天然产物波谱解析
天然产物波谱解析
天然产物波谱解析教学大纲课程名称：天然产物波谱解析开课单位：药学院天然药物学系学分：2学时：36考核方式：笔试教学方式：主要以结构较复杂的新合物的图谱为例介绍其波谱特征及分析方法，讲课占总学时的1/2,自学讨论占1/2。
主要负责老师：赵玉英教授授课对象：生药学从事天然产物研究方向的博士研究生开课目的：在天然药物化学、高等天然药物化学波谱解析的基础上，了解核磁共振及质谱等的新发展和新技术及其在天然产物结构确定中的应用，使学生对重要天然产物的波谱特征有较全面深入的了解，掌握天然产物的核磁共振，质谱等主要波谱的分析方法，使学生在完成论文及今后工作期间具有用波谱方法确定天然产物结构的科学思维方法和较强的能力。
教学要求：着重培养学生对天然产物波谱解析能力和科学的分析方法。
预修知识要求：预修课程：天然药物化学、高等天然药物化学及高等波谱解析主要内容第一章常用的1D和2D核磁共振技术重点介绍一些常用的1D和2D NMR实验技术的特征和在天然产物中的应用范围及新发展，主要内容如下：一、通过键连接（一）同核1H-1H COSY，DQF-COSY，TOCSY，1D-TOCSY等，用于自旋系统的归属。
（二）异核13C-1H COSY，HSQC-TOSY，HMQC，HMBC等，用于异核归属及自旋系统间的连接。
二、通过空间连接NOESY等第二章质谱及其在天然产物分析中的应用简述质谱特点，提供的信息，分类、基本原理及新进展，重点介绍以下内容。
一、电子轰击电离（EI）：用于挥发性、热稳定化合物，有标准谱库。
二、化学电离（CI）：用于挥发性、热稳定、EI不易得到分子离子的化合物。
三、场致电离（FDI）：用于难电离、无挥发性小分子化合物。
四、快电子轰击电离（FAB）：用于小分子，极性-中极性化合物。
五、大气压电离（API）：电喷雾（ESI）适用于极性-中极性的化合物，如多肽、蛋白质、寡核苷酸及药物小分子化合物（如苷）。
大气压化学电离（APCI）弱极性-中小极性小分子化合物。
香豆素波谱解析
波谱解析的意义
波谱解析是一种通过分析物质与电磁辐射相互作用的规律，来获取物质结构信息的 方法。
对香豆素进行波谱解析，有助于深入了解其分子结构和性质，为进一步研究其生物 活性、药物作用机制等提供重要依据。
波谱解析还可以用于香豆素的合成、质量控制和鉴别等方面，对于保障药物安全和 促进相关产业的发展具有重要意义。
数据库建设
建立和完善香豆素类化合物波谱数据库，有助于快速检索和比对化 合物结构，促进相关领域的研究和应用。
跨学科合作
加强跨学科合作，将香豆素波谱解析与其他技术手段相结合，拓展 其在不同领域的应用范围。
THANK YOU
01
食品添加剂检测
通过香豆素波谱解析，可以检测食品中 添加的香豆素类化合物，确保食品的安 全性和合规性。
02
03
环境监测
在环境监测中，香豆素波谱解析可用 于检测污染物和有害化学物质，为环 境保护提供技术支持。
香豆素波谱解析的未来发展
新技术应用
随着科技的发展，未来将有更多新的波谱技术应用于香豆素类化合 物的解析，提高解析的准确性和效率。
信号检测
通过检测共振时产生的信号，可以获得与物质内部结构相 关的信息，如化学位移、耦合常数等。
香豆素的核磁共振波谱分析
化学位移
香豆素分子中的氢原子在磁场中的位置不同，会产生不同的化学位 移值，通过分析这些值可以确定香豆素分子中的官能团类型和结构。
自旋耦合
香豆素分子中的氢原子之间会产生自旋耦合现象，通过分析耦合常 数可以进一步解析香豆素分子的结构特征。
紫外光谱法是一种基于物质吸收紫外光的特性进行成分分析的方法。当物质吸收紫外光时，电子从基态跃迁至激发态，从而 产生特定的光谱。
紫外光谱的波长范围通常在190-400nm之间，不同物质在紫外区的吸收波长和强度各不相同，因此可以通过紫外光谱进行物 质的鉴别和含量测定。
有机化合物的波谱分析简介
几种标准图谱集： （1）Sadtler标准光谱集。 （2）Aldrich红外图谱库。 （3）Sigma Flourier红外光谱图。
