南方醫(yī)科大學(xué)

PAGE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)授課對象2004級藥學(xué)專業(yè)本科生授課教師謝揚職稱副教授教材名稱天然藥物化學(xué)教案首頁授課題目第一章總論（4）授課形式講授授課時間2007.3.15授課學(xué)時2教學(xué)目的與要求1、掌握鑒定天然藥物化學(xué)成分的一般程序和方法2、掌握UV、IR、MS譜圖的特點及應(yīng)用范圍基本內(nèi)容1、化合物純度測定2、結(jié)構(gòu)研究的主要程序3、結(jié)構(gòu)研究中采取的主要方法重點難點重點：質(zhì)譜難點：結(jié)構(gòu)研究的主要程序主要教學(xué)媒體主要外語詞匯electronimpactionization(EI);fielddesorptionionization;fastatombombardment);groundstate;excitedstate;opticalrotatorydispersion;crosspeak有關(guān)本內(nèi)容的新進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、教研室審查意見課后體會教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時間分配和媒體選擇第四節(jié)結(jié)構(gòu)研究法概述1、結(jié)構(gòu)研究的必要性從天然藥物中分離得到的單體即使具有很強的活性與較大的安全性，如果其結(jié)構(gòu)不清楚，就無法進一步開展藥效學(xué)和毒理學(xué)研究，也不可能進行人工合成或結(jié)構(gòu)修飾，更談不上進行高質(zhì)量的新藥研究開發(fā)。2、天然藥物結(jié)構(gòu)研究的困難其結(jié)構(gòu)事先很難作出某種程度的預(yù)測（不同于合成藥物！）；難以采用經(jīng)典的化學(xué)方法（如化學(xué)降解、衍生物合成等）來研究天然藥物的結(jié)構(gòu)（因為天然藥物單體的得量一般都較少，有時甚至才幾毫克）。3、天然藥物結(jié)構(gòu)研究的主要手段依靠波譜學(xué)分析方法，在盡可能不消耗或少消耗樣品的條件下通過測定得到各種圖譜，獲取盡可能多的結(jié)構(gòu)信息，而后加以綜合分析。一、化合物的純度測定1、在結(jié)構(gòu)研究前首先要保證化合物是純品。2、檢查純度的方法很多，常用的有下列四種：（1）在顯微鏡下觀察晶形，純化合物的晶形均勻一致。（2）測熔點，純化合物有明確、敏銳的熔點，且熔距小。不過天然藥物分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有時純化合物的熔距也不一定很小。（3）于TLC上只顯示一個斑點。一般，只有當(dāng)試樣在三種不同展開系統(tǒng)中均呈現(xiàn)單一斑點時方可確認(rèn)其為純化合物。

（4）應(yīng)用HPLC檢識時為一個對稱峰。二、結(jié)構(gòu)研究的主要程序確定化合物結(jié)構(gòu)的程序①先推測被確定成分的結(jié)構(gòu)類型；②然后推測取代基類型、位置和分子式；③最后確定結(jié)構(gòu)式。教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時間分配和媒體選擇2、確定化合物結(jié)構(gòu)常用的方法①化學(xué)法；②波譜法（UV、IR、NMR、MS）和CD、ORD、X-射線結(jié)晶衍射法等。3、對于未知天然化合物，結(jié)構(gòu)研究的程序如下：初步推斷化合物的類型；測定分子式，計算不飽和度；測定分子中含有的官能團，或結(jié)構(gòu)片段、或基本骨架；推斷并確定分子的平面結(jié)構(gòu)；推斷并確定分子的主體結(jié)構(gòu)（構(gòu)型、構(gòu)象）4、對于已知天然化合物，結(jié)構(gòu)研究就大為簡化，且無固定模式與程序。5、注意：文獻檢索、調(diào)研工作幾乎貫穿于化合物結(jié)構(gòu)研究的全過程，因為充分了解前人的研究工作，可大大節(jié)省與方便自己的研究工作。即使前人的工作與己相差不小，按照植物分類學(xué)中同屬同種的植物，也往往含有類型與結(jié)構(gòu)骨架類似甚至結(jié)構(gòu)相同的化合物。