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波谱综合解析,有机波谱综合解释,1.质谱(MS)：确定分子量、分子式。,4.红外光谱(IR)：官能团类型。,5.核磁共振氢谱(1H-NMR)：质子类型(具有哪些种类的含氢官能团)；氢分布(各种官能团中含氢的数目)；氢核间的关系。,3.紫外光谱(UV)：是否具有共轭基团，是芳香族还是脂肪族化合物。,6.质谱(MS)：验证所推测的未知物结构的正确性,2.计算不饱和度，推测化合物的大致类型。,综合解析方法,（一）质谱图（MS）1.由分子离子峰确定相对分子量、分子式，计算不饱和度。2.由谱图概貌可推断开裂过程，判断分子稳定性，对化合物类型进行归属。3.由氮律、断裂形式推断是否含氮原子。4.由碎片离子推测官能团及可能的结构片断，证实某些基团及结构的存在。,一、各种谱图可提供的信息要点,（二）紫外光谱图（UV）,1.可知摩尔吸光系数、max2.判断是否存在芳香环及共轭体系。3.推测生色团种类。4.由Woodward-Fieser规则估计共轭体系大小及取代基位置。,（三）红外光谱图（IR）,1.主要提供官能团的信息，特别是含氧、氮官能团和芳香环。2.判断化学键的类型（如炔烃、烯烃及其它双键类型等）3.有关芳香环的信息。,（四）1H核磁共振谱图（1H-NMR）,1.根据积分线和分子式计算分子中各类氢原子数目，含氢基团类型及连接顺序。2.判断各类质子个数比。3.判断与杂原子、不饱和键相连的甲基、亚甲基和次甲基。,二、综合解析的一般程序,（一）测试样品的纯度 可用各种各种方法来确定样品的纯度（如测熔点：纯物质具有确定的熔点、沸点和折光率等，色谱法也可判断样品的纯度：如薄层层析法等）。只有确定样品为纯品时，才能对各种波谱数据进行综合解析。若样品不纯，则必须通过蒸馏、分馏、萃取、重结晶、色谱等分离手段进一步纯化后再进行各种谱图测试及综合解析。,二、综合解析的一般程序,（二）分子量的测定质谱法（三）确定分子式1.元素分析法:根据元素分析测得的C、H、O、N等元素的含量，计算出各元素的原子比值，拟定实验式，再按照分子量来推断分子式。,二、综合解析的一般程序,2.质谱法：同位素丰度法和高分辨质谱法 3.利用元素定量分析数据结合分子量，计算分子中各元素的原子数，从而确定分子式,（三）确定分子式,4结合各种谱图推测分子式,说明可能有8(3:2:3)、16、24个H,由IR、MS、NMR确定杂原子的类型和数目,例:1H-NMR,二、综合解析的一般程序,（四）计算不饱和度（五）结构式的确定1确定分子内结构单元及剩余单元2简单结构单元的组合3结构单元的综合与结构式的确定4结构最终鉴定,（六）验证核对其它已知条件（如物理、化学性质，来源及用途等）利用红外谱图核对所推断结构式的官能团利用氢核磁谱图核对氢核的化学位移及相互偶合关系用质谱裂解规律证明结构式推断无误。必要时用标准化合物进一步验证。,小结,（一）分子式的确定（二）结构单元确定（三）结构式的确定（四）验证,示例,例1：某化合物，各谱数据如图，试判断此化合物的结构,确定分子量和分子式MS：分子离子峰在152处，可以推断未知物分子量为152。分子量为偶数，可知分子中不存在奇数个氮原子。而（M）与（M+2）峰的丰度比接近1：1，所以未知物分子中可能含有一个溴原子（Br）。,IR 25003200cm-1处有一宽峰说明存在羟基（-OH），1700cm1处有一个强峰说明存在羰基（-C=O），而1H-NMR谱图中在11附近有一单质子峰应对应羧基（COOH）中的氢原子，因此可推测分子中含有羧基（COOH）；所以推测分子中含有2个氧原子。,1H-NMR谱图,1H-NMR 从低场到高场各组峰的积分曲线高度比为1：2：2，因此推测分子中存在5个氢原子（H）。,解：1.确定分子式MS可以看出分子离子峰在152处，可以推断未知物分子量为152。分子量为偶数，可知分子中不存在奇数个氮原子。而（M）与（M+2）峰的丰度比接近1：1，所以未知物分子中可能含有一个溴原子（Br）。