然药物化学

然药物化学第一章总论，包含了天然化合物的生物合成、天然药物有效成分的提取分离方法、结构研究法等内容，适合药学生考前复习。

总论

• 绪论
  • 天然药物化学的研究内容
    • 天然药物化学是运用现代科学理论与方法研究天然药物中化学成分的一门学科
    • 其研究内容非常广泛，包括各类天然药物的化学成分（主要是生物活性成分）的结构特征、理化性质、提取分离方法、结构鉴定方法及其生物活性等
      • 生物活性：引起细胞正常机能发生改变的能力
    • 天然药物化学的次要研究内容：天然药物生物合成规律与途径、活性成分的构效关系、发现先导物、化学结构修饰和改造等
    • 天然药物的来源：天然药物包括植物药、动物药、生化药物、菌类药物及海洋药物等
    • 天然药物中化学成分的分类
      • 依各化学成分的药理学作用来分
        • 有效成分：有一定生物活性、能代表天然药物临床疗效的单体化合物；属性——确定的分子组成（分子式）与化学结构、一定的理化常数、一定的生物活性；一种天然药物，往往含有多种分子结构、理化性质不尽相同的化学成分；一味中药如含多种具治疗作用的有效成分，则该中药可用于多种临床治疗
        • 无效成分：指无生物活性，在临床上没有医疗作用的成分，在生药检定、有效成分测定或在制备药剂时，必须考虑无效成分的存在与性质
        • 辅助成分：按中药理论在组方时为减少不良反应，所加入的具有对抗不良反应的物质，亦称附加活性成分，其包括本身无活性但有辅助治疗作用的物质；辅助成分不发挥直接治疗作用，但可对抗药物的毒性或不良反应；如果能排除复方中药中的毒性成分，则辅助成分就没有存在价值
        • 毒性成分：能够产生不良反应的生物活性成分；毒性成分具有明显的生物活性，是中药产生不良反应的物质基础；那些既有治疗作用，也能产生不良反应的物质，不属于毒性成分
        • 无关成分：在体内可以产生某些作用，但这些作用与治疗目的无关，且不影响有效成分治疗作用的化学成分；无关成分可以是有活性的成分，也可能是无活性的成分；是否为无关成分，关键看该成分在治疗目的中所起到的作用
      • 依各化学成分有无生物活性作用来分
        • 生物活性成分: 指天然药物中所含的有任何特异生物活性作用的化学成分，包括有效成分、辅助成分、毒性成分及有活性的无关成分
          • 特异生物活性 ：是药物发挥治疗作用的基础，亦可能是不良反应或毒性作用；中药有效部位：当单味或复方中药提取物中的一类或几类化学成分被认为是有效成分时，该一类或几类化学成分的混合体（如总皂苷、总黄酮、总萜类等）被称为有效部位
        • 无活性成分:天然药物中不具任何特异生物活性作用的化学成分
  • 天然药物化学的发展简史
    • 国际发展史：生物碱的研究是现代天然药物化学的开端→合成药物的工业化生产制约了天然药物化学的研究→合成药害震惊全球，新药上市数量急剧下降→大规模寻找天然活性物质，促使天然药物化学迅速发展→天然药物化学研究的发展趋势（研究速度大大加快、研究成果越来越丰富、研究工作进入微量与超微量水平、结构鉴定水平空前提高、天然化合物的全合成研究蓬勃发展）
    • 中国天然药物化学发展史：古代——医药化学起源于中国→近代（1840-1940年代）→现代（1950-1980年代）→80年代后→我国著名的天然药物研究开发机构
  • 天然药物化学与新药发现
    • 天然产物的化学结构优势：其结构是经自然界长期进化形成，能优先与多种药物靶点蛋白作用产生特定的活性；天然产物结构具多样性，使之可参与生命过程多个环节的调控，因此天然产物已成为发现药物先导结构的可靠源泉