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五、红外图谱解析 解析图谱时，要同时考虑峰的位置、强度及形状， 不能只考虑峰的位置。 特征频率区、指纹区、相关峰要相互结合考虑。
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红外光谱法的应用－红外图谱的解析 一般步骤:
C－H 伸缩
CH
3300cm-1
CH
3100cm-1
CH
2900cm-1
6、氢键、空间效应以及物态、溶剂等外界因素也会 影响红外吸收峰的位置及形状。
21
三、不同官能团的特征吸收峰 烷烃
烷烃中只含有C－C和C－H两种键，其中C－C 键的红外吸收峰很弱，没有应用价值。
C－H的伸缩振动:
接近3000cm-1但在3000cm-1以下的范围内有频 率
δC－H 2800 ，2700cm-1
酮 νC＝O 与醛的吸收相近， 同样若与双键或 苯环共轭，则吸收频率降低
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羰基化合物－羧酸及其衍生物 羧酸； 有一个大的羟基伸缩振动峰。
C＝O的吸收峰较醛、酮小。
酸酐 νC＝O 双峰 1840～1800cm-1 1780～1740cm-1 酰氯 νC＝O 1800cm-1 酰胺 νC＝O 1690～1630cm-1
(to be continued)
8
区域 近红外线 中红外线 远红外线 微波 无线电波
区域波长范围 激发能级
光谱方法
0.8~2.5μm
振动与转动 近红外光谱法
2.5~15μm 15~300μm
振动与转动 振动与转动
红外光谱法 Raman光谱法
远红外光谱法
0.03~100cm 1~1000m
复杂天然产物波谱解析
复杂天然产物波谱解析一、复杂天然产物波谱解析是什么呢？咱就把这个复杂天然产物想象成一个神秘的小怪兽，波谱解析呢，就像是给这个小怪兽做全身检查的手段。
波谱啊，就像是这个小怪兽的各种特征画像，有紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱等等。
这些波谱就像小怪兽的不同角度的照片，能让我们看到它的不同特点。
1、紫外光谱紫外光谱就像是小怪兽在紫外光下的样子。
它能告诉我们这个复杂天然产物里面有没有一些特殊的基团，比如说共轭双键之类的。
就好比你看一个人的外貌，能看出他有没有大眼睛、高鼻梁这些特征一样。
当我们看到紫外光谱上的一些吸收峰的时候，就像是发现了小怪兽的独特标记。
比如说，如果在某个特定波长有很强的吸收峰，那可能就意味着这个天然产物里面有苯环之类的结构。
2、红外光谱红外光谱就更厉害了，它就像是小怪兽的热成像图。
不同的化学键在红外光下会有不同的振动吸收，就像不同的物体在热成像仪下有不同的温度显示一样。
我们可以通过红外光谱来判断这个复杂天然产物里面有哪些化学键。
比如，如果在某个波数有很强的吸收，那可能就表示有羰基这种化学键存在。
这就像是你通过热成像图能判断出某个地方是热源一样准确。
3、核磁共振谱核磁共振谱就像是小怪兽的内部结构X光片。
它能告诉我们这个天然产物里面各个原子的连接方式和环境。
有氢谱和碳谱两种常见的核磁共振谱。
氢谱能让我们知道不同环境下的氢原子的情况，碳谱则是关于碳原子的信息。
比如说，通过氢谱上的化学位移、峰的裂分等信息，我们就能推断出氢原子周围的化学环境，是和电负性强的原子相连呢，还是在一个比较宽松的环境里。
就像通过X光片能看到骨头是健康的还是有损伤一样。
二、为啥要进行复杂天然产物波谱解析呢？这就好比我们要了解一个新认识的朋友一样。
如果这个朋友是一个复杂天然产物，那波谱解析就是我们了解它的途径。
1、对于科研在科研领域，复杂天然产物波谱解析是非常重要的。
科学家们发现了很多从植物或者微生物里提取出来的复杂天然产物，这些东西可能有药用价值或者其他特殊的功能。
有机化学波谱分析
质谱的解析方法
谱图解析
01
根据质谱峰的位置和强度，确定有机分子的分子量和结构信息。
同位素峰分析
02
利用同位素峰的强度比推断有机分子的元素组成。
