通过retusiusine,A的核磁共振解析讲授研究生课程《物质结构鉴定与表征》
日期:2018-07-17 02:36:16 浏览次数:
[摘要]本文以兰科植物藓叶卷瓣兰中分离得到的一个新化合物retusiusine A的综合解析为(本文来自:WWw.bDFQy.com 千 叶 帆文摘:通过retusiusine,A的核磁共振解析讲授研究生课程《物质结构鉴定与表征》)例,讲授研究生课程《物质结构鉴定与表征》中的核磁共振(nuclear magnetic resonance)波谱分析内容。retusiusine A结构中包含苯环、含氧取代碳和不含氧取代碳,而且其核磁数据不重叠,非常适合作为核磁共振授课内容。
[关键词]核磁共振;retusiusine A;《物质结构鉴定与表征》
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721(2017)01(c)-0143-06
[Abstract]This paper describes the teaching of graduate student curriculum “Materia structural identification and characterization” through the NMR analysis of retusiusine A,which is a new compound isolated from Bulbophyllum retusiusculum.Retusiusine A contains benzene,oxygenated carbon and non-oxygenated carbon,and its NMR data are non-overlapped and very suitable for NMR teaching content.
[Key words]Nuclear magnetic resonance;retusiusine A;Material structure identification and characterization
《核磁共振波谱》课程是有机化学、药物化学和天然药物化学等相关专业的一门重要课程[1-2],很多高校教师一直在探索该课程的教学改革,包括网络教学[3]、互动教学[4]、注重实践[5]、结合实验[6]和考试改革[7]等。云南大学化学科学与工程学院针对研究生开设了类似必修课程《物质结构鉴定与表征》,与很多学校一样[8-9],要让课程背景不同的研究生同步学习这门课程是教学的难点。笔者认为,如果能以综合解析为主,在解析过程中强化核磁共振(NMR)基本内容,将有望满足不同课程背景的研究生对该门课程的需求。
核磁共振主要内容包括氢谱(1H NMR)、碳谱(13C NMR)、DEPT谱和二维谱,二维谱主要又包括HSQC、HMBC、1H-1H COSY和ROESY等四种图谱。本文以兰科植物藓叶卷瓣兰中分离得到的一个新化合物retusiusine A(图1)[10]的综合解析为例,来讲授《物质结构鉴定与表征》课程。化合物retusiusine A的NMR数据包括苯环、含氧取代和不含氧取代的信号,而且数据不重叠,非常适合作为核磁共振波谱分析课程授课内容。
1 1H NMR
1H NMR谱提供的最重要的三个信息是化学位移(反映氢的化学环境,与电子云密度有关)、偶合常数(反映氢的空间关系)和氢的数量(与氢的峰面积积分相关)。
1.1化学位移
学生要记住,氢(碳)周围的电子云密度越大,其化学位移越出现在高场,电子云密度越低,化学位移越往低场。从retusiusine A的1H NMR谱(图1)可以看到该化合物的两个1,3,4-三取代苯环的标准信号,这六个氢均位于苯环氢δ7.25附近,在此处可以介绍三类主要的取代基对苯环氢化学位移的影响,①烷基:比如C-7′,这类取代基对苯环氢化学位移基本没有影响,原因是既不产生共轭效应也不产生诱导效应。②羰基:羰基与苯环存在共轭效应,且由于氧的电负性使苯环电子云去屏蔽,导致苯环电子云密度降低,H-2(H-2′)和H-6受到的去屏蔽影响最大,H-6′处在羰基对位,受到的去屏蔽作用次之,而H-5(H-5′)反而受到了一定的屏蔽作用(图2A)[11],基于这个影响,化学位移应该是H-2=H-6>H-5(H-2′>H-6′> H-5′)。③含氧取代基(羟基和甲氧基):氧的孤对电子会与苯环形成共轭,从而使苯环受到屏蔽,导致电子云密度上升,含氧取代基对其邻位氢的屏蔽作用最大,对对位氢的屏蔽其次,而对间位氢的影响最小(图2B、图2C)[12]。基于此,H-2受到一个邻位氧和一个间位氧的屏蔽,H-5受到一个邻位氧和一个间位氧的屏蔽,H-6受到一个对位氧和一个间位氧的屏蔽,如果仅看氧的影响,化学位移应该是H-6>H-5=H-2,综合羰基和烷基的影响,结果就是H-6>H-2>H-5。另一个苯环上,H-5′受到一个邻位氧的屏蔽,H-2′和H-6′受到一个间位氧的屏蔽,如果只考虑氧的影响,化学位移应该是H-2′=H-6′>H-5′,综合羰基和烷基的影响,结果应该为H-2′>H-6′>H-5′。以上分析与图谱吻合,这样分析化学位移,结合峰形,对于学生归属1H NMR数据很有帮助,也可加深学生对共轭效应的理解和记忆。
H-8′由于受氧的诱导效应,加上旁边C-9′羰基的各向异性效应的影响,出现在δ5.0左右(实为δ5.33),H-7′没有与杂原子相连,只有到O-8′的弱诱导效应(诱导效应随距离增加下降很快),和苯环的各向异性效应影响,两个氢的化学位移出现在δ3.22和δ3.27。一个CH2上的两个氢的化学位移出现在不同位置的原因是该CH2与手性碳相连(C-7′)。甲氧基的化学位移在δ3.1~4.0,与苯环相连的甲氧基由于苯环的各向异性效应要更低场一些,可到δ3.6~4.0,OCH3-3和OCH3-4的实际化学位移在δ3.84和δ3.86,符合以上分析。retusiusine A的1H NMR全数据归属见表1。
1.2偶合常数
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