    • 从天然产物中成功发现的新药：青蒿素（黄花蒿中的新型带过氧链的倍半萜内酯化合物）、紫杉醇（短叶红豆杉树皮）、洛伐他汀（从真菌中分离）、吗啡（强效镇痛剂，具成瘾性）、可卡因（具强效抗疲劳作用，用作局麻药与血管收缩剂）
• 天然化合物的生物合成
  • 一次代谢及二次代谢
    • 一次代谢过程: 几乎存在于所有绿色植物中，对维持植物生命活动不可或缺
      • CO2与H2O → 叶绿素+光合作用 → 糖类+O2 →糖类经五碳糖磷酸途径及解糖途径代谢 → ATP、辅酶Ⅰ(NADPH) 、核糖、磷酸烯醇式丙酮酸、赤藓糖-4-磷酸等；核糖是合成核酸的重要原料；丙酮酸经氧化、脱羧后形成乙酰辅酶A，再进入三羧酸循环，生成系列有机酸与丙二酸单酰辅酶A(合成脂质原料)，再经固氮反应得系列氨基酸（合成蛋白质原料）；磷酸烯醇式丙酮酸与赤藓糖-4-磷酸进一步合成莽草酸
      • 一次代谢产物：糖、核酸、蛋白质、脂质等
    • 二次代谢过程：部分一次代谢产物作为原料或前体，在特定条件下经不同代谢，生成生物碱、萜类等
      • 二次代谢过程并非在所有植物中都能发生；二次代谢产物，其化学结构富于变化，且不少具明显生物活性，是天然药物化学主要研究对象
  • 生物合成的基本构建单元
    • 一级代谢为二级代谢提供了基本的构建单元，通过环合反应或酶促反应将这些有限的基本构建单元累加起来，就形成了种类繁多的复杂结构；常见的二次代谢基本构建单元有——C1（最简单结构单位，以-CH3 出现）、C2（多为乙酰辅酶A）、C5（异戊二烯结构单位）、C6C3（苯丙素结构单元，多由L-酪氨酸与L-苯丙氨酸转化而来）、C4N（来源于非蛋白氨基酸的L-鸟氨酸）、C5N（前体是L-赖氨酸）、C6C2N（前体主要是L-酪氨酸）、吲哚-C2N（前体是L-色氨酸）等8种
    • 醋酸-丙二酸途径（AA-MA途径）：合成脂肪酸类及聚酮类化合物
      • 脂肪酸类：主要原料——乙酰辅酶A(CH3CO-CoA)；丙二酸单酰辅酶A——起延伸碳链作用；碳链延伸机制——缩合及还原两个步骤交替进行；产物结构特点——为偶数碳饱和脂肪酸；奇数碳脂肪酸生物合成前体——丙酰辅酶A；带支链脂肪酸的生物合成前体——异丁酰辅酶A
      • 聚酮类：前体——乙酰辅酶A；机理——2mol乙酰辅酶A → Claisen缩合 →1mol乙酰乙酰辅酶A(延长1个CH3CO-)→ 重复进行上述反应 → 多聚-β-酮酸酯类似链；按聚酮类结构中所含醋酸单位的数目，聚酮类分别命名为聚戊酮类、聚己酮类等
      • 酚类：前体——乙酰辅酶A；生物合成途径——
      • 芳聚酮类：前体——乙酰辅酶A：生物合成途径： 乙酰辅酶A + 丙二酸单酰辅酶A 多聚-β-酮酸酯 →分子内羟醛缩合反应→脱水→假设中间体1→烯醇化→氧化→内黄素→脱CO2→大黄素（即芳酮类化合物）→苯酚甲基化→大黄素甲醚
    • 甲戊二羟酸途径（MVA途径）和脱氧木酮糖磷酸酯途径（DXP途径）：萜类与甾类化合物由MVA途径与新近发现的DXP途径生成
      • 甲戊二羟酸途径（MVA途径）：起始物质——乙酰辅酶A；机理——2mol乙酰辅酶A（缩合）→乙酰乙酰辅酶A（1mol乙酰辅酶A）→羟甲戊二酸单酰辅酶A(HMG CoA）（辅酶Ⅰ还原）→甲戊二羟酸(MVA)
        • 异戊二烯并不参与萜类化合物的形成，真正具有生物活性的异戊二烯单位是焦磷酸二甲基烯丙酯（DMAPP）和焦磷酸异戊烯酯（IPP），它们均由甲戊二羟酸（MVA）变化而来
      • 脱氧木酮糖磷酸酯途径（DXP途径）：DXP途径是植物体内形成IPP的另一种途径，用于合成维生素B1、B6前体；起始物质——1-去氧-D-木酮糖-5-磷酸酯；机理——1-去氧-D-木酮糖-5-磷酸酯（动物体内不存在）→类片哪醇重排→NADPH（辅酶Ⅰ）)还原→2-甲基-D-赤藓糖-4-磷酸 （CTP、三磷酸胞苷）→（ATP）→（NADPH）→（脱水）→IPP
