南方醫(yī)科大學(xué)教案

南方醫(yī)科大學(xué)教案2006—2007學(xué)年春季學(xué)期所在單位 藥學(xué)院 系、教研室 藥物化學(xué)課程名稱 天然藥物化學(xué)授課對(duì)象 2004級(jí)藥學(xué)專業(yè)本科生授課教師 謝揚(yáng) 職稱 副教授 教材名稱 天然藥物化學(xué)

教案首頁(yè)授課題目第一章總論（5）授課形式講授授課時(shí)間2007.3.16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)用范圍基本內(nèi)容1、氫核磁共振譜2、13C核磁共振譜（1）信號(hào)裂分（2）常見(jiàn)13C核磁共振譜類型與特征3、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)：核磁共振譜主要教學(xué)媒體PPt主要夕卜語(yǔ)詞匯chemicalshift;homodecoupling;protoncompletedecoupling;selectiveprotoncompletedecoupling;glycosylationshift;opticalrotatorydispersion;crosspeak有關(guān)本內(nèi)容的新進(jìn)展主要參考資料或相關(guān)網(wǎng)站《天然藥物化學(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(jiàn)課后體會(huì)教學(xué)過(guò)程教學(xué)過(guò)程教學(xué)過(guò)程教學(xué)過(guò)程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配

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媒體選擇（六）核磁共振譜（NMR）1、核磁共振基本原理①核具有自旋運(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)，核的行為類似于一個(gè)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，通常處于低能級(jí)的核比處于高能級(jí)的核稍多一些（約十萬(wàn)分之一）。如果在垂直于外加磁場(chǎng)的方向上增加一個(gè)電磁場(chǎng)，當(dāng)電磁場(chǎng)的能量與核磁能級(jí)差相等時(shí)，處于低能級(jí)的多余的磁核就會(huì)吸收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）。派目前最常用的核磁共振譜是高分辨率的氫譜（iHNMR）與（13CNMR）2、氫核磁共振譜（田NMR）（1）氫同位素中，iH的豐度比最大，信號(hào)靈敏度也高，故iHNMR測(cè)定比較容易，應(yīng)用最為廣泛。（2）iHNMR譜圖說(shuō)明：A、橫坐標(biāo)是化學(xué)位移3（0fi0ppm）;縱坐標(biāo)反映積分曲線的高度（代表各吸收峰的相對(duì)面積）；B、iHNMR測(cè)定中通過(guò)化學(xué)位移、譜線的積分面積以及裂分情況（重峰數(shù)及偶合常數(shù)）可以提供分子中iH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)物結(jié)構(gòu)測(cè)定意義重大。（3）化學(xué)位移（chemicalshift,3）iH核因周圍化學(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。所以各種化學(xué)環(huán)境不同的iH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。iH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；iH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。由此導(dǎo)致了化學(xué)環(huán)境不同的iH核在核磁共振譜中吸收位置的差異。各個(gè)iH核共振吸收峰與原點(diǎn)之間的相對(duì)距離就是化學(xué)位移。派原點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)物TMS（四甲基硅烷）的核磁共振吸收峰位置。X影響化學(xué)位移的主要因素有電負(fù)性、各向異性效應(yīng)與氫鍵效應(yīng)等。派不同類型質(zhì)子化學(xué)位移的大致范圍參見(jiàn)表i-i3（p44）例如：-CHO 9?i0ppm； 芳環(huán)-H 6?8ppm;-C=C-H 4.5?6.5ppm;-C三C-H 2?3ppm;-CH2-CH2-0.8?i.2ppm. 活潑氫（-OH、-NH、-SH）不定（加D2O消失）（4）峰面積iHNMR譜上吸收峰的面積與其對(duì)應(yīng)的質(zhì)子數(shù)成正比，可以由積分曲線的高度來(lái)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)所相當(dāng)?shù)膇H數(shù)目。

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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)生吸收峰裂分的原因是由于相鄰自旋核之間會(huì)通過(guò)成鍵電子發(fā)生相互干擾作用，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)因相互自旋偶合而使信號(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)單的初級(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，而且各峰的強(qiáng)度之比為（a+b）n展開(kāi)式的系數(shù)之比。D、偶合常數(shù)J：即裂分峰之間共振吸收位置之差。J值表示相互干擾的強(qiáng)度，其值與間隔鍵的距離成反比，且相互偶合的兩組1H核信號(hào)偶合常數(shù)相等。派超過(guò)三根單鍵以上的偶合可以忽略，但在n系統(tǒng)中，仍存在弱的偶合作用。派相鄰1H核的偶合影響可以利用同核去偶技術(shù)消除或部分消除。例如：p45圖1-30中5=5.67ppm信號(hào)的偶合影響消除前后變化情況。3、13C-NMR譜簡(jiǎn)介（1）12C核是非自旋核，沒(méi)有核磁共振信號(hào)。碳譜指的是13C譜。在決定有機(jī)物結(jié)構(gòu)時(shí)，K-NMR譜比iHNMR譜作用更大。（2）0核與直接相連的田核也會(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)雜難以辨認(rèn)。只有通過(guò)去偶處理，才能使譜圖變得清晰可辨。（3）最常用的去偶法是質(zhì)子（噪聲）去偶法。該法采用雙照射法，照射場(chǎng)的功率包括所有處于各種化學(xué)環(huán)境中氫的共振頻率，能將即與所有田核的偶合作用消除，使得13C-NMR譜圖中13C的信號(hào)都變成單峰，即所有不等性的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）K的化學(xué)位移也是以TMS為內(nèi)標(biāo)，規(guī)定5TMs=0，其左邊值大于0，右邊值小于0。影響K化學(xué)位移值的一個(gè)重要因素是13C核周圍的勺電子屏蔽效應(yīng)，亦即凡對(duì)碳核周圍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，尤其分子本身的結(jié)構(gòu)及分子內(nèi)碳核間的相互作用對(duì)化學(xué)位移影響較大。XK核化學(xué)位移值的范圍大多在0—250ppm之間。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）K-NMR譜的偶合作用A、13C-NMR譜中，因兩個(gè)13C-13C相連的概率只有0.1%,所以13C-13C同核偶合影響可不予考慮。B、13C-NMR譜中，13C與1H之間的異核偶合表現(xiàn)十分突出，因田核自旋偶合干擾產(chǎn)生的裂分?jǐn)?shù)目符合（n+1）規(guī)律。X若即與1H直接相連，13C信號(hào)將分別表現(xiàn)為q（CH3）、t（CH2）、d（CH）及s（C）;C、13C-NMR譜的偶合常數(shù)大小分別為：