所以文獻調(diào)研工作顯得非常重要。具體調(diào)研工作可從下列途徑入手：①可按植物拉丁學(xué)名或中藥學(xué)名，利用主題索引或通過系統(tǒng)查閱C.A等。②檢索內(nèi)容應(yīng)細(xì)化到同屬同種植物的具體藥用部位、何種溶劑提取部位、具有什么性質(zhì)、分子式怎樣？顏色反應(yīng)如何、光譜學(xué)數(shù)據(jù)等等方面。三、結(jié)構(gòu)研究中采用的主要方法（一）確定分子式的常用方法1、元素分析配合分子量測定（1）元素分析包括定性分析與定量分析。其中，定性分析常采用鈉熔法，定量分析可委托專門實驗室進行。例如：從刺果甘草根中分得某白色晶體，元素定性分析表明該白色晶體只含C、H、O三元素,元素定量分析的結(jié)果如下：C-79.35%;H-10.21%.則：O的含量=（100-79.35-10.21）%=10.44%三種元素在結(jié)構(gòu)中所占比例：C：79.35÷12=6.61H:10.21÷1=10.21O:10.44÷16=0.65教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時間分配和媒體選擇化合物分子結(jié)構(gòu)原子個數(shù)比為：6.61:10.21:0.65=10.16:15.58:1≈10:16:1(原子間的化合只能是整數(shù)！)得出該化合物實驗式為：C10H16O;分子式為（C10H16O）nn=1,2,3….(2)分子量測定方法有：冰點下降法（固體物質(zhì)）、沸點上升法（液體物質(zhì)）與黏度法等，目前最常用的是質(zhì)譜法（MS）。例如：采用電子轟擊質(zhì)譜（EI-MS）測得上述化合物的分子離子峰為456那么，n=456÷152=3所以，上述化合物的分子式為：C30H48O3.它代表刺果甘草皂苷元。2、高分辨率質(zhì)譜（HR-MS）法高分辨率質(zhì)譜儀可將物質(zhì)的質(zhì)量精確到小數(shù)點后第三位。例如：C8H12N4、C9H12N2O、C10H12O2、C10H16N2四個化合物的分子量同為164，但精確質(zhì)量則并不相同，在高分辨率質(zhì)譜儀中很容易進行區(qū)別。序號分子式精確質(zhì)量M1C8H12N4164.1063M2C9H12N2O164.0950M3C10H12O2164.0837M4C10H16N2164.13153、同位素豐度比法①組成有機化合物的主要元素C、H、O、N等均由相對豐度比一定的同位素所組成，且重元素比輕元素一般重1～2個質(zhì)量單位。例如：同位素原子質(zhì)量豐度比（%）1H1.00782599.98552H2.014100.01451212.00000098.82921313.003351.108014N14.0030799.63515N15.000110.0365注：氧元素有三種同位素。教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時間分配和媒體選擇②在大多數(shù)有機化合物的MS圖上，如能見到穩(wěn)定的分子離子峰[M]，則在高出其1~2個質(zhì)荷比處可見到{M+1}與[M+2]的同位素峰。③對于一定的化合物，分子離子峰與其同位素峰的相對強度應(yīng)為一定值。同位素豐度比法求算分子式就是依據(jù)這一原理進行的。分子式確定后，就可計算該化合物的不飽和度u（Indexofunsaturation）。（二）確定化合物的結(jié)構(gòu)類型和取代基主要有3種方法：1．參考所查閱文獻資料中的化學(xué)成分結(jié)構(gòu)類型

2．根據(jù)一些定性化學(xué)反應(yīng)，如和碘化鉍鉀產(chǎn)生反應(yīng)的成分多為生物堿等。