    • 莽草酸途径：合成芳香氨基酸类、苯甲酸类（C6-C1）和桂皮酸类（C6-C3）
      • 芳香氨基酸类和简单苯甲酸类：起始物质——莽草酸（来源于赤藓糖-4-磷酸）；机理——莽草酸（ATP）→莽草酸-3-磷酸酯 （PEP，磷酸烯醇式丙酮酸）→分支酸（异构化）→予苯酸（脱羧与去氢）→L-苯丙氨酸和酪氨酸
      • 桂皮酸途径：起始物质——苯丙氨酸与酪氨酸；合成产物——具C6-C3骨架的苯丙素、木脂素类及黄酮类；机理——苯丙氨酸 （PAL、苯丙氨酸脱氢酶）→（脱氢）→桂皮酸（苯丙烯酸）→苯甲酸、酪氨酸（TAL、酪氨酸脱氢酶）→ （脱氢）→对羟基桂皮酸→对羟基苯甲酸；苯丙素类经过环化、氧化及还原等反应，可形成C6-C2、C6-C1及C6等；苯丙素类与丙二酸单酰辅酶A结合，则生成二氢黄酮类物质（C6-C3-C6结构）
      • 醌类化合物：主要由酚类化合物氧化而成；酚类化合物则由醋酸-丙二酸途径产生，也能经莽草酸途径生成
    • 氨基酸途径：天然产物中的生物碱成分均由此途径生成
      • 起始物质——氨基酸（包括鸟氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸与色氨酸等）；萜类与甾类生物碱——以非氨基酸前体为底物；机理——氨基酸→脱羧→形成胺类→一系列化学反应（包括甲基化、氧化、还原、重排等）→生物碱（大多数）
    • 复合途径：结构稍复杂的天然化合物，其分子中不同 部位将来自不同的生物合成途径
      • 常见复合生物合成途径：醋酸-丙二酸—莽草酸途径；醋酸-丙二酸—甲戊二羟酸途径；氨基酸—甲戊二羟酸途径；氨基酸—醋酸-丙二酸途径；氨基酸—莽草酸途径
• 天然药物有效成分的提取分离方法
  • 天然药物有效成分的提取
    • 提取——根据天然药物中各种化学成分的溶解性能，选择对有效成分溶解度大、对其他成分溶解度小的溶剂，用适当方法将有效成分尽可能完全地从药材组织中溶解提出的过程；提取前的处理——将药材原料粉碎成粗粉，一般以能通过二号筛（24目）为宜、种子类药材先脱脂后粉碎（可选用压榨法或石油醚脱脂）、水提取含纤维素或淀粉丰富的根茎类药材时，宜将药材切成小段或薄片或粉碎成粗颗粒，以避免多糖遇水膨胀难以滤过、提取苷类成分时，为防止酶水解，可用乙醇或沸水处理，以抑制或杀灭酶的活性；苷元或次生苷的提取，则需保留酶的活性；影响提取的因素——提取溶剂类型、提取方式、药材粉碎度、提取温度、时间及细胞内外浓度差等，其中细胞内外浓度差是最主要的影响因素
    • 溶剂提取法（应用最广）：通过选择适当溶剂将天然药物化学成分从其原料中提取出来，原料须经干燥并适当粉碎，利于增大原料与提取溶剂的接触面积，提高提取效率
      • 提取原理：溶剂扩散、渗透→经毛细管与细胞间隙渗入药材细胞内→溶解可溶性成分→形成细胞内外溶质的浓度差→细胞内被溶解成分向细胞外扩散→细胞外提取溶剂进入细胞内→反复进行→至细胞内外被溶解成分浓度达至动态平衡（有效成分被溶出）
      • 提取溶剂分为三类：水（天然药物中糖类、蛋白质、氨基酸、鞣质、有机酸盐、生物碱盐、大多数苷类、无机盐等 等亲水性成分均可溶于水）、亲水性有机溶剂（指甲醇、乙醇、丙酮等极性较大且能与水以任意比例混溶的有机溶剂，其中乙醇最常用，亲水性溶剂可溶解极性成分，且具较强穿透能力，其对一些亲脂性成分也有很好的溶解性能）、亲脂性有机溶剂（指石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯等极性较小且与水不能混溶的溶剂，具较强选择性，用于提取亲脂性成分，如挥发油、油脂、叶绿素、树脂、内酯、某些游离生物碱及一些苷元等）
