第7章综合谱图分析

1、第七章 综合谱图分析n第一节有机化合物结构综合分析一般策略第一节有机化合物结构综合分析一般策略n推导有机化合物的结构推导有机化合物的结构.对于一个未知化合物对于一个未知化合物,尤其是复杂的分子的结构推导是一个繁琐的工尤其是复杂的分子的结构推导是一个繁琐的工作作,也是一个逻辑推理的综合分析的过程也是一个逻辑推理的综合分析的过程,涉及涉及到四大谱的方方面面的知识到四大谱的方方面面的知识,但是化合物的结但是化合物的结构推导也是有规律可寻构推导也是有规律可寻,本章介绍有机化合物本章介绍有机化合物结构鉴定的一般策略结构鉴定的一般策略. 解析谱图应该注意:n首先,要清楚各个谱图的基本应用地位.n从各种谱学

2、方法的内容可以知道：IR,UV谱图解决的是有机化合物的官能团的问题,质谱主要解决的是化合物的分子量和分子式 ,质谱中许多碎片离子提供了化合物的许多有用结构信息.但是对于一个未知化合物的结构,尤其是比较复杂的分子,起着主导作用的是NMR,我们推导结构时,可以说是以核磁共振谱图为基础来推导结构,这是因为核磁共振谱图规律性强，可解析性高，信息量多，谱图多样。以核磁共振谱图为基础，推导结构便捷，准确度高。n在整个未知化合物解析过程中在整个未知化合物解析过程中,有一个非常形有一个非常形象的比方象的比方,就象小孩玩拚图就象小孩玩拚图,要一个片断一个片要一个片断一个片断接上断接上,拼成一个整体的图拼成一个整

3、体的图,即形成一个完整的即形成一个完整的分子结构分子结构.nNMR可以应用一维谱可以应用一维谱(HNMR,13CNMR),二维二维谱谱(1H-1HCOSY,1H-13C-COSY,HMQC,HMBC等等),不仅解决了化合物的结构片断不仅解决了化合物的结构片断,片断地连结片断地连结,而且解决了化合物的空间位置和立体化学而且解决了化合物的空间位置和立体化学(NOE,NOESY),这是其它谱图无法解决的问题这是其它谱图无法解决的问题.n对于合成的目标化合物的表征和天然产物分离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得到的简单结构的化合物或已知化合物可以用核磁共

4、振谱再辅以其它谱图推导结构。即以核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、红外光磁共振氢谱、碳谱为基础，配合质谱、红外光谱等推出结构谱等推出结构,由于二维核磁共振谱费时和测由于二维核磁共振谱费时和测试成本高试成本高,如果能用一维谱解决结构如果能用一维谱解决结构,尽量采用尽量采用一维核磁共振谱。一维核磁共振谱。n基于二维核磁共振谱推导结构的方法，主要应基于二维核磁共振谱推导结构的方法，主要应用解决更复杂的结构问题。用解决更复杂的结构问题。二二.合成目标化合物以及简单化合物的鉴定合成目标化合物以及简单化合物的鉴定n三。复杂化合物的结构鉴定三。复杂化合物的结构鉴定n

5、当未知物分子量大，结构复杂，特别是当未知物为新的当未知物分子量大，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。样情况下，可以来用下述方法。n 1)尽力制备未知物样品的单晶。用该样品测定尽力制备未知物样品的单晶。用该样品测定X射线射线衍射的数据，通过对衍射数据的处理，可以得到该未知衍射的数据，通过对衍射数据的处理，可以得到该未知物的准确结构物的准确结构(除所含原子及其相互连接顺序之外尚有除所含

6、原子及其相互连接顺序之外尚有键长、键角等数据键长、键角等数据)。近十几年来，由于。近十几年来，由于“直接法直接法”的的发展，已使一般的有机化合物都可通过单晶发展，已使一般的有机化合物都可通过单晶X射线衍射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。限制的，如重原子法要求化合物含重原子。n 2)当样品是非单晶或不能培养单晶时当样品是非单晶或不能培养单晶时,选择合适的化学选择合适的化学反应将未知化合物裂解反应将未知化合物裂解,生成小分子生成小分子,鉴定小分子的结构鉴定小分子的结构后后,再拼出原未知化合

7、物的结构再拼出原未知化合物的结构.尤其在解析糖甙尤其在解析糖甙,多肽化多肽化合物得到广泛应用合物得到广泛应用.四。要明白一个未知化合物应用四谱解析结构大致步骤.n应用各种谱图鉴定未知有机化合物是一个复杂应用各种谱图鉴定未知有机化合物是一个复杂,繁琐的过程繁琐的过程,也是一也是一个逻辑思维的过程个逻辑思维的过程.解析化合物的结构大致顺序是解析化合物的结构大致顺序是:经过经过TLC或熔点或熔点(沸点沸点)或或HPLC证实被鉴定化合物是单一化合物后证实被鉴定化合物是单一化合物后,n经过经过(高分辨高分辨)质谱和元素分析测定质谱和元素分析测定,首先确定化合物的分子量和分首先确定化合物的分子量和分子式再