1H-NMR从低场到高场各组峰的积分曲线高度比为1：2：2，因此推测分子中存在5个氢原子（H）。IR 25003200cm-1处有一宽峰说明存在羟基（-OH），1700cm1处有一个强峰说明存在羰基（-C=O），而1H-NMR谱图中在11附近有一单质子峰应对应羧基（COOH）中的氢原子，因此可推测分子中含有羧基（COOH）；所以推测分子中含有2个氧原子。推断分子中所含的C原子数目为：推断分子式为：C3H5O2Br,2.结构单元的确定计算不饱和度：前已推出含有C=O，故无其他不饱和结构。分析1H-NMR谱图：在11附近有一单质子峰应对应羧基（COOH）中的氢原子，因此可推测分子中含有羧基（COOH）；3.0和3.5处有两个分别对应两个质子的三重峰，可能对应两个相连（相互偶合）的亚甲基（-CH2-CH2-）。由MS知含一个Br。从而推断出存在如下结构单元：-Br，-COOH，-CH2-CH2-3.结构式的确定综上分析可以推断未知物分子结构为：Br-CH2-CH2-COOH,4.验证 MS谱图中碎片离子峰m/z 107为分子失去一个羧基（-COOH）得到；而m/z 73为分子失去溴（Br）得到，由于C与杂原子的键易断，所以这个碎片离子峰的丰度最大。因此我们可以确定未知物的分子结构为：Br-CH2-CH2-COOH,例2.根据某化合物的MS、IR及1H-NMR谱图，判断此化合物的分子结构。,确定分子量与分子式：MS 分子离子峰在m/z 200处，可确定化合物分子量为200，M+峰与(M+2)+峰相对丰度近似为3：1，因此可以确定分子中含有1个氯原子。,IR 25003200cm-1处有一宽峰说明存在羟基（-OH），1700cm1处有一个强峰说明存在羰基,而1H-NMR谱图中在11附近有一单质子峰应对应羧基（COOH）中的氢原子，因此可推测分子中含有羧基（COOH）；,1H-NMR谱图,1H-NMR：从低场到高场各组峰的积分曲线高度比为1：2：2：1：3，由此推断共有9个氢原子（H）。,解：1.确定分子式：MS 分子离子峰在m/z 200处，可确定化合物分子量为200，M+峰与(M+2)+峰相对丰度近似为3：1，因此可以确定分子中含有1个氯原子。IR 25003200cm-1宽峰,说明存在羟基（-OH），1700cm1处强峰,说明存在羰基,1H-NMR谱图中在11有一单质子峰为羧基（COOH）中的氢原子，因此可推测分子中含有羧基（COOH）；1H-NMR 积分曲线高度比为1：2：2：1：3，共有9个H。1H-NMR谱图中4.7处的单质子峰可能对应-O-CH，结合IR谱图12001250cm-1处有一个强峰，证实分子中 存在醚键（-O-）；推断分子中存在3个氧原子（O）。分子中所含C原子数目为：由以上分析可初步推测分子式可能为:C9H9ClO3。,2.结构单元的确定 计算不饱和度 由不饱和度计算表明化合物可能存在芳环。判断可能存在的结构单元 前已说明存在-COOH，双键加上一个苯环，不饱和度为5，与计算值相符。分析1H-NMR：1.7的二重峰与4.7的四重峰组合应为：CH-CH3 7附近两个变形的双二重峰说明苯环被不同基团的对位双取代，11附近则应为羧基-COOH上的H。综合各谱图信息表明存在以下结构单元：-Cl，CH-CH3，-COOH和醚键-O-。,（A）,(B),3.结构式的确定 这些结构单元组合满足分子式要求。而且醚键应与次甲基相连即存在如下结构：-O-CH-CH3 用这些结构单元可以组成下面两种可能结构：,4.验证 可利用质谱数据进行结构验证。高质量端三个碎片离子m/z 155、128和111均含有Cl原子，说明Cl原子与苯环直接相连，因为这时Cl上的孤对电子与苯环发生p-共轭，不易被丢失。所以未知物的结构应为（A）。,（A）,MS谱图中碎片离子峰m/z 155为分子失去一个羧基（-COOH）得到；而m/z 128为O与CH之间断裂，又捕获一个质子得到，由于此过程易发生，所以这个碎片离子峰的丰度最大。