      • 天然化合物的亲水性与亲脂性：与分子结构直接相关——两种基本母核相同的成分：分子结构中官能团极性越大、极性官能团数目越多，则分子极性越强，如氨基酸、糖苷等，其亲水性越强，易溶于水及含水醇（分子结构中非极性部分越大或碳链越长，如萜类、甾体等，则该分子极性越小，亲脂性越强，易溶于苯、乙醚等；分子平面性越强，亲脂性亦越大）；偶极矩与介电常数——用于粗步判定化合物分子极性大小的两个物理常数（分子偶极矩大，代表分子的极性强，介电常数越大，反映分子极性越强）；常用提取溶剂的极性大小顺序——石油醚（低沸点→高沸点）< CS2 < CCl4 < 苯 < 二氯甲烷 < 无水乙醚 < CHCl3 < 乙酸乙酯 < 正丁醇 < 丙酮 < 乙醇 < 甲醇（32.6）< 乙腈（38.8）< 甲酸（58.5）< 水（78.5） < DMF（109.5）
      • 选择提取溶剂的原则：遵循相似相溶原理——亲水性成分易溶于极性溶剂，亲脂性成分易溶于非极性溶剂；提取溶剂对目标成分易溶、对杂质难溶；提取溶剂化学性质稳定；提取溶剂应经济、安全，且后续操作易进行
      • 溶剂提取技术分类
        • 按是否加热：分冷提与热提两种；按操作方法：有下列九种类型
          • 浸渍法：药材用适当溶剂在常温或温热下浸泡一定时间，将有效成分浸出
            • 适用范围：有效成分遇热易破坏及含淀粉、树胶、果胶、粘液质等多糖物质较多的药材；特点：操作方便、简单易行，但提取时间长、效率低，且水浸提液易霉变（可加适量甲苯、甲醛及三氯甲烷等防腐剂，避免霉变）
          • 渗漉法：将药材粗粉置于渗漉装置中，连续添加提取溶剂使之渗过药粉，自上而下流动，浸出有效成分
            • 适用范围：用于遇热易破坏的成分的提取；特点：提取效率高于浸渍法。但溶剂消耗大、提取时间长。室温较高时，水渗漉药物易发酵（用氯仿饱和水溶液做提取溶剂可避免）
          • 煎煮法：将药材加水煮沸，滤过去渣后留取煎煮液的一种传统提取方法
            • 适用范围：用于有效成分溶于水且不易被水、热破坏的成分的提取，不用于挥发油及遇热易破坏成分的提取，含丰富多糖类成分的药材，亦应避免采用本法提取（因煎提液粘稠，难以过滤）；特点：操作简便，煎煮2-3次为宜(第1次煎煮1-2h，第2、3次煎煮时间酌减)，提取效率高于冷浸法
          • 回流提取法：是用低沸点有机溶剂（如乙醇、氯仿等）加热提取，蒸汽经冷凝后变为液体流回浸出器，如此反复进行至有效成分完全浸出的一种热提取方法
            • 适用范围：本法适合于提取脂溶性较强的天然化学成分，如甾体、萜类、蒽醌等，因受热时间长，对热不稳定成分的提取不适合本法；特点：回流提取法提取效率高，但溶剂消耗量大，操作较麻烦
          • 连续回流提取法：用少量溶剂进行连续循环回流（4-10h），将有效成分充分浸出
            • 适用范围：提取脂溶性化合物及药材量较少时多用本法，因浸出液受热时间长，本法不用于热不稳定化学成分的提取；特点：提取效率高，溶剂用量少
          • 超临界流体萃取（SFE）：利用某些介质（如CO2等）在超临界区域所形成的流体，对天然药物化学成分进行萃取分离，常用超临界流体： CO2 、N2O、乙烷、SF6、苯、庚烷、氨气等（ CO2使用最多）
            • 适用范围：用于挥发性、脂溶性、高热敏性成分及易氧化分解成分的提取分离；特点：操作简便、可调节范围广、无溶剂残留、产品纯度高、萃取速度快，从萃取到分离一步完成