8、经过测定子式再经过测定IR,UV,确定化合物的官能团确定化合物的官能团.n在做一维核磁共振在做一维核磁共振(HNMR,13CNMR).分析时可以从分析时可以从HNMR着手着手,从从氢谱中可以看出化合物的复杂程度氢谱中可以看出化合物的复杂程度,从红外数据中可以知道化合物从红外数据中可以知道化合物的结构类型的结构类型,如果化合物的氢谱信号不多如果化合物的氢谱信号不多,预示着该化合物的结构比预示着该化合物的结构比较简单较简单,通过质谱的数据检索库查出它的相应结构通过质谱的数据检索库查出它的相应结构,同时对照氢谱同时对照氢谱,碳谱碳谱,对照时对照时,以碳谱为准以碳谱为准,如果吻合如果吻合,就可以确定为

9、已知化合物就可以确定为已知化合物.如果如果碳谱数据找不出相应的结构碳谱数据找不出相应的结构,证明化合物可能是未知化合物证明化合物可能是未知化合物,再经过再经过DEPT,2D-NMR等方法等方法,结合质谱的碎片离子分析结合质谱的碎片离子分析,把未知化合物的把未知化合物的结构片断推导出来结构片断推导出来,通过远程通过远程1H-1HCOSY,HMBC,COLOC等技术等技术把片断接上把片断接上,再应用再应用NOE差谱差谱,NOESY确定化合物的相对构型确定化合物的相对构型,如果如果需要解决绝对构型需要解决绝对构型,可以通过可以通过CD光谱和光谱和X-RAY晶体衍射确定化合物晶体衍射确定化合物的绝对构

10、型的绝对构型.综合解析的一般步骤如图所示:未知化合物EI,元素分析 结合DEPTHRMS分子式的确定IR,UVHNMR,13CNMR官能团确定结构片段HNMR,DEPTH_HCOSY,H-CCOSY,HMQC,HMBC分子结构HMBC,RCOSYCOLOCHOHAHANOE差谱,NOESY,手性位移试剂,单晶衍射立体结构分子结构 图1.未知化合物解析的一般步骤n综合解析核磁共振谱和其它谱图无固定步骤。综合解析核磁共振谱和其它谱图无固定步骤。这里，作者根据教学实践和结合自己的科研，这里，作者根据教学实践和结合自己的科研，归纳下述解析步骤和思考方法，供读者参考。归纳下述解析步骤和思考方法，供读者参

11、考。n1对一个未知化合物来说，要确定它的结构，对一个未知化合物来说，要确定它的结构，首先必须确定该物的分子式。可采用高分辨质首先必须确定该物的分子式。可采用高分辨质谱谱(HRMS)法或质谱法或质谱(MS)法，加元素分析法，法，加元素分析法，HRMS法用量小，结果准确可靠用元素分析法法用量小，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，计算方法也很式可算出该化合物的不饱和度，计算方法也很简单，可用链状饱和碳氢化合物的组成通式简单，可用链状饱和碳氢化合物的组成通式CnH2n+2为基础进行计算为基础进行计算 .D

12、EPT技术可以确技术可以确定化合物的甲基，亚甲基，次甲基和季碳，印定化合物的甲基，亚甲基，次甲基和季碳，印证化合物的分子量。证化合物的分子量。2。官能团的确定。官能团的确定n利用利用IR,UV推导化合物可能的官能团，再用推导化合物可能的官能团，再用HNMR,13CNMR（DEPT)的化学位移印证，要的化学位移印证，要求对常见的求对常见的HNMR,13CNMR（DEPT)的化学位的化学位移值范围熟记。移值范围熟记。3。分子结构片断地推导。分子结构片断地推导n一个高质量的一个高质量的H NMR谱对阐明结构是至关重谱对阐明结构是至关重要的要先将要的要先将H NMR谱中每个能辨认谱中每个能辨认H信号，

13、自信号，自左至右分别标号，如左至右分别标号，如a，b，c，d。对于。对于重叠的信号，根据其所含重叠的信号，根据其所含H数目数目(由积分求出由积分求出)也要分别用字母标出，如也要分别用字母标出，如e,f,g,h等。谱中所标等。谱中所标出的出的H数应与分子式中数应与分子式中H数目相当。若是一个数目相当。若是一个对称性分子，则只能观察到分子中一半氢的信对称性分子，则只能观察到分子中一半氢的信号。号。n同样，测一个同样，测一个13C NMR谱，包括全去偶和谱，包括全去偶和DEPT或或INEPT谱，以确定该分子所含碳原子谱，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目。对的数目和种类，以及

14、每个碳原子连氢的目。对所有的每种碳从左到右标以所有的每种碳从左到右标以A,B,C,D. 测定二维核磁共振相关谱测定二维核磁共振相关谱(COSY谱谱)。1H-1H COSY和和1H-C- 13COSY，1H-1H COSY45是最常用的，是最常用的，H1-H1COSY用以确定分子中邻氢用以确定分子中邻氢(2J偶合偶合),同碳氢同碳氢(1J偶合偶合)以及以及W偶合氢偶合氢H和和H之间的关系，并要将其对角线中表之间的关系，并要将其对角线中表示的化学位移进行标号，应与示的化学位移进行标号，应与H NMR谱的标号相当。谱的标号相当。1H-13C COSY谱最好测异核相关谱谱最好测异核相关谱(HMQC谱谱