3．分析所測圖譜并查閱相關(guān)書籍。（三）紅外光譜（IR）1、4000~1500cm-1為特征頻率區(qū)，許多官能團的吸收峰均出現(xiàn)在此區(qū)域。例如：3600~3200cm-1出現(xiàn)強的寬峰，表示有—OH存在；2200~2100cm-1出現(xiàn)吸收峰，表示可能有C≡N或C≡C鍵存在；1850~1650cm-1出現(xiàn)強的吸收峰，且受其他峰的影響小，這是-C＝O的標(biāo)志；1600~1500cm-1出現(xiàn)弱的吸收峰，表示有-C＝C-存在。2、1500~600cm-1為指紋區(qū)，形狀復(fù)雜，猶如人的指紋，據(jù)此可判斷化合物的真?zhèn)巍?、IR是因分子中價鍵的伸縮與彎曲振動而引起。一般用于確定功能基類型，如為已知化合物可與標(biāo)準(zhǔn)IR圖進行對照。（四）紫外-可見吸收光譜（UV）1、紫外-可見光譜是分子中某些價電子吸收了一定波長的紫外-可見光，由低能級（基態(tài)）躍遷到高能級（激發(fā)態(tài)）而產(chǎn)生的一種光譜。該吸收光譜將出現(xiàn)在紫外-可見光區(qū)域（200~700nm）。2、含有共軛雙鍵、發(fā)色團及具有共軛體系的助色團分子在紫外-可見光區(qū)域產(chǎn)生的吸收即由相應(yīng)的π→π*及n→π*躍遷所引起3、UV光譜對于分子中含有共軛雙鍵、α，β-不飽和羰基結(jié)構(gòu)的化合物以及芳香化合物的ppt教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時間分配和媒體選擇結(jié)構(gòu)鑒定來說是一種重要的手段。紫外-可見光譜用于推斷化合物的骨架類型將在黃酮一章中討論。（五）質(zhì)譜1、基本原理：有機化合物在高溫真空中受熱汽化，受到50~100eV的電子束轟擊之后，會失去電子變成帶正電荷的分子離子（故稱EI-MS）。分子離子在電子流的進一步轟擊下，又會發(fā)生鍵的斷裂（裂解）而形成各種碎片離子。這些離子在電場和磁場的綜合作用下，按照質(zhì)荷比的大小順序被記錄下來，所形成的圖譜即MS。2、MS圖：橫坐標(biāo)是m/z，縱坐標(biāo)是離子峰的相對強度；MS圖中強度最大的離子峰稱為基峰，強度定為100%，其他離子峰的強度分別以它們對基峰的相對強度百分比來表示。離子峰的強度與對應(yīng)離子的數(shù)量成正比，離子的數(shù)量越多，峰的強度越大。3、MS中常見的幾種離子峰分子離子峰M一般情況下在MS中最大m/z處所出現(xiàn)的較強離子峰就是分子離子峰。分子離子峰對應(yīng)的m/z值就是化合物相對分子質(zhì)量。有時分子離子峰不穩(wěn)定，會變得很弱或者根本不出現(xiàn)分子離子峰。有時同位素離子峰較強，容易和分子離子峰混淆。②碎片離子峰由分子離子峰進一步裂解產(chǎn)生。③同位素離子峰常出現(xiàn)在分子離子峰的右邊1-2個質(zhì)量單位，用M+1、M+2表示。同位素離子峰的強度與分子中存在的原子種類、原子個數(shù)及同位素豐度有關(guān)。4、容易汽化的小分子，遇熱不易分解的化合物多采用EI-MS確定其分子量、求算分子式以及提供一些結(jié)構(gòu)信息。（1）依據(jù)MS產(chǎn)生原理可知，容易發(fā)生熱分解的化合物或難于汽化的化合物，往往測不到分子離子峰，只能看到其碎片峰。如醇、糖苷、部分羧酸等。（2）難于汽化的一些大分子物質(zhì)如糖的聚合物，多肽等則無法測其MS。（3）糖類、醇類等可通過乙?；蛉谆柰榛笤龠M行MS測定。教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容時間分配和媒體選擇★對熱不穩(wěn)定、難于汽化的化合物目前多采用場解析質(zhì)譜FD-MS、快原子轟擊質(zhì)譜FAB-MS或電噴霧質(zhì)譜（ESI-MS）5、FD-MS（fielddesorptionionization）場解析質(zhì)譜簡介（1）1969年由Beckey發(fā)明；（2）該法樣品無須加熱汽化，直接在10kV高電壓下發(fā)生電離，特別適合于對熱不穩(wěn)定、極性大、難揮發(fā)化合物的MS測定。（3）本法靈敏度高達10-11g，譜圖也較單純。（4）糖苷、氨基酸、肽類、核酸及抗生素等在FD-MS譜中均顯示明顯的：[M+H]+（M+1）、[M+Na]+（M+23）、[M+K]+（M+39）峰，并隨發(fā)射絲電流強度的降低，碎片離子峰越來越少。（5）糖苷FD-MS譜中可見到由[M+H]+或[M+Na]+依次脫去糖的碎片（參閱p40圖1-25）。肽類FD-MS譜中可見到由[M+H]+或[M+Na]+依次脫去氨基酸的碎片。6、FAB-MS(fastatombombardment)快速原子轟擊質(zhì)譜簡介（1）本法1981年由Barber發(fā)明；（2）該法中因高速中性粒子撞擊試樣后使之電離，得到分子離子及其進一步裂解的碎片。