裂解模式分析
03
研究有机分子在质谱仪中的裂解行为，推断有机分子的结构特
征。
质谱在有机化学中的应用
有机分子鉴定
通过比较标准谱图和实验谱图，确定有机分子的 化学结构。
通过自动化和智能化的技术手段，实 现波谱分析与其他分析方法的快速、 高效联用，提高分析效率，减少人为 误差。
波谱分析在有机化学中的新应用
新材料表征
随着新材料研究的不断深入，波谱分析在新型有机材料如高 分子聚合物、纳米材料等的表征中发挥越来越重要的作用。
生物大分子研究
利用波谱分析技术，研究生物大分子如蛋白质、核酸等的结 构和功能，有助于深入了解生物体系的复杂性和相互作用的 机制。
通过有机化学波谱分析，可以确定有机化合物的分子量、官能团、化学键等结构信息，有助于深入了解 有机化合物的性质和反应机理。
有机化学波谱分析还可以用于有机化合物的定性和定量分析，为有机化合物的合成、分离、纯化等提供 有力支持。
有机化学波谱分析的发展趋势
随着科技的不断进步，有机化学波谱分析技术也在不 断发展，新的技术和方法不断涌现。
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高灵敏度检测
利用新型的信号处理技术和高精度的 检测设备，提高波谱分析的灵敏度和 分辨率，有助于更准确地鉴定有机化 合物的结构和性质。
波谱分析与其他分析方法的联用
联用技术
将波谱分析与其他分析方法如色谱、 质谱、核磁共振等联用，可以实现更 全面、准确的分析，提高复杂有机混 合物的分离和鉴定能力。
香豆素波谱解析
2020/4/30
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香豆素波谱解析
（五）质谱 香豆素类化合物有如下特点：
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有强的分子离子峰； 基峰是失去CO的苯骈呋喃离子； 主要裂解途径是：首先失去CO。
香豆素波谱举例
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香豆素波谱举例
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香豆素波谱举例
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香豆素的分类
香豆素核上的异戊烯基常 与邻位酚羟基（7-羟基） 环合成呋喃或吡喃环，前
者称为呋喃香豆素。
呋喃香豆素
（
少数为 5,6-吡喃骈
线型和角型）香角型）
香豆素的分 类
简单香豆素
指α-吡喃酮环上有取代
基的香豆素类。还包括二 聚体和三聚体。C3、C4上
香豆素波谱解析
（一）紫外光谱法
UV下显蓝色荧光。 C7位导入-OH——荧光增强 -OH醚化后——荧光减弱
有母核上无含氧取代基
有含氧取代基
▪274 nm——苯环
最大吸收向红位移。
311 nm——吡喃酮环
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其他香豆素
常有取代基：苯基、羟基、
异戊烯基等。
只有苯环上有取代基 的香豆素 如： 7-羟基香豆素
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呋喃香豆素（线型和角型）
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吡喃香豆素（线型和角型）
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天然产物的光谱解析总结
糖对苷元的影响： 酚苷：较特殊，糖使苷元的α-C 的δ移向高场。 醇苷： 糖使α-C 的δ向低场移动 4～12 ppm，β-C 的δ向高场移动。 酯苷：糖使苷元的α-C 的δ移向低场。 碳苷：糖使苷元的α-C 的δ移向低场。 注意：其他位置羟基与糖连接，同样使该位置的碳的化学位移值加大，借此可确定多糖 苷中各个糖的连接位置。苷化位移值与苷元结构有关，与糖的种类无关