,例3 根据某化合物的MS、IR及1H-NMR谱图，判断此化合物的分子结构。,确定未知物分子量和分子式：MS 可以看出分子离子峰在165处，所以未知物分子量为165。分子量为奇数，因此可能存在奇数个氮原子。,IR 33003500cm-1处的两个强峰说明未知物分子中可能含有氨基（-NH2），所以推测分子中含有一个氮原子（N）；1700cm-1处有一个强峰说明存在羰基，且不与氨基相连，可能为酯；而1280cm-1处的强峰对应C-O键的振动，证明存在酯（-COO-）的结构，因此推测分子中含有两个氧原子（O）。,1H-NMR 从低场到高场各组峰积分曲线高度比为2：2：4：3，可以推断分子中存在11个氢原子（H）。,如果上述推断成立，那么分子中存在的碳原子（C）个数为：因此可以初步推测分子式为：,C9H11NO2,解：1.确定分子式 MS：可以看出分子离子峰在165处，所以未知物分子量为165。分子量为奇数，因此可能存在奇数个氮原子。IR：33003500cm-1处的两个强峰说明未知物分子中可能含有氨基（-NH2），所以推测分子中含有一个氮原子（N）；1700cm-1处有一个强峰说明存在羰基，且不与氨基相连，可能为酯；而1280cm-1处的强峰对应C-O键的振动，证明存在酯（-COO-）的结构，因此推测分子中含有两个氧原子（O）。1H-NMR：从低场到高场各组峰积分曲线高度比为2:2:4:3，可以推断分子中存在11个氢原子（H）。如果上述推断成立，那么分子中存在的碳原子（C）个数为：因此可以初步推测分子式为C9H11NO2。,2.结构单元的确定 计算不饱和度,由不饱和度计算表明化合物可能存在芳环。推测可能存在的结构单元IR：3200cm-1处的吸收峰反映了芳香C-H键的伸缩振动，16001400cm-1处的强吸收峰也反映了未知物分子具有芳环。已推测出分子中存在羰基，这样一个双键加上一个苯环，不饱和度为5与计算值相符，因此推断未知物分子中含有苯环。1H-NMR：6.6和7.8处分别对应两个质子的二重峰应对应苯环上的质子，说明未知物分子中的苯环可能为对位双取代的苯环，再结合IR谱图中800cm-1处的峰证实未知物分子中确实存在对位双取代的苯环结构。1.3处对应三个质子的峰可能对应甲基上三个质子（-CH3），此峰裂分为三重峰，说明此甲基应与一个亚甲基（-CH2）相连，因此推测分子中存在如下结构：-CH2-CH3。而4.2附近四个质子的多重峰就对应氨基和亚甲基的质子。,综合上述分析，推测未知物分子中存在如下结构单元：,-NH2，-CH2-CH3，,3.结构式的确定 根据以上结构单元，可以推测未知物分子结构如下：,4.验证 最后可以通过质谱图对此结构进行验证，MS谱图中丰度100的 峰m/z 120处应为C-O键处断裂，失去-OCH2CH3结构得到，因 此以上推断是正确的。,m/z 137处为O与CH2 之间断裂，又捕获一个质子得到。,作业,1已知某化合物分子式为C9H10O2（若无分子式），其谱图如下，试写出该化合物的结构式。,2.某化合物元素分析及各谱图如下，试判断该化合物结构式。,3.一化合物为无色液体，bp144，其谱图如下，试推测结构。UV：max=275nm(max=12),4.已知某化合物分子式为C9H10O3（若无分子式），其谱图如下，试写出该化合物的结构式。,答案：,1.,2.,3.,4.,1.某化合物的分子式是C4H10O，NMR波谱图见下，试推其结构。,1H-NMR 习题：,2一个未知物的分子式为C9H13N。a 1.22（d）、b2.80（sep）、c3.44（s）、d6.60（m，多重峰）及e7.03（m）。核磁共振谱如下图所示，试确定结构式。,3.某化合物的分子式为C9H13N，NMR波谱图见下图，试推其结构。,4.某化合物的NMR谱上有三个单峰，值分别是7.27、3.07和1.57，它的分子式是C10H13Cl，试推出结构。,1H-NMR 答案：,1.CH3CH2-O-CH2CH3,2.,3.,4.,