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。

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。

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。

天然产物的分离和生物活性研究自古以来，天然产物一直是人类获取药物、保健品和化学物质的主要来源。

天然产物的分离和生物活性研究，是现代药物研发和应用的重要基础。

本文将从天然产物的来源、分离方法和生物活性研究等方面进行探讨。

一、天然产物的来源天然产物包括植物、动物、微生物等各种生物体内所含的化合物，具有多样化、结构原始、活性强等特点。

其中，植物是天然产物的主要来源。

数千年来，人们通过研究各种植物的成分，开发出了许多药物和保健品。

如中药材中的人参、黄芪、当归等药材，具有很高的药用价值。

同时，由于植物产物来源广泛，成分复杂，有些植物的成分还具有多种生物活性，因此在新药研发领域，植物产物仍然具有广泛的应用前景。

除了植物，动物也是天然产物的重要来源，如蜂毒、蛇毒、青蛙皮肤分泌物等，都具有很高的药用价值。

微生物也是天然产物的重要来源，例如青霉素、链霉素等广为使用的抗生素都是由微生物产生的。

二、分离方法由于天然产物的复杂性和含量低，需要进行分离、提纯、鉴定才能进行深入研究并发挥其作用。

目前常用的分离方法包括色谱法、质谱法、核磁共振波谱法等。

1. 色谱法色谱法是一种将混合物中的化合物分离的方法。

它的原理是不同成分在固定相和移动相之间发生不同程度的分配作用，从而分离出目标化合物。

其中，高效液相色谱法（HPLC）是目前最常用的色谱技术之一，其分离效率高、灵敏度高、操作简单、可定量等优点，在药物分离中的应用越来越广泛。

2. 质谱法质谱法是指将混合物通过质谱仪进行分析得出分离结果，是目前最常用的化学分析方法之一。

它的原理是对化合物的分子信息进行扫描、离子化、分离和检测，从而确定化合物的分子量、结构等信息。

质谱法的应用可将天然产物的分离和结构鉴定等研究得以开展。

3. 核磁共振波谱法核磁共振波谱法是天然产物分离和结构鉴定的重要手段之一。

它利用“自旋-自旋偶合”和“自旋-自旋耦合”等原理，对分子中的核的运动状态进行探测，从而获得分子的结构信息。

天然产物结构鉴定现代有机分子的结构分析中，质谱（MS），核磁共振波谱（NMR），紫外吸收光谱（UV），红外吸收光谱（IR）均是鉴定化合物结构的有力工具。

现发现一种海绵的天然产物具有显著的抗病毒活性，我们该如何利用波谱来鉴定该化合物的结构呢？质谱分析（MS），是一种测量离子荷质比（电荷与质量的比值）的分析方法。

通过对电场和磁场的控制，可以确定化合物的质量。

核磁共振波谱（NMR），是化合物分子在磁场中受到另一射频磁场的照射，当照射场的频率等于原子核在外磁场的回旋频率时，有磁矩的原子核就会吸收一定的能量产生能级的跃迁，即发生核磁共振。

1H-NMR是氢核磁共振，可判断共振原子的相对数目。

13C-NMR是碳核磁共振，可判断化合物的基本骨架。

红外吸收光谱（IR），利用分子中价键的伸缩及弯曲振动在红外区域引起的吸收，而测得的吸收光谱。

可以判断分子结构中的官能团，如羟基，氨基，双键，芳环等。

紫外吸收光谱（UV），由电子能级跃迁产生的吸收光谱，在200-700nm范围内含有共轭双键、发色团及具有共轭体系的助色团分子的化合物具有紫外-可见吸收，可以判断分子结构中是否存在共轭体系，例如，苯等。

可用来判断化合物的骨架类型。

元素定量分析，确定各元素百分含量，根据倍比定律确定分子中的原子比。

元素定性分析，分析化合物中有几种元素。

如钠熔法。

分子量测定，一般是使用冰点下降法，沸点上升法，粘度法，凝胶滤过法，及质谱法。

第一步，测定该化合物的物理常数，如沸点、熔点。

比旋度或折光率等，查阅已知文献，判断该化合物结构是否已知，若为未知，则进行第二步。

第二步，进行检识反应，确定样品的类型，如生物碱，黄酮，强心苷等等。

第三步，利用质谱分析，将化合物的分子量确定，再通过元素分析，确定该化合物的分子式。

由氢核磁共振光谱和碳核磁共振光谱可以得到碳氢的个数。

然后由分子量确定氧等其他原子的个数，进而确定分子式。

（同位素丰度比法，高分辨质谱法混合运用，可精确得到分子量）第四步，结构分析1、通过化学方法确定该化合物的特定成分或功能基，例如，生物碱类化合物大多数都会与生物碱沉淀试剂发生沉淀反应。

