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资料：有机化合物结构鉴定
摘自:汪茂田等,<天然有机化合物分离提取与结构鉴定> 化学工业出版社,2004资料：有机化合物结构鉴定
20 世纪下半叶，光谱学已成为有机化学的基础课程。30年代发展的紫外(UV)光谱和40年代的红外(IR)光谱为化学家提供了识别有机化合物生色基和官能团的有效方法。研究者可以采用极少量的样品，非破坏性的实验得到有关结构的信息。50年代发展起来的质谱(MS)方法进一步带来革命性的影响，MS实验可给出化合物的分子式，并且通过裂解方式提供分子的结构信息。
对有机结构化学影响最大的谱学方法当推核磁共振(NMR)。它对有机化学的影响是迅速的并且是震撼性的。近50年来，有机波谱学尤其是NMR技术的发展改革了天然产物结构鉴定的方法。波谱技术已成为探究大自然中分子内部秘密的最可靠、最有效的手段。今天波谱学已成为天然有机化学家不可或缺的工具。可以预期，即使在将来的千年岁月它们也一定是必不可少的。随着波谱技术的飞速发展，将会有更多的新技术为化学家所掌握，那时测定天然产物结构将会变得更加容易。
十几年前像HMBC、TOCSY 等2DNMR等技术还是波谱学家刚开发的脉冲序列，可是在近几年市售的NMR波谱仪器上这些技术已成为常规方法了，这些技术已成为天然产物结构测定的强有力的工具。众所周知的吗啡(morphine))是1803年由Serturner分离得到的，直到1952年全合成成功才完成了结构确定，用了150年时间，番木鳖碱(Strychnine，士的宁)的结构确定用了半个多世纪(1891-1946)，耗费了几代杰出化学家的心血，原因是当时确定结构的主要方法是湿法化学。而今天确定一个比较复杂的天然化合物的结构已变成研究生的科研训练课程，一般只需几个小时、几天、几周或几个月即可完成。这显然得益于波谱技术的发展和普及，同样重要的是一代又一代的天然有机化学家积累的波谱数据可供参考。
严格地说，UV和IR属于光谱，MS不是光谱而是物质粒子的质量谱，NMR属于波谱。早年习惯称“四大光谱”，为了方便起见，本编中统称为波谱法。
由于NMR技术在天然物结构测定中的重要地位，加之NMR技术解决天然产物结构问题的“多才多艺”，所以本编讨论的重点侧重于NMR方法。
有机化合物结构鉴定方法(续1)
用波谱法鉴定天然化合物结构需要的样品量。
在进行天然物化学成分研究时或微量有机合成，一般分离出来的单体都是微量的，其量的范围通常在几mg至几十mg之间。当样品量大于10mg时，测定多种图谱已足够了。建议先测定NMR，因为测定了NMR的样品可以回收。
当只有几个mg样品且样品来之不易时，测定前需要有一个细致的方案。比如样品量约为5mg，取1～2mg 作为留样预防风险，其余3～4mg用于结构鉴定。根据研究者已获得的背景信息，如果该样品可能是已知化合物，测定1H、13CNMR 和MS后，将样品回收再测定IR，与文献数据对照。按理，已知化合物鉴定的最方便的方法是找到对照样品和/或其IR图谱，可实际工作中对照品和对照IR图谱并非容易得到，文献中化合物的IR数据往往只报道几个最大吸收，这对鉴定一个化合物是不够的，因为用IR谱鉴定一个化合物要有图谱对照。如果可能是新化合物，尽可能不做燃烧分析而是采用高分辨MS来决定分子式和碎片离子的元素组成，因为测定MS所需样品量极微。完成各种先期必要的NMR图谱测定后，将样品暂时保留在样品管中，以备有疑问时进一步测定NMR，回收样品用来测定IR等。液体样品涂片测定IR后可用溶剂洗脱来回收，固体样品可从KBr 片中把样品回收。
作者曾用7mg二萜化合物进行酸催化重排反应(化学学报 1987,45,871)，由甲醇得2.2mg无色结晶，显微熔点仪测定m.p 257～259℃，然后测定EIMS和1HNMR，回收NMR样品管中的样品，测定IR,再回收KBr 片中的样品。将最后的不足2mg样品进行燃烧分析(只能做一组数据)。
当用 2～3mg 样品测定多种NMR图谱时，花费较长的测试时间是不可避免的。建议尽可能使用磁场较高的仪器(如500MHz、600 MHz、800 MHz)，因为磁场越高，灵敏度越高，可大大缩短测试时间，同时对化学位移非常相近的峰也能得到满意的分辨，更有利于图谱的解析。
当一个具有特殊意义的样品只有1 mg左右或者更少时，由于样品量甚微会使工作有一定难度。特别是微克级样品的结构测定，其工作本身就有一定难度，除了尽可能使用高磁场NMR谱仪外，使用微量探头(microprobe)或超低温微量探头测定NMR图谱是可取的。当然使用高分辨MS同样是不可少的。如果混合物中有一系列微克级成分需要鉴定，使用LC-NMR和LC-MS技术应是一个不错的选择。使用LC-NMR技术分离鉴定将在本章第三节的(四)部分介绍。
