別。各個(gè)1H核共振吸取峰與原點(diǎn)之間的相對(duì)距離就是化學(xué)位移。原點(diǎn)是原則物TMS（四甲基硅烷）的核磁共振吸取峰位置。影響化學(xué)位移的重要因素有電負(fù)性、各向異性效應(yīng)與氫鍵效應(yīng)等。不同類型質(zhì)子化學(xué)位移的大致范疇參見表1-13（p44）例如：-CHO9~10ppm；芳環(huán)-H6~8ppm;-C=C-H4.5~6.5ppm;-C≡C-H2~3ppm;-CH2-CH2-0.8~1.2ppm.活潑氫（-OH、-NH、-SH）不定（加D2O消失）（4）峰面積1HNMR譜上吸取峰的面積與其對(duì)應(yīng)的質(zhì)子數(shù)成正比，能夠由積分曲線的高度來計(jì)算各類質(zhì)子數(shù)的比例關(guān)系。如化合物分子式已知，則可算出每個(gè)信號(hào)所相稱的1H數(shù)目。教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分派和媒體選擇（5）信號(hào)的裂分及偶合常數(shù)JA、由單峰分裂成多重峰的現(xiàn)象稱為峰的裂分。產(chǎn)生吸取峰裂分的因素是由于相鄰自旋核之間會(huì)通過成鍵電子發(fā)生互相干擾作用，使共振躍遷能級(jí)產(chǎn)生裂分，形成多重共振躍遷。B、磁不等價(jià)的兩組1H核在一定距離內(nèi)（三個(gè)單鍵以內(nèi)）會(huì)因互相自旋偶合而使信號(hào)發(fā)生分裂。裂分峰有s(singlet,單峰)、d(doublet,二重峰)、t(triplet，三重峰)、q(quartet,四重峰)、m(multiplet,多重峰)等。C、對(duì)于簡(jiǎn)樸的初級(jí)譜，裂分峰的數(shù)目符合（n+1）規(guī)律。即某質(zhì)子的相鄰C上有n個(gè)磁等價(jià)的質(zhì)子，那么在1HNMR譜圖中將產(chǎn)生一組（n+1）重峰，并且各峰的強(qiáng)度之比為（a+b）n展開式的系數(shù)之比。D、偶合常數(shù)J：即裂分峰之間共振吸取位置之差。J值表達(dá)互相干擾的強(qiáng)度，其值與間隔鍵的距離成反比，且互相偶合的兩組1H核信號(hào)偶合常數(shù)相等。超出三根單鍵以上的偶合能夠無視，但在π系統(tǒng)中，仍存在弱的偶合作用。相鄰1H核的偶合影響能夠運(yùn)用同核去偶技術(shù)消除或部分消除。例如：p45圖1-30中δ=5.67ppm信號(hào)的偶合影響消除前后變化狀況。3、13C（1）12C核是非自旋核，沒有核磁共振信號(hào)。碳譜指的是13C譜。在決定有機(jī)物構(gòu)造時(shí)，13C-NMR譜比1HNMR譜作用更大。（2）13C核與直接相連的1H核也會(huì)發(fā)生偶合作用。由于有機(jī)物大都存在碳?xì)滏I，從而使得裂分譜線彼此交疊，譜圖復(fù)雜難以識(shí)別。只有通過去偶解決，才干使譜圖變得清晰可辨。（3）最慣用的去偶法是質(zhì)子（噪聲）去偶法。該法采用雙照射法，照射場(chǎng)的功率涉及全部處在多個(gè)化學(xué)環(huán)境中氫的共振頻率，能將13C與全部1H核的偶合作用消除，使得13C-NMR譜圖中13C的信號(hào)都變成單峰，即全部不等性的13C核都有自己的獨(dú)立信號(hào)。因此，質(zhì)子（噪聲）去偶法能識(shí)別分子中不等性的碳核。（4）13C的化學(xué)位移也是以TMS為內(nèi)標(biāo)，規(guī)定δTMS=0，其左邊值不不大于0，右邊值不大于0。影響13C化學(xué)位移值的一種重要因素是13C核周邊的電子屏蔽效應(yīng)，亦即凡對(duì)碳核周邊的電子云密度有影響的任何因素都會(huì)影響其化學(xué)位移，特別分子本身的構(gòu)造及分子內(nèi)碳核間的互相作用對(duì)化學(xué)位移影響較大。