          • 超声提取法：一种利用超声波浸提有效成分的方法
            • 适用范围：常用于遇热不稳定成分的提取，各种提取溶剂均可使用；特点：提取时间短、提取效率高、无需加热等，能避免高温高压对目标提取成分的破坏
          • 微波提取法：分子对微波具有选择性，其中极性分子可吸收微波能，引起内部温度迅速上升，进而造成内部压力过大，最终导致该成分流出溶解于溶剂，而非极性分子不吸收微波能，表现出穿透性
            • 适用范围：本法要求药品具有一定含水量
          • 酶法提取：细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶质等构成的致密结构，合适的酶能分解纤维素等，破坏细胞壁的结构，产生局部坍塌、溶解及疏松，减轻溶剂提取阻力，加速溶出
            • 特点：实验条件温和，产物不易变性，能优化有效成分，工艺简单可行等
    • 水蒸气蒸馏法：将含挥发性成分的药材粗粉或碎片浸泡湿润，再通入水蒸汽，药材中的挥发性成分即随水蒸气蒸馏带出，冷凝后收集馏出液
      • 适用范围：仅适用于具挥发性、能随水蒸气蒸馏且不被破坏、与水不发生反应，并难溶或不溶于水之化学成分的提取，如中草药中的挥发油、某些小分子生物碱及酚性物质等提取；对于在水中溶解度较大的挥发性成分，可将蒸馏液重新蒸馏，收集最先流出的部分并分出挥发油（或用盐析法并以石油醚等萃取）；缺点：热不稳定成分易被破坏
    • 升华法：某些固体物质受热时，在温度低于其熔点时，即可不经熔融直接变成蒸气，遇冷后又凝结成原来固体的现象
      • 特点：简单易行（升华温度较高，易使天然药物炭化，相伴产生的挥发性焦油状物常粘附在升华物上，难以去除）、产率低（升华常常不完全，有时还伴有物质的分解）、生长速度慢（需控制升华速度，并加惰性气体保护）
    • 压榨法：某些中药有效成分含量较高且存在于原植物汁液中，可将新鲜原植物直接压榨，榨出汁液，再对汁液进行提取，是借助机械外力作用，将油脂从榨料中挤压出来，大部分柑橘类精油都是采取压榨法提取
  • 天然药物有效成分的分离与精制
    • 根据物质的溶解度差别进行分离：利用温度不同引起溶解度的改变以分离物质；于溶液中加入另一种溶剂，通过改变混合溶剂的极性，使部分物质沉淀析出；加酸碱调节溶液pH值，通过改变分子的存在状态（游离型或离解型），进而改变其溶解度，实现分离（即酸碱沉淀法）；通过加入某种沉淀试剂，使酸性或碱性化合物生成难溶于水的盐类而析出（属沉淀法）；盐析法
    • 根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离：液-液萃取的分离因子（β）；分配比与pH；液-液萃取与纸色谱；逆流分溶法（CCD）；液滴逆流色谱（DCCC）及高速逆流色谱（HSCCC）；液-液分配柱色谱（正相色谱与反相色谱、加压液相柱色谱、涡流色谱TFC、反相离子对高效液相色谱法
    • 根据物质的吸附性差别进行分离：固-液吸附用得最多，常用于相对分子质量 <1000 低挥发性样品，尤其适合于脂溶性成分的分离；可分为物理吸附、化学吸附及半化学吸附三种，物理吸附无选择性、吸附与解吸过程可逆、可快速进行，实际应用最广
      • 物理吸附的基本规律：吸附原理：由构成溶液的分子（含溶质与溶剂）与吸附剂表面分子的分子间作用力所引起，吸收过程三要素——吸附剂、溶质、溶剂；吸附强弱及先后顺序：遵循“极性相似者易于吸附”之经验规则；常用吸附剂：硅胶、氧化铝、活性碳等
      • 极性及其强弱判断：极性反映分子中电荷不对称性的程度，极性强弱是支配物理吸附过程的主要因素，分官能团的极性与分子的极性两方面，化合物的极性由分子结构中所含官能团的种类、数目及排列方式等决定