15、)，因为，因为HMQC谱的灵敏度高。谱的灵敏度高。HMQC可确定分子中碳原子和氢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。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，从而与谱也进行标号，从而与HNMR和和1H-1H COSY谱谱联系起来，从联系起来，从HMQC语的偶合信息可确定语的偶合信息可确定H NMR语中语中哪些哪些H是同碳氢，哪些氢是邻位氢。再由是同碳氢，哪些氢是邻位氢。再由1H-1H COSY谱进一步确定谱进一步确定H和和H之间的偶合关系，为比较方便可列之间的偶合关系，为比较方便可列出氢碳相关的表，以表示它们的相关性。这里要注意的出氢碳相关

16、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，通常是是分子中一些远程偶合问题，通常是W型偶合。由于已型偶合。由于已知知H,H间的偶合；也知道某些间的偶合；也知道某些H,C间的关系，所以便可间的关系，所以便可确定某些氢碳之间的连接问题。确定某些氢碳之间的连接问题。 4分子结构的推导分子结构的推导n结构片段如何拼接而成为分子结构，则必须解决绕过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，季碳或杂原子的连接方法。常采用远程异核相关谱，即相隔即相隔2、3个键个键(间或间或4键键)的碳氢相的碳氢相n关谱，多用关谱，多用HMBC谱或谱或CO

17、LOC谱，前者灵敏度高，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。有时也用或构成整个分子结构。有时也用NOE谱或谱或NOESY谱谱来解决结构片段的连接。当然，若样品量充足，必要来解决结构片段的连接。当然，若样品量充足，必要时也可用时也可用INADEQUA犯法直接测定分子中碳碳连接犯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的信息，从而确定分子的碳碳连接顺序即分子骨架。5测定分子的立体化学测定

18、分子的立体化学 n通常放在结构测定的后期进行。一维通常放在结构测定的后期进行。一维NOE差差谱是优先采用的解决相对立体构型的方法，有谱是优先采用的解决相对立体构型的方法，有时也可用二维时也可用二维NOESY谱或谱或NOE差谱。绝对立差谱。绝对立体构型的确定或体构型的确定或ee值值.。必要时用手性化学位。必要时用手性化学位移试剂，移试剂，CD(圆二色），圆二色），X-RAY晶体衍射技术。晶体衍射技术。n当然当然,有机化合物的结构鉴定是一个复杂的工有机化合物的结构鉴定是一个复杂的工作作,很难有一个统一的步骤很难有一个统一的步骤,在解析有机化合物在解析有机化合物的结构时要具体情况的结构时要具体情况,

19、具体分析具体分析,不一定完全按不一定完全按照这一步骤照这一步骤,n一个原则：视有机化合物的结构复杂程度而定一个原则：视有机化合物的结构复杂程度而定,尽量用最少的谱图解析尽量用最少的谱图解析,满足将结构和信号解满足将结构和信号解释清楚释清楚,对于合成的有机化合物和不复杂的天对于合成的有机化合物和不复杂的天然产物能用一维谱结合其它谱图解析结构然产物能用一维谱结合其它谱图解析结构,可可以不再作二维谱以不再作二维谱.或者尽量少做二维谱或者尽量少做二维谱. 以上所以上所介绍是鉴定化合物的一般步骤介绍是鉴定化合物的一般步骤, 具体解析谱图还应该注意一些几点具体解析谱图还应该注意一些几点 n1)解析谱图时解

20、析谱图时,首先从各种谱图获得一些最基首先从各种谱图获得一些最基本的结论本的结论. n2). 选择合适的出发点选择合适的出发点,推导未知物分子的结构推导未知物分子的结构单元单元n 3) 选择出最有可能的结构选择出最有可能的结构n4) 天然化合物的生源关系天然化合物的生源关系例如NHOONHAldisin12345678910n化合物A1的13CNMR（图7）且从其DEPT谱（图8所示）上知：该化合物中含有2个“CH2（C 36.5和43.5）”、2个“CH（C 109.5和122.3）”、2个“C（C 123.6和127.9）”和2个“OC（C 162.2和194.3）”。也具有吡咯内酰胺的结构

21、骨架。经与已知物Aldisin的13CNMR、1HNMR对照，可以确定化合物A1为已知物Aldisinn有一点需要注意;n对照已知化合物一般要对照13CNMR,如果碳谱数据一致，表明化合物的结构一样。 第二节分子式的确定 n分子式的确定对于有机化合物的结构鉴定至关重要. 确定分子式的方法有两种: n1.质谱 和元素分析 n2.高分辨质谱 1。质谱 和元素分析确定分子式na从质谱图中首先必须判断化合物的相对分子量.n要弄清楚有机化合物的分子式首先必须判断化合物的相对分子量.化合物的分子量主要从质谱图中分析得到, 在EIMS谱中,在高质区找出质荷比(m/z)最大值的离子峰可能就是相对分子质量(M+