13C核化學(xué)位移值的范疇大多在0—例如：醛基碳----175～205ppm;苯環(huán)碳----128ppm;烯碳----100～150ppm;炔碳------65～90ppm；季碳--35～70ppm；叔碳--30～60ppm；仲碳--25～45ppm；伯碳--0～30ppm（5）13C-NMR譜的偶合A、13C-NMR譜中，因兩個(gè)13C-B、13C-NMR譜中，13C與1H之間的異核偶合體現(xiàn)十分突出，因1H核自旋偶合干擾產(chǎn)生的裂分?jǐn)?shù)目符合（n+1若13C與1H直接相連，13C信號(hào)將分別體現(xiàn)為q(CH3)、t(CH2)、d(CH)及s(C);C、13C教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分派和媒體選擇1JCH=120～250Hz;2JCH=5～60Hz;3JCH=0～30Hz(2JCH與3JCH屬于遠(yuǎn)程偶合作用)（6）13C-NMR譜的特點(diǎn)A、13CB、13C的化學(xué)位移比1C、常規(guī)碳譜是去偶碳譜，13C的譜線都是分離的單峰。在質(zhì)子偏共振去偶的圖譜中，存在13C與1H直接相連的偶合，其1JD、弛豫時(shí)間在碳譜的解析中用處很大，由于弛豫時(shí)間與譜線強(qiáng)度存在下列關(guān)系：弛豫時(shí)間長(zhǎng)，譜線強(qiáng)度弱。處在不同化學(xué)環(huán)境的碳核弛豫時(shí)間相差很大，只要測(cè)定了弛豫時(shí)間，就能夠根據(jù)碳譜中各譜線的相對(duì)強(qiáng)度將碳核識(shí)別出來?！谠r(shí)間：弛豫過程所需的時(shí)間。它是核磁共振的一種重要參數(shù)。※弛豫過程：激發(fā)核通過非輻射途徑損失能量而恢復(fù)至基態(tài)的過程。弛豫是保持核磁信號(hào)有固定強(qiáng)度必不可少的過程。（7）常見13C-NMR譜類型及其特性A、噪聲去偶譜（或稱全氫去偶或?qū)拵ヅ糂BD）該法照射全部1H核，將1H核對(duì)13C的偶合影響全部消除，全部13C信號(hào)在譜圖上均作為單峰出現(xiàn)，對(duì)判斷13C信號(hào)的化學(xué)位移十分方便，但無法擬定13C照射全部1H核后，將產(chǎn)生NOE效應(yīng)，使得連有1H核的13C信號(hào)強(qiáng)度增加。NOE效應(yīng)：這時(shí)一種雙共振技術(shù)。當(dāng)使用本技術(shù)照射一組核并使其飽和時(shí)，空間位置與該組核相近的另一組核，其共振信號(hào)將得到加強(qiáng)。這種空間偶極作用使信號(hào)相對(duì)強(qiáng)度發(fā)生變化的現(xiàn)象被稱為NOE效應(yīng)（nuclearoverhausereffect）季碳信號(hào)因不連接1H核，無NOE效應(yīng)發(fā)生，故在13C-NMR譜圖中體現(xiàn)為弱的吸取峰。B、選擇氫核去偶譜（selectiveprotondecouplingspectrum,SPD）※該法是對(duì)某個(gè)（或某幾個(gè)）氫核進(jìn)行選擇照射，以消除其偶合影響；峰形發(fā)生變化的信號(hào)只是與之偶合相連的13C※具體實(shí)例參見p47圖1-34。（8）DEPT（135°）譜A.DEPT（135°）譜重要用來識(shí)別一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)碳原子.B.在DEPT（135°）譜中,一級(jí)碳原子(CH3)、三級(jí)碳原子(CH)為向上的峰;二級(jí)碳原子(CH2)為向下的峰.沒有四級(jí)碳原子(C)的峰.C.如結(jié)合BBD譜圖,可知有機(jī)物中季碳原子數(shù).