【转帖】从质谱的角度谈屠呦呦得诺贝尔奖的“青蒿素”

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• 红茶可乐 (2016-4-26 17:02:34)

  这么复杂的一个结构，化学家是怎么得到这个分子结构的呢？
  一开始，这就好像是一个黑箱。
  要知道这个结构，首先需要知道这个“青蒿素”分子里含有多少个碳原子，多少个氢原子，多少个氧原子，有没有氮原子。
  当时从青蒿里提取出来“青蒿素”这个玩意的时候，只做了人体生物实验，认为它对治疗疟疾有效，但并不清楚这个玩意的化学结构式是什么。这会引起一个问题，那就是无法进行人工合成——要知道从植物里去提取这个玩意程序很复杂，含量很少而且需要提纯（因为植物里各种有机物多得很，往往容易眉毛胡子一把抓）。因为这些原因，科学家更喜欢做有机合成，而不是纯天然提取的。
  那么有什么办法知道它的化学结构式呢？
  因为这项工作是在1970年代完成的，当时的中国国情还比较复杂，而且仪器设备也比较简陋。我们可以换一种比较现代的语言来介绍一下这个过程。
  最重要的是要测出这个分子的分子量，这就需要动用高端的分析化学仪器——有机质谱仪。
  

  
  2015100909595396.jpg

• 红茶可乐 (2016-4-26 17:02:57)

  有机质谱仪是测量有机分子质量的一种有力武器。
  这种仪器一般在前端有一个进样的设备，叫做液相色谱仪，然后通过电喷雾离子化或者化学电离或者激光解吸电离的方式把有机分子带上电变成离子（为什么有三种离子化的方式这决与我们要检测的分子有没有极性，换句话说就是分子结构对称不对称），然后再导入到质谱仪器中——质谱仪器内部是真空环境，所以离子可以在里面飞行，其运动过程基本只受到电场的控制，而不用考虑空气分子的碰撞。
  质谱仪器是怎么知道分子的质量的呢？原来，质谱仪里面有一个或者多个“质量分析器”可以测量出离子的质量。质量分析器一般由四根带电的金属圆棒组成，叫做“四极杆”，两两相对，相对的一组电极带电相同，所以可以认为是一组，整个四极杆就好象是一个电容。它们带电以后，可以在空间产生一个电场分布——其电势满足拉普拉斯方程。

  
  2015100910004505.jpg

• 红茶可乐 (2016-4-26 17:03:48)

  离子在这四极电场里运动，就好象是在狂风中的大海里的一个小船，只有特定质量的船才可以通过这片大海——船太大了容易招风被掀翻，船太小了容易被海浪吞没。(离子在四极场中的整个运动方程满足数学上描述摆长周期性变化的单摆的运动方程——马蒂尔方程。)

  
  2015100910011037.jpg

• 红茶可乐 (2016-4-26 17:04:11)

  因为整个“青蒿素”分子结构复杂，太大了，还可以通过“碰撞室”把它碰成碎片（碰撞室里有惰性气体，可以把“青蒿素”撞碎），这就好像要研究一辆汽车的内部结构，可以让汽车撞墙，撞破了就可以知道汽车内部的发动机什么的安放位置了。碰撞室可以告诉我们有机分子的空间结构信息。也就可以告诉我们青蒿素结构信息了。
  最后可以通过光谱与核磁共振验证的方法，把青蒿素整个化学结构完全定下来。
  很难想象在缺乏高精尖设备支持下的科研是怎样一种状况。不得不赞叹的是，产生于文化大革命时代的“青蒿素”凝聚了一批分析化学家的心血，他们在简陋的条件下测出了青蒿素的分子结构，这是了不起的贡献。因此，我们也有理由相信，在未来的中国，随着大批高精尖仪器的引进与国产化，硬件障碍和技术壁垒会大大降低，我们也期待不远的将来会诞生更多本土的诺贝尔奖！

• veiwu (2016-4-26 17:04:37)

  那在文革时期中国科学家合成生物活性牛胰岛素呢？不也是挺牛的嘛？只是苦于当时国情让中国科学家的毕生心血没有得到世界的认可。

• 喜乐lele (2016-4-26 17:05:10)

  是3个六元环吗？我看到的怎么是2个六元环加1个桥环啊？桥环的大框架也是7元啊。

• 131415 (2016-4-26 17:05:44)

  我写的, 应该给出原文出处呀  
  cuturl('http://news.kedo.gov.cn/feature/idea/816367.shtml')

• 红茶可乐 (2016-4-26 17:06:33)

  是3个六元环吗？我看到的怎么是2个六元环加1个桥环啊？桥环的大框架也是7元啊。
  
  ===================================
  
  谢谢指正,那是我得奖当天写的,数错了

• 喜乐lele (2016-4-26 17:07:09)

  QUOTE:

  原帖由 红茶可乐 于 2016-4-26 17:06 发表 bbcodeurl('http://bbs.antpedia.com/images/common/back.gif', '')
  是3个六元环吗？我看到的怎么是2个六元环加1个桥环啊？桥环的大框架也是7元啊。
  
  ===================================
  
  谢谢指正,那是我得奖当天写的,数错了 ...