22、).一般分子离子峰上在质谱中最右端,但是在EIMS中往往分子离子峰不能出现,特别是含羟基或者含多个羟基化合物中,如果最高质量的离子峰和它相邻的碎片峰之间质量相差3-14,21-25之间,可以确定该最高离子峰肯定不是分子离子峰. nb.选用何种质谱电离技术要根据化合物的结构性质料决定.n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 表表7.1 各种电离技术的比较各种电离技术的比较电离方法电离方法样品适合范围样品适合范围进入方式进入方式质量范围质量范围离子特征离子特征电子

23、轰击电子轰击E (EI)有一定的挥发性有一定的挥发性样品样品气化和固体探针气化和固体探针1,000 M+化学电离化学电离 (CI)有一定的挥发性有一定的挥发性样品样品气化和固体探针气化和固体探针1,000 软电离软电离M+H+电喷雾电喷雾 (ESI)肽和蛋白质不挥肽和蛋白质不挥发样品发样品液相色谱液相色谱 聚苯乙烯聚苯乙烯 200,000 软电离软电离M+H+快原子轰击快原子轰击 (FAB)碳水化合物和金碳水化合物和金属有机属有机,肽肽,不挥发不挥发样品样品样品用粘稠的基样品用粘稠的基质如甘油质如甘油6,000 软电离软电离M+H+ 基质辅助激光解基质辅助激光解吸吸 (MALDI)肽肽,蛋白质

24、蛋白质 核苷核苷样品用固体基质样品用固体基质500,000 软电离软电离 高的分子量高的分子量c.参考核磁共振谱n当然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耦DEPT数据时碳原子上所连氢原子的数目可以算出；由氢谱的积分曲线并以个别可识别基团的氢原子数作为基准，化合物中所含氢原子数目可以算出.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.无论如何，纵然分子存在对称性(使分析碳谱谱有一定困难)，或氢谱积分曲线所示结果不十分清楚时，结合氢谱和碳谱，对确定化合物中碳原子和氢原子的数目是无问题的 n综上所述，从碳

25、谱和氢谱已能确定分子中，绝大部分(甚至全部)的元素组成：碳原子数、氢原子数及某些杂质子，其余仅是部分杂原于而已.分子个所含杂原子的种类及数目则从质谱可提供大量信息。前面已讲述从M十2M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于数的信息。若存在比烷基或苯基离子系列大两量单位的离子(m/z为31、45，或mz：为93等)，可知分子中氧的存在；从M-18，M-29等峰的存在也可知分子中氧的存在。从M19、M20(HF、)、M-50(CF2)等质谱峰可知分中氟的存在、从M127的峰可知碘的存在。d.元素分析n在搞清楚化合物分子量后,还必须弄

26、清化合物的元素组成,在没有高分辨质谱的情况下需要做元素分析,元素分析在元素分析仪上进行,通过元素分析可以知道化合物的C,H,N的相对百分比,乘以化合物的分子量,再分别除以C,H,N的原子质量,就是化合物的C,H,N的原子组成,对于其它杂原子可以采用以上讨论的方法给与补足.就可以确定化合物的分子式.所以在做元素分析时化合物的纯度必须达到99.5%以上,误差在千分之五,否则推导的分子式是错误的. n元素分析一般需要样品10mg,对于合成的化合物来说,样品纯度和数量都不成问题,但对于分离得到的化合物,大部分情况下有难度.2.高分辨质谱确定分子式 n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

27、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.在有机化合物的结构分析中,在整理论文时,元素分析和高分辨质谱数据二者必居其一,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.第三节 确定分子中存在的官能团n在所测得的各种谱图中、虽然从谱图反映的信息即可确定某种官能团的存在，但从另方面来看，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，至少是和各谱图不应有矛盾。有机化合物常见的官

28、能团很多。n现仅以几种最常见的为例进行讨论。取代苯环n取代苯环在下述五种谱图中均有所反映：取代苯环在下述五种谱图中均有所反映：n 氢谱：氢谱：6.5-8.0 ppm有峰，除对位取代以外，一有峰，除对位取代以外，一般取代苯环偶合都较复杂。般取代苯环偶合都较复杂。n 碳谱：碳谱：110-165ppm有峰有峰,般有取代的碳原子的值般有取代的碳原子的值都明显移向低场。都明显移向低场。n 质谱：单取代的苯环存在质谱：单取代的苯环存在m/z 39、51、65、77序序列，常可见列，常可见m/z91、92。苯环的存在能使分子离子峰。苯环的存在能使分子离子峰强度增加。强度增加。n 红外：官能团区有红外：官能团

29、区有3030、1600、1500的吸收峰，的吸收峰，苯环指纹区苯环指纹区(670一一910cm-1)有吸收峰。有吸收峰。n 紫外：吸收位置视共扼体系的大小而走，但吸收波紫外：吸收位置视共扼体系的大小而走，但吸收波长总大于长总大于250nm. 1苯环上取代基数目n 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。n 从碳谱中被取代的苯环碳原子值移向低场且偏共振去耦时为单峰，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。2苯环上取代基的类型n下面几点可帮助判断取代基类型n 1)氢谱n 从氢谱

30、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)有更大的值。 2)红外n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 3)质谱n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n4