天然产物的结构鉴定与合成天然产物是指从自然界中提取的具有特定生物活性的化合物，包括植物、动物、细菌等生物体内的化学物质。

天然产物一直是药物发现与研发的重要来源，因此对于天然产物的结构鉴定与合成具有重要的意义。

一、天然产物的结构鉴定方法1. 红外光谱（IR）：红外光谱是通过测量物质吸收或发射的红外辐射来确定分子结构的方法。

红外光谱可以提供物质中的官能团信息，有助于确定分子的结构。

2. 质谱（MS）：质谱技术是通过将物质转化为带电粒子并通过磁场进行分析，从而确定其分子结构的方法。

质谱可以提供物质的分子量、分子式以及分子结构的信息。

3. 核磁共振（NMR）：核磁共振是通过观测核自旋在外加磁场中的行为，来确定分子结构的方法。

核磁共振可以提供物质的分子结构、官能团以及原子的环境信息。

4. 紫外可见光谱（UV-Vis）：紫外可见光谱是通过测量物质在紫外或可见光区域的吸收或反射来确定其结构的方法。

紫外可见光谱可以提供物质的电子结构以及共轭体系的信息。

二、天然产物的结构鉴定案例1. 阿司匹林：阿司匹林是一种天然产物，用于抗炎、解热、镇痛等治疗。

通过红外光谱、质谱和核磁共振等技术，可以确定阿司匹林的分子结构，进而对其活性与药效进行进一步研究。

2. 葡萄糖：葡萄糖是一种天然产物，广泛存在于植物和动物体内，它是人体能量的重要来源之一。

通过核磁共振和质谱等技术，可以确定葡萄糖的分子结构和构象，进而研究其在人体内的代谢途径和生物功能。

3. 阿胶：阿胶是一种中药材，具有滋补血脉、养颜美容的作用。

通过红外光谱和紫外可见光谱等技术，可以确定阿胶中的主要化学成分以及其结构，进而了解其药物活性和药效。

三、天然产物的合成方法1. 单体合成法：通过合成特定的单体，再将单体聚合形成天然产物的结构。

这种方法常用于合成具有特定结构的生物活性物质，如抗癌药物等。

2. 半合成法：通过对天然产物的存在官能团进行改变或者修饰，来合成新的化合物。

这种方法常用于研究天然产物的构效关系，优化其药物活性和药效。

天然药物化学的波谱分析会考四种谱的，黄酮的紫外和核磁共振氢谱；甾体和三萜的核磁共振碳谱；这两种是容易出大题的。

红外会考醌类（选择），两种甾烷（鉴别）；综合的会在鉴别题的三萜鉴别里有，这就考察能力了。

糖在甾体和三萜里会附加考察，再非主流只有大牛能过考试了。

下面分别来说下做题技巧三萜皂苷和甾体皂苷考察核磁共振碳谱第一步：看下备选结构是甾体皂苷还是三萜皂苷，记下大概其的碳位第二步：标记出碳谱数据中，苷元的所有60~80；109~160；170~220的部分，糖中苷化位移3~9的，或者化学位移95~96的。

第三步：根据数据来跟备选结构比对：连续出现两个碳位109~160，双键；出现170~220的碳位，酮或者羧基；出现60~80的碳位，醇羟基。

之后选择出来正确的结构，写出原因。

第四步：甾体皂苷是3位羟基成苷，所以要关注下3位碳的苷化位移是否是+8~+10，甾体皂苷一般连有两个糖，所以还要关注下糖和糖的连接位置，糖连接处的碳苷化位移是+3~+8（出现9的也可以），大家可以看下Gal半乳糖，一般在那里；三萜皂苷是28位碳的羧基成苷，所以要关注下28位碳的苷化位移是否是-2~-8;三萜皂苷只有一个糖，糖的一位碳的化学位移是95~96。

第五步：确定糖的构型，看耦合常数，如果J=6~8Hz是ß构型；如果J=2~4Hz是á构型。

第六步：画图，一定会画葡萄糖和半乳糖的Haworth式，有个口诀是葡萄糖上下上下，半乳糖是上上上下。

其他需要注意的问题：（会出现的问题）1．Molish反应呈阳性说明该物质是苷类2．Liebermann-Burchard反应阳性说明是三萜或者甾体皂苷3．红外光谱在3500左右的是羟基，1737,1714的是酮羰基。

黄酮类化合物考察核磁共振氢谱和紫外光谱诊断试剂一般考察黄酮和黄酮醇，其他的难度有些大，考的可能性也不大。

我比较喜欢先解析氢谱后解紫外（大家随意）步骤：第一步：画出2-苯基色原酮的结构，标号；第二步：将核磁共振氢谱信息进行分类，将含J=2.5Hz,且位移小于7的，以及J=9Hz的，分到A环里；含J=2.5Hz,且位移大于7的，以及J=8.5Hz的，分到B环里；将含s的，分到C环里。