糖与苷元结合形成苷后，糖的端基碳和苷元的α、β碳原子的化学位移产生变化，这 种信号的移动叫苷化位移。
苷元对糖上的端基碳的影响： 成苷后，糖上的端基碳的 δ 较游离糖移向低场 与相对应的甲基苷相比，苷的端基碳较甲基苷的δ移向高场，伯醇苷元的变化为 0.5～ 1.5ppm, 仲醇苷元为 2～3ppm, 叔醇更高。
106
连接顺序 苷键构型
水解后通过 MS、NMR 分析 酶解法、旋光度法、NMR 法
比较，可分析得知苷元与糖连接的位置
2.1.2 葡萄糖和鼠李糖的 1HNMR 谱性质
C H2O H
H
O OH
H OH
H2
HO
H1
H
OH
H HO
CH H
3
H OH
O OH H2
H1 OH
β-D-glucose
α-L-rhamnose
表 7－1 苷类的结构研究程序
方
法
备注
测定熔点、比旋度等
元素分析、FD-MS、FAB-M 等
稀酸或酶水解
全水解-PC 或 GLC、NMR 等
用纸色谱与标准品对照检出水解液中单糖的种类
PC 光密度扫描、MS、NMR 等 全甲基化甲醇解、13C-NMR 等
计算苷与苷元的相对分子质量的差值，求出糖的数目 游离-OH 是连接位置，最末端糖是全甲醚化单糖。 通过比较苷和苷元相应位置的 13C-NMR 化学位移的
天然药物化学课程的NMR解析
天然药物化学课程的NMR解析以乌头属植物玉龙乌龙中分离得到的一个新的苯甲酰胺衍生物stapfianine B的核磁共振波谱（NMR）数据解析为例，讲授本科药学专业天然药物化学的结构研究章节。
Stapfianine B结构中包含苯环、酰胺、酯键和酚羟基等常见基团，非常适合作为结构研究的授课内容。
标签：天然药物化学；核磁共振波谱；stapfianine B；结构解析Abstract：This paper describes the teaching of pharmaceutical undergraduates curriculum “medicinal chemistry of natural products” according to the nuclear magnetic resonance （NMR）analysis of stapfianine B，a new benzamide derivative isolated from Aconitum stapfianum. Stapfianine B possesses benzene，amide，ester and phenolic hydroxyl groups，and its NMR data are very suitable for NMR teaching.Keywords：Medicinal Chemistry of Natural Products；NMR；Stapfianine B；Structural Identification and Characterization1 引言天然藥物化学是高等医药院校药学及相关专业必修课程，主要讲授天然药物化学成分的理化性质、提取分离及结构鉴定，其中结构鉴定是课程的重要内容。
目前，波谱学是天然产物结构鉴定的主要方法，尤其核磁共振波谱法（NMR）提供的结构信息丰富，谱图可解析性高，已成为天然产物结构鉴定的主要方法。
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天然产物波谱解析教学大纲
课程名称：天然产物波谱解析
开课单位：药学院天然药物学系
学分：2
学时：36
考核方式：笔试
教学方式：主要以结构较复杂的新合物的图谱为例介绍其波谱特征及分析方法，讲课占总学时的1/2,自学讨论占1/2。
主要负责老师：赵玉英教授
授课对象：生药学从事天然产物研究方向的博士研究生
开课目的：在天然药物化学、高等天然药物化学波谱解析的基础上，了解核磁共振及质谱等的新发展和新技术及其在天然产物结构确定中的应用，使
学生对重要天然产物的波谱特征有较全面深入的了解，掌握天然产物