有机化合物结构鉴定方法(续2)
样品结构的背景信息
在进行结构鉴定之前，尽可能多地获得与样品化学结构有关的各种背景信息是非常必要的，信息量的多寡直接影响结构鉴定工作的速度。从各种植物中分离出来的成分可以说大部分是已知化合物，只要文献充足，这些已知物的结构鉴定一般都是比较快捷和容易的。对于一小部分新化合物，大多是已知骨架上的取代基不同和/或立体化学不同，文献数据对这些新化合物的鉴定起到非常重要的作用。研究中遇到全新骨架新化合物的几率比较低，即使是新骨架的新化合物，其部分结构单元往往也会在其它天然物结构中出现过，学习和积累天然物结构片段的波谱特征和特征数据，对于鉴定新化合物是很有用的，这也需要有文献数据的参考。所以详尽地查阅与所研究内容有关的文献是一件必要的工作。
在没有和/或缺乏背景信息的情况下，可以直接通过多种波谱技术测定化合物的结构(不包括X-ray四圆衍射法)。
由于早期的文献受仪器功能的限制，有些数据没有经过可靠方法的证实(尽管结构没问题)，波谱数据不一定完全可靠地归属。文献上通常把归属不清的数据用﹡和/ 或△表示，并注明了数据可以交换，立体化学未确定的基团用折线连接。由于波谱数据完全可靠的归属对于结构的确证和后人的参考有着重要的意义，所以近年来不断有国内外学者利用高场NMR波谱仪对一些复杂的天然产物进行1H和13NMR化学位移完全归属研究的文献发表，这类文章中的波谱数据很有参考价值。
原始文献和“二手文献”。原始文献是指研究者发表的学术论文，实验报告等，是最有参考价值的资料，作者把结构测定使用的方法、实验条件、分析讨论阐述的比较清楚，有的还有图谱。如果对原作者的结论有疑问，在网络发达的今天，可以很方便地和作者取得联系。所谓的“二手文献”指的是综述、专著、和手册等。综述，尤其是国外作者的综述，由于语言文字和信息来源广泛畅通的缘故更具有参考价值。这里并非贬低我国学者的综述文章，因为有一个不争的事实，那就是有些杂志在国内很难找到或根本找不到。
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scattering (2010-9-07 14:19:33)
质谱的应用
质谱(MS)法是鉴定有机物结构的重要方法，其灵敏度之高，远远超过NMR和IR。MS可以测定分子量、分子式，EIMS中的裂解碎片离子峰在不少情况下对推断化合物的分子骨架很有用。有些类型的化合物可用MS确定分子结构片段连接顺序。
近十多年来，MS与其它仪器的联机以及电离方法的革新给MS增加了更大活力，应用范围进一步扩大。天然产物结构测定中常用的MS方法按电离方式有以下几种：
(一) 电子轰击质谱(EIMS) 和高分辨电子轰击质谱(HREIMS)
电子轰击质谱(EIMS) 和高分辨电子轰击质谱(HREIMS)是天然化合物结构测定中应用最多的MS方法，可以用其测定分子量、分子式、碎片离子的元素组成和分子的裂解方式。但 EIMS也有一些不尽人意的地方，对于热不稳定的化合物，极性大的化合物以及分子量较大的化合物往往得不到分子离子峰，或分子离子峰很弱以至于难以断定。弥补这种缺憾的方法是采用下面介绍的软电离源MS。
(二)快速原子轰击(FAB)谱 和高分辨快速原子轰击(HRFAB)谱
快速原子轰击(FAB)谱 和高分辨快速原子轰击(HRFAB)谱适用于挥发度极低、强极性有机化合物;热不稳定的有机物，分子量较大的极性化合物，如氨基酸、多肽、糖类、糖苷等。
(三)场解吸(FD)谱中通常主要为M和/或MH峰
这个方法一般用于分子量较小而极性很强的分子。
(四)化学电离(CI)
化学电离与电子轰击源相同之处都是热源，所以容易挥发、受热不易分解的样品才适合用CI源测定，在EIMS观察不到分子离子峰时，用CI源常常可以得到分子量信息。例如长链脂肪醇、氨基醇、缩酮类等。EI谱和CI谱互补分析可以得到更充分的结构信息。
(五)电喷雾电离(ESI)
电喷雾电离(ESI)用于多肽、蛋白质、糖蛋白、核酸等。ESIMS用于蛋白质一极结构的分析已比较成熟，用其研究生物分子具有重要的作用。
(六)大气压化学电离(APCI)
大气压化学电离(APCI)适用于分的定性和定量分析，药代动力学研究等。
(七)基质辅助激光解吸电离(MALDI)
基质辅助激光解吸电离(MALDI)用于多肽、蛋白质、糖蛋白、DNA片段、多糖等。