      • 简单吸附法进行物质的浓缩与精制
      • 吸附柱色谱法用于物质的分离：选择吸附剂与吸附柱；装柱；上样；洗脱
      • 聚酰胺吸附色谱法：原理——聚酰胺分子内存在酰氨基，能与酚类、黄酮类的酚羟基及醌类、脂肪酸的羰基形成氢键，产生吸附作用，使混合物中各化学成分得以分离；适用范围——黄酮、酚类、醌类、生物碱、萜类、甾类及糖类等分离；聚酰胺的吸附力——取决于各分离成分与聚酰胺形成氢键的能力（化合物分子可形成氢键的基团越多，越易被聚酰胺柱吸附，洗脱则越难，Rf 值越小；能形成分子内氢键的化合物，聚酰胺柱对其吸附力将下降，洗脱则较易，Rf 值较大）；分子结构中芳香核、共轭双键越多，聚酰胺柱对其吸附力越强；聚酰胺色谱法操作过程——装柱、上样、洗脱
      • 大孔吸附树脂：原理——可使有机物按照其被吸附的能力不同及相对分子质量大小的不同予以分离；理化性质——不溶于水、酸、碱及亲水性有机溶剂；加热不溶，可在150℃以下使用；比表面积较大，具一定孔径与吸附容量，有良好机械强度等；分类——非极性、极性、中等极性；大孔吸附树脂法的操作步骤——预处理、装柱、上样、洗脱
    • 根据物质分子的发小差别进行分离：凝胶滤过法（以各种凝胶为固定相，利用分子筛原理分离物质的层析技术，亦称分子筛滤过、排阻色谱或凝胶渗透色谱）；膜分离技术（是一项利用天然或人工合成的具有选择透过性的薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系进行分离、分级、提纯或富集，使溶剂和其他小分子溶质透过薄膜，大分子溶质和微粒，如蛋白质、病毒、细菌、胶体，被滤膜阻留而获得分离的技术）
    • 根据物质的离解程度不同进行分离：离子交换法分离物质的原理——离子交换树脂上的功能基团在水溶液中能与其他离子进行可逆性交换，致使混合物中离子型与非离子型化合物得到分离；离子交换树脂的结构及性质——具特殊网状结构和离子交换基团、不溶于水、可在水中膨胀的球形颗粒（由两部分组成：母核部分+离子交换基团；网孔大小以交联度表示，即加入交联剂的百分数，交联度越大，网孔越小，质地越紧密，在水中越难膨胀；交联度越小，在水中越易膨胀；离子交换法的应用——用于不同电荷离子的分离、用于相同电荷离子的分离
    • 分子蒸馏技术：高真空下进行蒸馏操作，因各组分蒸发速率不同，某些组分蒸气分子的平均自由程将大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，籍此可与原料液分离；分离原理；分子蒸馏技术的特点（操作温度低——远低于液体沸点、蒸馏压力低、受热时间短、分离程度高）；应用（天然鱼肝油中提取维生素A）
• 结构研究法
  • 化合物结构不明确引起的后果：无法开展药效学与毒理学研究、不可能进行人工合成或化学结构修饰；现代天然药物结构研究的主要手段：有机波谱分析（所需样品量相对较少、对结构不产生破坏）
  • 化合物的纯度测定：只有纯化合物才能开展化学结构研究
    • 根据化合物的结晶形状、色泽和熔点进行初步判断（纯化合物有均匀一致的晶型，且颜色纯净；纯化合物具有明确、敏锐的熔点，熔点数值与所用结晶溶剂有关，且熔程较短，多在1-2℃内）
    • 薄层色谱法：硅胶薄层色谱（TLC）及纸色谱（PC）是常用方法，通常以组成不同的3种溶剂系统进行展开；纯样品：均一斑点，Rf=0.2-0.8
    • 气相色谱（GC）或高效液相色谱（HPLC）法：GC只适合于加热下能汽化且不分解的化合物，如挥发油；HPLC不但可用于挥发性成分，也能用于非挥发性物质，其应用最广（纯化合物HPLC图为一个对称峰）
  • 结构研究中的主要谱学方法