31、)碳谱n氧、氮原子使苯环上被取代的碳原子的值大辐度地移向低场方向。5)紫外n苯酚、苯胺的存在可以中性介质下测定的紫外数据对比在酸性(或碱性)介质下重新测定的数据来确证.3取代基的位置n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：n 1)对苯环上剩余氢的值进行计算n 按各种取代位置的可能性，对苯环上剩余氢的值进行计算并与实测值对比，从而得出苯环取代的位置。n2)从氢谱的苯环取代区的峰形进行分析n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。 3)对苯环上各个

32、碳原子值进行计算n按各种可能的取代位置，对苯环上各个碳原子(特别提被取代碳原子)的值进行计算并与实测值对比，从而确定取代基的相应位置、由于碳谱苯环区范围有60ppm.所得结果较氢谱准确、清楚. n4).红外图中苯环取代区吸收峰位置可帮助判断苯环取代位置,当取代基极性强时,这n样的判断可能不准确.n5).当有邻位取代基团时,质谱可找到因邻位效应的特殊重排.如m/z 92离子峰正长链烷基n正构长链炕基无紫外吸收，但它在其余几种谱图均有所反正构长链炕基无紫外吸收，但它在其余几种谱图均有所反映映.n 核磁共振氢谱中，除连接取代基的核磁共振氢谱中，除连接取代基的“-CH2的谱峰处于的谱峰处于相对低场位置

33、外，各个相对低场位置外，各个CH2，的，的值均十分接近值均十分接近(CH2的谱的谱峰位置稍偏低场峰位置稍偏低场)，在约，在约1.25ppm形成一个大峰。该峰粗形成一个大峰。该峰粗看为单峰，因各看为单峰，因各CH2值很相近。细看有很多小峰尖，因这值很相近。细看有很多小峰尖，因这是是 一个强耦合体系。一个强耦合体系。n 碳谱中，除碳谱中，除CH2之外，链上其它碳原子的谱线都在较之外，链上其它碳原子的谱线都在较高场位置高场位置(35pm)，其中有几个碳原子的谱线很靠近，其中有几个碳原子的谱线很靠近(28PPm)。n 质谱中，无分枝的烷基链会产生质谱中，无分枝的烷基链会产生m/z 29、43、57系列

34、的离子，各峰簇的顶点构成系列的离子，各峰簇的顶点构成平滑曲线平滑曲线.n 在红外图中，约在红外图中，约2920、2850cm-1两处形成强吸收，约两处形成强吸收，约1470处吸收明显，并可见约处吸收明显，并可见约723cm-1处的吸收峰。处的吸收峰。 醇和酚n醇和酚的羟基都可通过重水交换而变成一OD。重水交换后重测氢谱，OH的信号消失，因此，用核磁共振氢谱可对分子中OH的存在作出最准确的判断；醇和酚羟基的化学位移值都受氢键的影响，因此其无定值，一般和作图的条件有关，但酚的羟基峰相对于醇的羟基峰在低场方向.n 醇和酚在碳谱上不能直接反映，但与氧相连的碳原子谱线移向低场方向。n 醇的质谱常不显示分

35、子离子峰，但是M-18的峰常可见到。伯醇、仲醇、叔醇分别产生强的m/z 31或31+n14的离子(注意还有碎片离子的重排反应)。n 酚显示强的分子离子峰，M-CO的峰较强，M-CHO的峰也有相当强度。n 醇和酚在约3300cm处强而较宽的吸收峰具有鲜明的特征，醇和酚在约1050一1200cm1还有CO振动的吸收峰。酚的吸收相比醇在高波数。 羰基化合物n碳基化合物在氢谱上没有直接的信息，而在碳谱、质谱碳基化合物在氢谱上没有直接的信息，而在碳谱、质谱,红外红外,紫外图上均紫外图上均有明显的谱峰，特别是在碳谱和红外谱中，碳基具有突出的特点。羰基有明显的谱峰，特别是在碳谱和红外谱中，碳基具有突出的特点

36、。羰基的的c对结构的鉴定是非常重要对结构的鉴定是非常重要,各种羰基化学位移如下各种羰基化学位移如下:n酮类酮类188228 ppmn醛醛: 185208 ppmn酸类酸类 165182 ppmn酯与酰胺酯与酰胺155180ppmn酮与酯类化合物可以用酮与酯类化合物可以用13 C NMR区分区分,这是其它物理方法比较困难这是其它物理方法比较困难.n羰基的红外吸收是红外光谱最重要的一组吸收羰基的红外吸收是红外光谱最重要的一组吸收,位置峰在位置峰在16601800cm-1.n羰基化合物的质谱主要有羰基化合物的质谱主要有-裂解裂解,醛类化合物往往出现醛类化合物往往出现m/z M-H的特征离的特征离子峰

37、子峰,对于对于碳有氢发生特征的麦氏重排碳有氢发生特征的麦氏重排.酮类化合物出现明显的酮类化合物出现明显的m/z 58,72,86.等特征离子峰等特征离子峰.酸类化合物出现酸类化合物出现m/z 60离子峰离子峰;酯类则出现特酯类则出现特征的征的m/z 74,88离子峰离子峰.酰胺出现酰胺出现m/z 59,73,87.等离子峰等离子峰. 第四节 二维核磁共振谱推导有机化合物结构n对于复杂的分子的结构鉴定,普通意义的四大谱,无法也不可能推导出化合物的结构,二维核磁共振谱的出现开辟了鉴定有机化合物结构的新途径。采用二维核磁共振谱之后，令人惊奇地发现,用COSY谱经拼板玩具式的简单分析,确定某些化合物的

