结构研究法-UV,IR,MS

这是一个关于结构研究法-UV,IR,MS的思维导图，结构研究法中常用的UV、IR、MS是指紫外-可见光谱法、红外光谱法、质谱法。这些方法在化学和生物学领域中被广泛使用，用于确定化合物的结构、组成和性质。

结构研究法

• 化合物的纯度测定
  • 晶型：均一
  • 物化常数：熔点、沸点、折光率、比旋度
  • 色谱法：TLC,PC,GC,HPLC
• 结构研究的主要程序
  • 初步推断结构类型
    • 提取、分离中的过程行为；显色反应、化学定性实验
  • 测定分子式，计算不饱合度
    • 计算不饱和度：元素分析；同位素丰度比法，HR-MS（高分辨质谱）：FT-MS（傅立叶变换离子回旋共振质谱仪）、TOF-MS（飞行时间质谱）、 Obitrap-MS
    • 分子式的确定：CxHyOm(NH)n：Ω=x-y/2+1。例如C8H13O2N3：C8H10O2(NH)3，Ω=8-10/2+1=4
  • 官能团、结构片段、基本骨架
    • 官能团定性鉴别
    • UV（确定共轭体系）、 IR（确定官能团）、 NMR（确定分子结构、相对构型）、 MS（确定分子量、分子式，可根据碎片特征解析部分结构）
  • 平面结构、相对构型、优势构象
    • 1D、 2D-NMR 化学降解、衍生物制备
  • 绝对构型的确定
    • CD、 ORD X-射线衍射 人工手性合成
  • 糖链的结构测定流程：纯度-MW-单糖的组成-单糖绝对构型的确定-单糖连接位置的确定-糖链连接顺序的确定-苷键构型、氧环结构
• 紫外光谱UV
  • 原理
    • 电子由基态跃迁至激发态（π→ π *、 n → π * ），在紫外可见光区（200～700nm）引起的吸收谱图
  • 作用
    • 含共轭双键、 α,β-不饱和羰基、芳香化合物的结构鉴定
    • 特定的吸收谱特征→骨架类型的判断，如：黄酮、香豆素、蒽醌
    • 加诊断试剂前后谱图的规律性变化→取代基的推断，如：黄酮、香豆素
• 红外光谱IR
  • 原理
    • 化学键振动引起的，在红外光区（4000～625 cm-1）的吸收谱图
  • 作用
    • 特征频率区：4000～1500 cm-1：确定官能团类型 指纹区：1500～600 cm-1：构象、构型、取代模式等
• 质谱MS
  • 基本特征
    • 精确的MS分析能用于分子式分析 指纹特征的质谱碎片可通过数据库技术定性 可控电离技术 (MS/MS) 用于未知物结构分析 同位素峰信息能提供分子的元素组成信息 联用技术可用于混合物分析，提高工作效率 提供分子功能团信息 优异的检测限
  • 分类
    • 离子源
      • 气体：• EI（结构阳性较强的化合物）、 CI（易裂解的化合物） • FAB、 ESI、 APCI（脂溶性化合物） • FI、 FD • MDLI
    • 质量检测器
      • • 四极杆 • TOF • FT-MS
    • 分辨率
      • • 小数点后3位 • >小数点后4位：高分辨 (HR-MS)
  • MS的离子源：根据离子化时样品的状态分类
    • 电子轰击质谱EI
      • 应用最广泛的离子源：-70eV，“刚性”电离效果
      • 优点：• 结构简单，控温、操作简便 • 电子流强度可精确控制 • 能量色散小: 确保较高的分辨率和质谱重现性 • 电离效率高: 确保很高的灵敏度 • 能提供化合物的“指纹”特性： 标准图谱多为EI-MS • 可作质量校正
      • 缺点：分子离子峰不强，EI源样品必须气化: 不适合于高分子量和热不稳定物质
    • 化学解离CI
      • 流程
        • 反应气 (CH4、异丁烷、 NH3) + 样品一定比例混合
        • 电子轰击
        • 反应气分子先被电离→一次离子→二次离子
        • 离子 + 样品反应→(M+1)+准分子离子峰
        • 准分子离子峰：可能失去H2→ (M-1)+
      • 分类：PCI（阳离子），NCI（阴离子，高灵敏度）
    • 电喷雾电离ESI
      • 柱后导入
        • 毛细管直径200 μM 金属 通电压：正负决定离子模式
      • 雾化带电
        • 雾化气： N2 电场作用下，形成带电雾滴
      • 真空蒸发
        • 表面积变小 表面电荷密度↑
      • 库伦爆炸
        • 达到雷利极限 库伦爆炸 样品与雾滴分离
    • 大气压化学电离APCI
      • 液体+雾化气→雾化 加热管→挥发 放电→溶剂分子，反应气分子电离 气态样品分子+反应气离子反应→分子离子
    • ESI-MS、APCI-MS的比较
      • APCI-MS
        • 分析非极性、弱极性化合物 只生成单电荷离子 能够适应高流量梯度洗脱及高/低水含量溶液变换
      • ESI-MS
        • 适合分析极性化合物 可生成多电荷离子 能够分析一些生物大分子
  • MS的分类：质量检测器
    • 四极杆质量分析器
      • 离子在四极场中受强聚焦作用向分析器中心轴聚焦
        • 只有m/z在某个范围的离子还能到达
        • 其余离子:振幅过大，与电极碰撞→放电→被抽走
      • 改变电压、频率
        • 对不同m/z进行检测
    • 飞行时间质量检测器 (Time of Flight, TOF)
    • FT-MS
      • 特点
        • 分辨率极高 分析灵敏度高 价格、维护费用高
      • 离子阱组成
        • 电势阱 (z 轴,以T 表示) 激励板 (x 轴,以E 表示) 接受板 (y 轴,以D 表示)
      • 质量分析过程
        • 激发前的离子运动
          • 受到磁场和电场(T)的双重作用，在xy 平面内， 规则的双频率圆周运动
        • 激发
          • E板外加宽频域射频信号的激发下，所有离子同时发生共振，并沿着一个半径逐渐增大的螺旋型轨迹运动,且具有相同的相位，这个半径仅仅与激发信号的持续时间成正比,而与离子的质荷比无关，仅仅是共振频率不同
        • 检测
          • 由激发态回到原始状态，释放能量： FID信号