在多种电离源获得的MS中，以EIMS提供的结构信息最多。如果我们想用最少的样品获得最多的结构信息的话，当首推EIMS。在大多数情况下由EIMS不仅可以得到分子量、分子式，还可以得到丰富的裂解碎片信息，这些碎片离子的元素组成亦可由HREIMS测得。如果所测样品的分子骨架比较稳定并且有明确的裂解规律的话，由EIMS推断分子结构往往是很奏效的。
例如齐墩果酸(oleanolic acid)，由于其分子中存在C12-C13双键，在EIMS中，其优势裂解方式是RDA裂解。RDA裂解产生两个关键的碎片离子，一个是以A、B环为骨架的碎片离子m/z208，另一个是以D、E环为骨架的碎片离子m/z248(基峰或强峰)，这两个离子可称为互补离子，二者之和即为分子量。
当该化合物的A环和/或D、E 环上有取代基时，上述两种离子的质量数会根据取代基的质量数发生有规律的变化。这就是说，如果D环或E环上连有一个羟基，那么相应于m/z248的离子就是m/z264。这对于推断齐墩果酸类三萜骨架取代基的位置很有用。当然，乌苏酸(ursolic acid)是齐墩果酸的同分异构体，都含C12―C13双键，二者的EIMS几乎完全一致。这时13CNMR可以方便地将二者区分。
黄酮、蒽醌、香豆素、甾体化合物等都有明确的裂解规律可循，《中药化学》中已有介绍，读者还可以参阅相关的专著。
值得强调的是，单萜、倍半萜和二萜类化合物由于分子结构中大多缺乏定向裂解基团，故在电子撞击(EIMS)下会发生多化学键裂解，再加上屡屡发生的重排和氢转移，致使很难判断碎片离子的来源和结构。特别是氧化倍半萜类和二萜类化合物，对于这类化合物EIMS谱通常的作用只是得到分子量和分子式。笔者曾测定过一些倍半萜和二萜的结构，尽管采用HRMS将分子离子和主要的碎片离子都测定了精确质量和元素组成，仍难以推断分子骨架。在将这些二萜的结构包括立体化确定之后，回过头来重新解释其EIMS数据，还是难以找出明确的裂解规律。而采用多种NMR技术不但可以测定这些二萜的分子骨架，更重要的是可以确切地测定取代基的位置和立体化学。值得强调的是，MS的真正威力是测定分子量和分子式。一般来说在结构测定中，NMR更为重要。除了对那些已知质量单位构成的分子(如多糖，多肽，蛋白质，DNA等)以外，MS一般只能起证实作用。
(八)气相色谱-质谱联用(GC/MS)
气相色谱-质谱联用(GC/MS已成为鉴定天然有机混合物中各组分结构的有力手段之一，几乎所有用GC可分离的组分都可以使用GC-MS法得到效果比较满意的图谱，哪怕含量只有纳克级。用GC-MS鉴定天然化合物通常是使用计算机数据库进行的，市售的GC-MS仪器都配有联机数据库检索系统，数据库中一般有几万至十几万张图谱，其中包括相当数量的天然化合物。尽管不同数据库的检索方法不同，但其基本思想都是将未知图谱与谱库中标准图谱进行比较，相似度越高可信度越高，这种比较是建立在主要碎片离子质量和相对丰度的基础上的，更重要的是所要鉴定的化合物必需是谱库中已经有的化合物。事实上一些分子量不同的化合物会产生极为相似的MS图谱，换句话说，一些不同的化合物其MS图中的主要碎片质量一致，而丰度也相似，这就使结构鉴定陷入僵局，其结果的可信度就是一个很值得注意的问题。
作者在为天然物研究者解析MS图谱时还发现不少通过GC-MS测定的单萜和倍半萜图谱在MS数据库中检索不到，其实这也是正常情况，因为图谱库中化合物的数量是有限的，这时就需要人工解析。
(九)液相色谱-质谱联用(LC-MS，HPLC-MS)
液相色谱-质谱联用(LC-MS，HPLC-MS)很适合极性分子的分离和结构鉴定。它是分析分子量大、极性强的化合物不可缺少的分析仪器，已在天然物化学、植物药复方研究、生物化学、药代动力学、临床医学、环保、化工领域得到广泛的应用。
有的网友问:混合物的MS图谱怎么解析?
混合物的图谱是不好解析,给您点体会,供参考.以EIMS为例.
1.第一印象,峰很多(当然不少化合物的MS峰都很多,这有个识别经验问题).
2. 首先分析分子峰区,既然是混合物的图谱,一般情况下化合物结构相似,如果结构相差甚远,即使直接进样离子流也往往分 得开.由M-15,M-18等离子判断分子峰.比如beta-sitosterol类甾醇类由于同系物之间差一分子H,往往难以分离,EIMS中会有 414和414两个分子峰.这是不难辨认的.
3.分析中质量区,如果混合物的骨架相同,其主要裂解碎片也应该相同和/或相似,相似的意思是,可能回发现有丰度相似,质量数相差2个H的峰.
4.基峰,分子峰,中质量区丰度较大的峰要给予解释,根据背景信息,试查目的化合物的MS数据,或连机检索,然后人工分析取舍.
5.参考NMR结构类型的信息,设计结构,尝试分析.
资料：有机化合物结构鉴定