38、结构片断是多么容易.整个结构解析过程都是围绕结构为中心.在最近核磁共振的文献中,从开始指认信号对谱图进行解析,完全是根据实验证据,完全排除任何以经验为依据的参数或经验.本章前面我们已经讨论了一般未知化合物的结构分析步骤,本节我们主要通过一些例子, 具体了解利用核磁共振推导一个未知化合物的过程.COSY 邻位，同碳氢的偶合 2JH-H,3JH-H,W偶合相敏COSY 邻位，同碳氢的偶合,偶合常数， 2JH-H,3JH-H,W偶合LRCOSY 远程氢相关 nJH-H(n3)TOCSY 偶合体系（网络）的氢相关NOESY 空间靠近偶合（偶极偶极偶合） nJH-H(n5)INADEQATE C-C的连

39、接 1JC-C1H-13C COSY 直接连接的碳氢相关 1JC-HCOLOC 碳氢远程偶合，季碳的连接 2JC-H,3JC-HHMQC 直接连接的碳氢相关 1JC-HHMBC 碳氢远程偶合，季碳的连接 2JC-H,3JC-H常见二维核磁共振的应用练习1n1。化合物的分子式C13H20O,不饱和度n不饱和度是3，从HNMR和13CNMR的数据分析有两对SP2杂化碳，有一个环结构。n2.13CNMR, 26.7,26.8,22.7,27.7,22.9，31.1,54.2，149.0,132.2,122.6198.4,131.8,32.4.nDEPT显示四个甲基，（26.7,26.8,22.7,2

40、7.7)两个亚甲基(22.9，31.1)四个次甲基(54.2，149.0,132.2,122.6)三个季碳(198.4,131.8,32.4).n3.从选择合适的出发点,推导未知物分子的结构单元。 在HNMR谱图中烯质子信号明显，从谱图中发现三个烯质子6.56（dd,1H,J=9.7,15.9Hz),5.99(d,1H,J=15.9Hz) 5.44(brs,1H),根据H,HCOSY确定前面两个质子相关，第三个质子是孤立的。CHCHCCH前面两个H具有偶合常数15.9Hz,证明是反式双键。CHCHCCHHHOCH3CH6.56132.25.99149.0198.42.2026.82.2354.

41、2HCCH3H2C5.44122.61.5122.7H2C1.982.0(2H)22.91.411.1731.1O123456789101113122.23(,d,1H,J=9.7Hz,H-1),5.44(brs,1H,H-3)2.001.98(m,2H,H-4),1.41(dd,1H,H-5),1.17(dd,1H,H-5”),6.56(dd,1H,J=15.9,9.7Hz,h-7),5.99(d,1H,J=15.9Hz,H-8),2.20(s,3H,H-10),1.51(S,3H,H-11),0.87(s,3H,H-12)0.78(s,3H,H-13).54.2(C-1),131.8(C-

42、2),122.6(C-3),22.9(C-4),31.1(C-5),32.4(C-6),149.0(c-7),132.2(C-8),198.4(C-9),26.8(C-10),22,7(C-11),27.7(C-12),26.7(C-13)练习9n该化合物是一个合成的甾体，因此一些重要的13C信号可以通过与相关的地甾体化合物的比较加以鉴定。79.5信号属于C-3, 61.5是乙氧基碳（C-23)55.5是连接在C-3上的甲氧基的信号，相应H-3, 3.10,H-23, 4.01,3.75,甲氧基3.32.其次必须鉴定H-15,H-15,H-16,H-17以及H-20组成的自旋体系。H-16由于

43、与S相连H应在相对低场，H-15两个碳应显示交叉峰。经过H,C COSY,DEPT证明2。70，2。31是H-15同碳氢信号。n可以确定3。79，2。44自旋体系属于H-20,H-17.3.79应该是H-20，因为它与两个羰基相连，。n照射3。79(H-20)，导致H-17,H-18,H-23的信号增益。照射(H-16)H-17.显然另外一个H-23的共振是处于和照射质子很近位置。H-18与H-20空间接近说明内酯环中的H-20为直立键。H3COOOOOSH3131415161718192022212324H3COOOOOSH3131415161718192022212324HH照射H-16(

44、b)H-17产生增益，同时苯环的两个邻位氢（7。38）以及H-15(2.70,J=9.7Hz),也产生增益。证明H-16与H-15处于位H3COOOOOSH3131415161718192022212324OO练 习 2OB r练 习 3O练 习 4O练 习 8练 习 7OOO HO练 习 1 0练习5nHNMR,13CNMR清晰显示样品是一个混合物。由于许多信号成对出现，其化学位移和裂分近似，只是强度不同，提示混合物有两种立体异构体组成。为确定比例，分析4.84，4.93（比例1：2）表明是比例1：2的混合物。nDEPT显示每个异构体有四个甲基，25.6,18.2,21.3/22.6一个亚甲