的核磁共振，质谱等主要波谱的分析方法，使学生在完成论文及今后
工作期间具有用波谱方法确定天然产物结构的科学思维方法和较强
的能力。
教学要求：着重培养学生对天然产物波谱解析能力和科学的分析方法。
预修知识要求：预修课程：天然药物化学、高等天然药物化学及高等波谱解析
主要内容
第一章常用的1D和2D核磁共振技术
重点介绍一些常用的1D和2D NMR实验技术的特征和在天然产物中的应用范围及新发展，主要内容如下：
一、通过键连接
（一）同核
1H-1H COSY，DQF-COSY，TOCSY，1D-TOCSY等，用于自旋系统的归属。
（二）异核
13C-1H COSY，HSQC-TOSY，HMQC，HMBC等，用于异核归属及自旋系统间的连接。
二、通过空间连接
NOESY等
第二章质谱及其在天然产物分析中的应用
简述质谱特点，提供的信息，分类、基本原理及新进展，重点介绍以下内容。
一、电子轰击电离（EI）：用于挥发性、热稳定化合物，有标准谱库。
二、化学电离（CI）：用于挥发性、热稳定、EI不易得到分子离子的化合物。
三、场致电离（FDI）：用于难电离、无挥发性小分子化合物。
四、快电子轰击电离（FAB）：用于小分子，极性-中极性化合物。
五、大气压电离（API）：
电喷雾（ESI）适用于极性-中极性的化合物，如多肽、蛋白质、寡核苷酸及药物小分子化合物（如苷）。
大气压化学电离（APCI）弱极性-中小极性小分子化合物。
六、基质辅助激光电离（MALDI）：用于极性-中极性的化合物，如蛋白质、多肽，寡肽苷酸，糖肽等
七、飞行时间质谱（TOFMS）
第三章芳香性天然产物的结构解析
本章以黄酮类化合物为重点，同时也介绍香豆素、蒽醌、苯丙素和苯乙醇苷等天然产物的结构解析方法。
第一节黄酮类化合物
一、双黄酮
二、查耳酮
三、糖上联有苯丙酰基的二氢黄酮
四、三糖黄酮苷
五、碳苷
六、阻转异构体黄酮
七、紫檀素类
八、具特殊功能基（具异戊烯基、单萜取代基、呋喃环、吡喃环等）异黄酮等
第二节其他芳香类天然产物
一、有特殊功能基的香豆素异构体
二、蒽醌类化合物
三、木脂素
四、苯乙醇苷
思考题：
1．分析化合物OM-1和VCD的全部图谱，确定其结构。
2．指出区别各类黄酮，香豆素、蒽酮，木脂素及苯乙醇苷类化合物的NMR 谱特征吸收峰。
第四章萜类
介绍萜类化合物的NMR波谱特征
一、单萜（环烯醚萜、紫罗兰酮的衍生物等）
二、倍半萜（蛇麻烷型等）
三、二萜（香茶菜型等）
四、三萜（见皂苷一章）
思考题：
1．简述萜类化合物的波谱特征
2．分析T-1和T-2的波谱数据写出其结构
第五章皂苷
以糖链较复杂的皂苷为实例研究用波谱法确定苷元及其糖的结构的波谱方法。
一、四环三萜、五环三萜、C21甾体等皂苷元的波谱特征
二、苷中糖的种类、数量、连接顺序、连接位置及苷键构型的确定方法。
三、糖与苷元的连接方式的确定。
思考题：
1．四环三萜、五环三萜、甾体及常见几种五环三萜皂苷中皂苷元1H及13C NMR的特征有何主要区别
2．简述MS、1H-1H COSY、HMBC、NOESY、TOCSY在确定苷中糖的结
构中作用。
3．在苷的结构确定中常用哪些MS方法？
4．一般苷和酯苷的13C NMR有什么区别？
第六章生物碱
讲授各种高级NMR波谱技术在解析各类型天然生物碱结构上的应用和各类型生物碱的NMR特性以及如何利用NMR波谱技术确定生物碱的立体构型。
第七章其他类型化合物
一、强心苷等波谱特征
二、甾醇化合物波谱特征
三、脂肪醇、脂肪酸等化合物波谱特征
主要参考文献
1．P．K．Agrawal. Carbon-13 NMR of Flavoids
2．于德泉等：分析化学手册第五分册核磁共振波谱分析
3．Gong Cheng et al. Tetraheron 2000,56(45):8915
4．王祝举等.中国中药杂志2000,25(10):538
5．梁鸿等.药学学报. 1998,33(4):282
6．姚新生等.超导核磁共振波谱分析中国医药科技出版社1991
7．H．杜德克等（于德全译）。
近代核磁共振谱阐明结构北京医科大学中国协和医科大学联合出版社1991。