    • 紫外-可见吸收光谱（UV-vis）法：原理——分子中的价电子吸收紫外-可见光(λ=200-800nm)后，将由基态跃迁到激发态；能产生UV吸收的分子结构——含共轭双键（Π Π*跃迁，K带）、发色团（n-Π*跃迁，R带）及具共轭体系的助色团（B带与E带是芳香族化合物UV特征吸收带，B带吸收较弱，E带吸收强）
      • UV光谱提供的信息：220-800nm内无紫外吸收，表明化合物是脂肪烃、脂环烃或其简单衍生物；220-250nm有强吸收，显示化合物具共轭二烯烃或 α，β-不饱和羰基结构；250-290nm内有中强吸收，且具精细结构，表明化合物含苯环或芳杂环；250-350nm内有弱吸收，表明含羰基；300nm以上有高强吸收，表明化合物含较大共轭体系；UV光谱图可用于化合物精细结构的推断
    • 红外光谱（IR）法：价键伸缩、弯曲振动在红外区域产生吸收，且中红外区4000～400cm-1为多数官能团基频振动吸收峰区
      • 4000～1500cm-1为特征频率区——4000-2500cm-1单键X-H，X: C、N、O、S，伸缩振动区；2500-2000cm-1 叁键（C≡N或C≡C）和连烯类双键伸缩振动区；2000-1500cm-1双键（C=O与C=C）振动区；1900-1650cm-1具强吸收峰，有-C＝O；1670-1600cm-1出现中等或较弱吸收峰，有双键-C＝C- 或 -C=N-存在）
      • 1500-650cm-1为指纹区，分子结构微小差别均能反映，用于核对和确认有机化合物——1500-1300cm-1：-C-H单键弯曲振动；1300-910cm-1 ：所有单键伸缩及分子骨架振动频率均出现在本区域；910cm-1以下：苯环因取代而产生的吸收）
      • 相关峰：任何基团都存在数种振动形式，能产生多个红外吸收峰，彼此相互依存且可互相佐证
      • 解析IR谱图：目的在于确定化合物类型——首先查看特征频率区的第一强峰→找出该基团的主要相关峰并确定其归属 →然后依次解析第二、第三强峰→查看指纹区的各强峰之相关峰→最后验证有关官能团
    • 核磁共振（NMR）法：分1H-NMR与13C-NMR等，是测定化合物分子结构的主要谱学方法；NMR样品包含固体与液体等，其中液体HR-NMR是目前使用的主要技术；NMR测定用氘代溶剂：D2O、DMSO-d6、吡啶-d5等，其残余质子信号分别出现在化学位移4.8ppm、2.5ppm、8.74ppm
      • 1H-NMR谱图：1H在其同位素中，丰度比最大，其信号灵敏度高， 1H-NMR测定比较容易（x轴 － 化学位移δppm，反映氢核的类型；y轴 － 谱线积分面积，反映氢核的数目；偶合常数J，反映共振吸收峰的裂分情况）
        • 化学位移：各种1H核核磁共振吸收峰的位置与原点之间的相对距离（ 0-20 ppm）；原点：标准物TMS（四甲基硅烷）中1H核的核磁共振吸收峰位置（设为0ppm）
          • 影响化学位移的主要因素：取代基的电负性、与1H核直接相连接碳原子的杂化程度、磁的各向异性、范德华力、氢键及溶剂等
        • 峰面积：氢核信号积分面积与分子中相应氢核数量成正比（如分子式已知，可算出每个信号的1H数）
        • 偶合常数J：信号的裂分是由磁不等价的两组1H核，在一定距离内因相互自旋偶合干扰，导致彼此核磁共振吸收峰信号均发生分裂；裂分峰的类型——s(singlet)、d(doublet)、t(triplet)、q(quartet)、m(multiplet，)等；低级偶合系统——某C-H键上1H信号裂分后谱线数符合（n+1）规则（n：邻碳上1H核数量）；偶合的种类（同碳偶合、邻碳偶合、远程偶合）；偶合常数J（HZ）反映自旋核相互干扰的强度，其值等于核磁共振吸收峰发生分裂后的化学位移差值（裂距）乘以核磁共振仪的频率