45、基63.6，3个次甲基35.1，28.6，123.4两个季碳22.3(c-3), 4), ,133.0,n首先确定质子的连接，从H,HCOSY着手，从信号4.84（4.93）是最合适的分析点。CHH3CH3CCHCHCH2OH4.841.661.641.050.83.743.53CHH3CH3CCHCHCH2OH4.931.691.661.351.053.633.59nHNMR显示另外两个甲基单峰1。13，1。04（1。09，1。02）。其H,C(21.3,22.6)提示二者连接在同一脂肪季碳碳上。由于化合物有两个不饱和度。有一个环结构。C H3C H3n剩下两个甲基（0.87，0.78）是孤

46、立的,分析化合物的季碳有两个已经有归属，剩下32.4季碳没有归属,只有一种可能，两个甲基连接在这个季碳上。HOH2CHHHHHHOH2CH124356789101a1b1a:H=3.74/3.53(H-1),0.8(H-2),1.05(H-4)4.84(H-5),1.66(H-7)1.64(H-8),1.13/1.04(H-9/H-10).C=63.6(C-1),35.1(C-2),22.3(c-3),28.6(c-4),123.4(C-5),133.0(C-6),25.6(C-7),18.2(C-8),21.3/22.6(C-9/C-10)练习11n1。分子式：C10H15NO4,不饱和度4

47、。n2。从DEPT分析可知化合物有一个甲基，两个亚甲基，三个次甲基，4个季碳。n3。结构片断n分子中H（4.92,4.67)属于同一亚甲基，两个氢均与一个甲基（H1。70，C=22.4)发生偶合，偶合常数相当小（属于烯丙基偶合），唯一剩下的烯季碳（C），分子中一部分是异烯丙基。n甲基质子和H=2.78的氢进一步偶合，属于与异烯丙基直接相连的次甲基（C45。7）CHCHCH2HCCH2CH2H3CNHHO2CHO2C3.732.902.783.393.192.292.131.704.924.67n立体化学n如图3114d,照射3。73，质子3。19产生弱增益。说明该氢与被照射的氢处于环的同侧。可

48、以固定C-2的构型。由图3114e, 3114f照射其中一个H-6，质子H-2产生增益n,但是照射另外一个H-6则增益明显减弱。数目H-2，H-6是顺式关系。照射4.76烯质子致使和H-2为顺式关系的H-5强度增益。显示异丙稀基和H-2处于环的同侧。确定化合物相对构型。NHC H3H O2CHH O2CH H H aH bH H HH2345671891 0化合物的信号归属：化合物的信号归属：H=3.73(H-2),2.90(H-3),2.78(H-4),3.39(H-5)3.19(H-5”),2.29(H-6)2.13(H-6”),4.92(H-9a)4.67(H-9b)1.70(H-10)

49、.57(3个活泼氢个活泼氢).C=172。7/169.3(C-1/C-7),65.0(C-2),40.1(C-3),45.7(C-4),45.6(C-5)33.3(C-6),140.6(C-8),112.7(C-9),22.4(C-10)例如n化合物从海洋中分离得到的一个倍半萜，根据所提供的谱图鉴定化合物的结构并确定化合物的构型。5.50.97,0.981.21,1.26149.6121.380.275.250.750.242.640.437.325.0,22.521.5,21.421.321.2DEPT121.3COSY2.255.502.181.87HMQCHMBC新倍半萜的鉴定n1。分子

50、式的确定n化合物无色晶体，mp.123125,FABMS m/e239(M+H)+,结合HNMR,13CNMR,nDEPT确定化合物的分子式为C15H26O3,不饱和度为3。从13CNMR分析化合物有一对SP2杂化碳。因此有两个环结构。n2。官能团的推导nIR(KBr)3326,3310cm-113CNMRDEPT 80.1(s),75.2(s),表明化合物有两个叔羟基。n1656cm-1HNMR5.50(d,1H,J=5.5Hz)149.6,123.2推导分子中含有一个三取代的双键。DEPT表明化合物有4个甲基(21.2,21.3,21.4,22.5)，4个亚甲基(21.5,40.4,25.

51、0,42.6)，4个次甲基(121.3，50.2,50.737.3)三个季碳(80.2,75.2,149.6),。n结构片断的推导n由H-HCOSY,HMQC可以推导出以下片断：CHCH3CH32.25(m,1H)37.30.98(d,3H,4.5Hz)21.20.97(d,3H)21.3H2CCH21.932.1925.01.471.8042.61.621.7040.41.631.7721.51.8750.7CH2H2CCHHC2.1850.35.50121.3n分子结构中，剩下两个叔羟基季碳，两个甲基。n4。分子结构推导n由HMBC分析季碳的连接149.62.2537.30.9821.20

52、.9721.31.471.8042.61.932.1925.02.1850.375.21.9750.71.932.1925.01.471.8042.61.2621.480.21.621.7040.41.631.7721.52.1850.31.8750.7合理组合这些片断得到以下结构：OHOH1234567891011121314155。立体化学确定nNOE差谱，照射14Me(1.26),H-5(2.18)发生增益，表明14-Me,H-5在环的同侧，照射15Me(1.20),H-1(1.87)发生增益，表明15-Me,H-1在环的另外同侧。n可以得到化合物的相对构型。OHHHO123456789