  不用客气。我是有疑惑就问，希望发布出来的都是准确的信息。欢迎常来质谱版面！

• 喜乐lele (2016-4-26 17:07:39)

  QUOTE:

  原帖由 131415 于 2016-4-26 17:05 发表 bbcodeurl('http://bbs.antpedia.com/images/common/back.gif', '')
  我写的, 应该给出原文出处呀  
  cuturl('http://news.kedo.gov.cn/feature/idea/816367.shtml')

  确实，这篇文章10.5就发布出来了。转载应注明出处。

• 喜乐lele (2016-4-26 17:08:12)

  我再找个茬：文章中有段主要介绍的是与液相联用的质谱仪，而配图配的却是GCMS，如果能换成LCMS的仪器图片感觉会更贴切。

• 红茶可乐 (2016-4-26 17:08:43)

  QUOTE:

  原帖由 喜乐lele 于 2016-4-26 17:08 发表 bbcodeurl('http://bbs.antpedia.com/images/common/back.gif', '')
  我再找个茬：文章中有段主要介绍的是与液相联用的质谱仪，而配图配的却是GCMS，如果能换成LCMS的仪器图片感觉会更贴切。

  当时为了赶时间，随便插了一个图，可以换换

• 8princess8 (2016-4-26 17:08:58)

  这个整套质谱数据都是GCMS做的

• 9900 (2016-4-26 17:09:19)

  青蒿素的分子结构是通过X射线衍射确定的。。。。。。测分子量并不能确定原子位置。。。。。
  cuturl('http://bbs.instrument.com.cn/topic/5967752')

• 红茶可乐 (2016-4-26 17:09:45)

  QUOTE:

  原帖由 9900 于 2016-4-26 17:09 发表 bbcodeurl('http://bbs.antpedia.com/images/common/back.gif', '')
  青蒿素的分子结构是通过X射线衍射确定的。。。。。。测分子量并不能确定原子位置。。。。。
  cuturl('http://bbs.instrument.com.cn/topic/5967752')

  我知道，看我的微博cuturl('http://weibo.com/2973629855/profile?topnav=1&wvr=6') ;  有详细的过程

• 04906 (2016-4-26 17:10:21)

  不用客气。我是有疑惑就问，希望发布出来的都是准确的信息。欢迎常来质谱版面！
  
  ============================
  
  那个时候还没有软电离质呢

• 红茶可乐 (2016-4-26 17:10:46)

  QUOTE:

  原帖由 04906 于 2016-4-26 17:10 发表 bbcodeurl('http://bbs.antpedia.com/images/common/back.gif', '')
  不用客气。我是有疑惑就问，希望发布出来的都是准确的信息。欢迎常来质谱版面！
  
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  那个时候还没有软电离质呢

  那时候连4极杆还没有呢    ，在文章中我是说用“现代语言”来谈一下这个事情

• jingling845 (2016-4-26 17:11:06)

  已经有分子式了， 梁丽用X射线单晶衍射直接就求解出原子位置了。
  用质谱只能得到分子片段信息，解不出完全结构。
  本贴讲质谱，意义不明

• 红茶可乐 (2016-4-26 17:11:30)

  QUOTE:

  原帖由 jingling845 于 2016-4-26 17:11 发表 bbcodeurl('http://bbs.antpedia.com/images/common/back.gif', '')
  已经有分子式了， 梁丽用X射线单晶衍射直接就求解出原子位置了。
  用质谱只能得到分子片段信息，解不出完全结构。
  本贴讲质谱，意义不明

  你可以看看我微博里的2个文章，上海有机所的那个文章说是用到了磁质谱，北京这边的人认为上海那边没有测出结构。  我主要是要做一些科学历史方面的讨论，抛砖引玉

• jingling845 (2016-4-26 17:12:06)

  QUOTE:

  原帖由 红茶可乐 于 2016-4-26 17:11 发表 bbcodeurl('http://bbs.antpedia.com/images/common/back.gif', '')
  
  你可以看看我微博里的2个文章，上海有机所的那个文章说是用到了磁质谱，北京这边的人认为上海那边没有测出结构。  我主要是要做一些科学历史方面的讨论，抛砖引玉 ...

  我的观点很简单 测定晶体结构 x射线衍射方法是最直接的 不关质谱什么事
  文革中能做出来确实很不错
  不过就现在看来 青蒿素分子并不是什么大分子 现在哪怕是蛋白质晶体结构都可以用x射线衍射测定