(9)DEPT（90°）譜※DEPT（90°）譜重要用來識(shí)別三級(jí)碳原子(CH).在DEPT（90°）譜圖中,每一種峰代表一種三級(jí)碳原子(CH).注1:90°或135°意指脈沖寬度.注2:變化某個(gè)13C核周邊的化學(xué)環(huán)境或磁環(huán)境,如引入某個(gè)取代基,則該13教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分派和媒體選擇(10).1H-1H有關(guān)的二維NMR譜(1H-1HCOSY)A.譜圖顯示了1H-1H的偶合關(guān)系;B.譜圖中的二維坐標(biāo)都是1H的化學(xué)位移.處在對(duì)角線上的信號(hào)與一維氫譜提供的化學(xué)位移是一致的.處在對(duì)角線外的信號(hào)稱為交叉峰,它批示了有哪些氫核之間存在偶合關(guān)系.C.從交叉峰出發(fā),分別畫水平線和垂直線,它們與對(duì)角線產(chǎn)生兩個(gè)交點(diǎn),兩個(gè)交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)質(zhì)子之間存在偶合作用.D.圖譜是對(duì)稱的,在對(duì)角線左上方和右下方區(qū)域提供的信息是相似的.(11).1H-13C有關(guān)的二維NMR譜(13C-A.譜圖顯示了13C-1HB.譜圖中的二維坐標(biāo)是1H的化學(xué)位移和13C的化學(xué)位移.圖中的點(diǎn)批示了哪些氫核和碳核之間存在偶合關(guān)系.由點(diǎn)出發(fā),分別畫水平線和垂直線,即可找出存在偶合關(guān)系的質(zhì)子和碳核4﹑旋光光譜(opticalrotatorydispersion,ORD)讓紫外及可見光（波長(zhǎng)λ=200-700nm）經(jīng)尼可爾棱鏡產(chǎn)生偏振光，后用偏振光照射含有旋光性的化合物，偏振光振動(dòng)平面產(chǎn)生變化，即產(chǎn)生旋光現(xiàn)象。測(cè)出其旋光度（α），以波長(zhǎng)對(duì)比旋度[α]×10-2作圖，所得曲線即旋光光譜。

※ORD曲線常見三種類型:(1)平坦譜線（無峰谷之分）A、表達(dá)有機(jī)物即使有不對(duì)稱碳原子，但是在紫外-可見光區(qū)域（200-700nm）無吸取。B、譜線分為正性、負(fù)性兩種，正性譜線在短波處升起，負(fù)性譜線在短波處下降。（2）單純Cotton效應(yīng)譜線A、當(dāng)光學(xué)活性分子中含有發(fā)色團(tuán)時(shí)，ORD曲線將產(chǎn)生異常，出現(xiàn)峰與谷，這就是所謂的Cotton效應(yīng)譜線。B、在Cotton效應(yīng)譜線中，峰與谷之間的縱坐標(biāo)差距稱為振幅a，峰與谷之間的橫坐標(biāo)差值稱為寬幅b.C、Cotton效應(yīng)譜線也分為正性、負(fù)性兩種。其中，正性Cotton效應(yīng)譜線之波峰出現(xiàn)在長(zhǎng)波部分，波谷則出現(xiàn)在短波部分；負(fù)性Cotton效應(yīng)譜線則恰恰相反，即波谷在長(zhǎng)波、波峰在短波部分。教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分派和媒體選擇（3）復(fù)合Cotton效應(yīng)譜線ORD曲線中出現(xiàn)兩個(gè)或更多波峰與波谷時(shí)，即得到所謂復(fù)合Cotton效應(yīng)譜線。ORD曲線的測(cè)定意義：ORD及其Cotton效應(yīng)譜線特性與分子的立體化學(xué)構(gòu)造（構(gòu)型、構(gòu)象）有著重要的關(guān)聯(lián)。如果能找出這種關(guān)聯(lián)性，并用立體構(gòu)造盡量相似或相反的已知化合物與未知化合物的ORD譜作