53、101112131415n例如n化合物从海绵分离得到的一个天然产物，HRFABMS显示化合物的分子量203.1398,n根据所提供的化合物的各种谱图鉴定化合物的结构，并对化合物的信号归属。11.8（brs,1H)7.93(d,1H,J=7.0)6.53(1H)4.64(dd,1H,J=5.5,5.5)3.25(3H)n3.68 (1H, dd, J=13.5, 5.5Hz), 3.56(1H, dd, J=13.5, 5.5Hz) 00.20.40.60.81350300250200Wavelength(nm)Abs268(12813),219(5725)1.分子式的确定根据FabMS出现了准

54、分子离子峰203（M+H)+ ,HRFABMASS出现了精确分子量203.1398，确定分子式为：C7H9FN2O4，不饱和度为4。2。官能团的确定IR出现了3454cm-1(brs,s),1699,1735cm-1,表明化合物中含有酰胺CONHR,-CON=官能团。1633cm-1存在双键。3181cm-1存在OH.UV中有268,219nm表明是芳杂环化合物。3.结构片断:根据HNMR,HMQC,COSY,HMBCH2CCHOCH3OH 3.68 (1H, dd, J=13.5, 5.5Hz), 3.56(1H, dd, J=13.5, 5.5Hz)51.74.64 (1H, dd, J=

55、5.5, 5.5Hz, )94.0,3.2553.86.53(1H,s)化合物中出现了10个碳信号，其中有三对成对出现。考虑特殊的原子存在引起的复杂偶合（可以将成对碳信号看成一个信号）。化合物中还有两个羰基，两个氮原子一个双键，一个氟原子。HNMR中有一个质子信号8.05（d,1H,131.37,131.12(131.25).利用HMBC连接分子另外一个片断；HNNOO157.41157.288.05(d,1H)131.4131.1149.7139.95,139.14NOOFn4.64 (1H, dd, J=5.5, 5.5Hz, )149。7131。4131。1HNNOO157.4157.4

56、8.05(d,1H)131.4131.1149.7139.3,139.1OHOCH3F11.9（1H,brs，NH)8.05(d,1HJ=2.0Hz,H-6) 4.64 (1H, dd, J=5.5, 5.5Hz,H-7 ), 3.68 (1H, dd, J=13.5, 5.5Hz,H-8), 3.56(1H, dd, J=13.5, 5.5Hz,H-8”) ,6.54(brs,1H,OH)157.3(d,C-6,2JC-F=125x(157.41-157.28)=16.2Hz),149.7(s,C-2),139.1(d,C-5,1JC-F=226.Hz),131.2(d,C-6,2JC-F=

57、32.1Hz)94.0(C-8),53.8(C-10)51.7(c-7例如：n某生物碱32，分子式是C20H19NO5,红外光谱即使很低浓度下30302940也显示吸收，在3425cm-1显示宽峰，1600，1580，1500cm-1显示吸收。根据下面的谱图确定化合物32的结构，相对构型，以及优势构象。n1。不饱和度12，六个环结构n2。官能团nOH,苯环n3。结构片断6.736.72J=8Hz6.62,6.645.97(d,1H)5.93(d,1H)5.90(m,2H)4.21(m,1H)4.07(d,1H,17.8Hz)3.40(d,1H,17.8Hz)3.53(m,1H)3.183.07

58、2.962.25(s,3H)碳的级数碳的级数H序号序号CC序号序号CH6.73(d,1H,J=8.0Hz)a107.3MCH6.72(d,1H,J=8.0Hz)b120.3HCH6.64(s,1H)c109.4LCH6.62(s,1H)d111.8KCH25.97(d,1H)5.91(m,1H)eg101.1NCH25.93(d,1H)5.90(m,1H)fh100.9OCH4.21(m,1H)i72.2PCH24.07(d,1H17.8Hz)3.40(d,1H,17.8Hz)km53.8RCH3.53(d.1H,J=6,5Hz)l62.7QCH23.18(dd,1H)3.07(dd,1H)n

59、o39.5UCH2.96(m,1H)p41.8TCH32.25(s,3H)q42.8Sn季碳147.9(A),145.4(B).145.0(C),142.8(D),131.1(E),128.6(F),125.4(G),116.9(I), 1H-1H-COSY归属结构片断CUCPHnHo3.18,3.0739.5OHHiCT4.2172.2CQHp2.9641.8NHl3.5362.7CH3HkHmS42.8q2.254.073.4053.8片断3n照射质子n,o(图b,c),质子c产生增益，照射质子N-CH3,则质子d产生增益。（图d)显示质子a,p空间靠近。因此化合物的连接方式是a.NOOOOHO12344a14a56131478a12a121110915168立体化学的确定NOOOOHO12344a14a56131478a12a121110915168从图3222d证明H-13,H-14空间接近，可能有两个结构（1，2）OONOOHOHHHHHHHNOHHHH12n（a).分子中羟基有异常大的化学位移（7.7）,说明分子内有氢键，只有（1）中才有可能存在分子内氢键。综合练习4n1。分子式的确定nFABMS出现出现m/z