      • 13C-NMR谱图：13C-NMR谱比1H-NMR谱作用大；13C与1H均为磁性核，三根键之内彼此偶合干扰，导致信号裂分，故13C-NMR谱复杂；常用质子去偶法消除1H对13C的偶合，而13C自然丰度<1%, 13C-13C同核偶合可忽略；13CNMR谱去偶后, 13C信号都是单峰；13C核化学位移值范围: 0～250 ppm；影响13C-NMR化学位移的因素（碳原子杂化方式是决定性因素、13C核的电子云密度有影响、空间位阻的γ效应即γ-旁氏效应、分子内部作用、共轭效应）；常见13C-NMR谱类型及其特征（全氢去偶或宽带去偶或噪声去偶谱、选择氢核去偶谱SEL、DEPT无畸变极化转移技术；13C-NMR谱的特点（与1H-NMR相同，13C-NMR亦仅用一种频率表示，属一维谱；13C-NMR谱图没有积分曲线，且13C-NMR的化学位移比1H-NMR大得多；常规碳谱是全氢去偶碳谱，其谱线是彼此分离的单峰，分离度好、信号强度高，用于确定分子中不等价碳原子的数目）
      • 二维核磁共振（2D-NMR）：同核化学位移相关谱（1H-1H COSY氢-氢相关谱；NOESY二维NOE谱）；异核化学位移相关谱 13C-1H COSY（HMQC谱异核多量子相关谱；HMBC异核多键相关谱）
      • 质谱法：原理——有机物→加热汽化→高能电子束轰击→分子离子→高能电子进一步轰击→各种碎片离子→质量分析器分离→被检测→记录→MS（MS的灵敏度远超其他谱学方法，用于确定相对分子质量、分子式及分子碎片结构）
        • MS图说明（x轴－m/z; y轴－离子流的强度（相对丰度）；基峰 － 相对丰度最强峰（定为100%）；其他离子的峰强度以百分数表示）；MS中常见的几种离子峰（ 分子离子峰 M+，分子失去1个电子的阳离子自由基；碎片离子峰；同位素离子峰）
        • 常见质谱技术简介：EI-MS、CI-MS、FD-MS、FAB-MS、ESI-MS、
      • 旋光光谱（ORD）和圆二色谱（CD）
        • ORD谱的类型：平坦谱线（分子虽有*C，但无紫外吸收，ORD谱线特征为曲线无波峰、波谷之分）、单纯Cotton效应谱线（当分子中既有*C ，又有紫外发色团时，其ORD谱将出现异常，表现为具有波峰和波谷的曲线）、复合Cotton效应谱线（分子中含有2个以上不同发色团，其ORD谱线中出现多个波峰与波谷）
        • CD谱：平面偏振光可分解为2个周期与振幅相同、方向相反的左旋圆偏光与右旋圆偏光
        • 常用的经验规则——环己酮的八区律：八区律规则、旋光分担规则
      • 单晶X射线衍射技术：一种独立的结构分析方法，无需借助任何其他谱学方法即可独立完成被测样品的晶体结构分析；一般选用金属钼靶与铜靶产生特征谱的X射线波长(符合或接近研究对象分子的键长值分布范围）
  • 结构解析程序
    • 确定平面结构
      • 确定分子式、计算不饱和度
        • 分子式测定法：元素定量分析，配合分子量测定；同位素丰度比法；高分辨率质谱法（HR-MS）；13C-NMR与1H-NMR法；不饱和度计算法：Δ=1+n4-(n1-n3)/2
      • 官能团、基本骨架的确定：结合化学反应、IR等来指认官能团；1D-NMR推断分子基本骨架或结构片段；反复结合2D-NMR中HMBC谱进行分子片段连接
    • 立体结构研究
      • 确定相对构型采用UV、IR、NMR、NOE技术等，绝对构型确定技术如下：单晶X射线衍射技术、旋光光谱（ORD）或圆二色谱（CD)、反应质谱法（RMS谱）等