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媒體選擇iJch=120?250Hz;2Jch=5?60Hz;3Jch=0?30Hz(2」］與3Jch屬于遠(yuǎn)程偶合作用)(6)13C-NMR譜的特點(diǎn)A、i3C-NMR譜圖中沒(méi)有積分曲線，因?yàn)榉迕娣e與碳原子數(shù)目之間沒(méi)有定量關(guān)系。B、i3C的化學(xué)位移比iH大得多，碳核所處化學(xué)環(huán)境稍有差別，在譜圖上即會(huì)有所區(qū)別。C、常規(guī)碳譜是去偶碳譜，區(qū)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i3C與iH直接相連的偶合，其iJCH比較大。但用處不如氫譜偶合常數(shù)大。D、弛豫時(shí)間在碳譜的解析中用處很大，因?yàn)槌谠r(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。處于不同化學(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，就可以根據(jù)碳譜中各譜線的相對(duì)強(qiáng)度將碳核識(shí)別出來(lái)。派弛豫時(shí)間：弛豫過(guò)程所需的時(shí)間。它是核磁共振的一個(gè)重要參數(shù)。X弛豫過(guò)程：激發(fā)核通過(guò)非輻射途徑損失能量而恢復(fù)至基態(tài)的過(guò)程。弛豫是保持核磁信號(hào)有固定強(qiáng)度必不可少的過(guò)程。(7)常見(jiàn)13C-NMR譜類型及其特征A、噪聲去偶譜(或稱全氫去偶或?qū)拵ヅ糂BD)該法照射所有iH核，將iH核對(duì)13C的偶合影響全部消除，所有i3C信號(hào)在譜圖上均作為單峰出現(xiàn)，對(duì)判斷i3C信號(hào)的化學(xué)位移十分方便，但無(wú)法確定i3C上所連接的iH核數(shù)目。派照射所有iH核后，將產(chǎn)生NOE效應(yīng)，使得連有iH核的i3C信號(hào)強(qiáng)度增加。XNOE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)生改變的現(xiàn)象被稱為NOE效應(yīng)(nuclearoverhausereffect)X季碳信號(hào)因不連接iH核，無(wú)NOE效應(yīng)發(fā)生，故在13C-NMR譜圖中表現(xiàn)為弱的吸收峰。B、選擇氫核去偶譜(selectiveprotondecouplingspectrum,SPD)X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)生改變的信號(hào)只是與之偶合相連的i3C信號(hào)。X具體實(shí)例參見(jiàn)p47圖1-34。DEPT(135°)譜A.DEPT(135°)譜主要用來(lái)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(méi)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).⑼DEPT(90°)譜XDEPT(90°)譜主要用來(lái)識(shí)別三級(jí)碳原子(CH).在DEPT(90°)譜圖中，每一個(gè)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:改變某個(gè)i3C核周圍的化學(xué)環(huán)境或磁環(huán)境,如引入某個(gè)取代基,則該i3C信號(hào)即可能發(fā)生位移，比如發(fā)生苯的取代基位移,羥基的苷化位移及?；灰频?

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媒體選擇.iH-iH相關(guān)的二維NMR譜(iH-iHCOSY)A.譜圖顯示了田-田的偶合關(guān)系；B.譜圖中的二維坐標(biāo)都是田的化學(xué)位移.處于對(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.處于對(duì)角線外的信號(hào)稱為交叉峰,它指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(huà)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)域提供的信息是相同的..1H-K相關(guān)的二維NMR譜(13C-1HCOSY)A.譜圖顯示了13C-1H的偶合關(guān)系；B.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)指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(huà)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(jiàn)光(波長(zhǎng)入二200-700nm)經(jīng)尼可爾棱鏡產(chǎn)生偏振光，后用偏振光照射具有旋光性的化合物，偏振光振動(dòng)平面產(chǎn)生改變，即產(chǎn)生旋光現(xiàn)象。測(cè)出其旋光度(a),以波長(zhǎng)對(duì)比旋度[a]X10-2作圖，所得曲線即旋光光譜。XORD曲線常見(jiàn)三種類型：(1)平坦譜線(無(wú)峰谷之分)A、表示有機(jī)物雖然有不對(duì)稱碳原子，但是在紫外-可見(jiàn)光區(qū)域(200-700nm)無(wú)吸收。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(guò)程教學(xué)過(guò)程教學(xué)內(nèi)容時(shí)間分配

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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。XORD曲線的測(cè)定意義：ORD及其Cotton效應(yīng)譜線特征與分子的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)(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，并用立體結(jié)構(gòu)盡可能相似或相反的已知化