二維核磁共振譜

1、1二維核磁共振波譜法二維核磁共振波譜法 二維核磁共振二維核磁共振(2D NMR)(2D NMR)方法是方法是Jeener Jeener 于于19711971年首先提出的年首先提出的, ,是一維譜衍生出來的新實(shí)驗(yàn)方法。是一維譜衍生出來的新實(shí)驗(yàn)方法。 引入二維后引入二維后, , 不僅可將化學(xué)位移、偶合常數(shù)不僅可將化學(xué)位移、偶合常數(shù)等參數(shù)展開在二維平面上，減少了譜線的擁擠等參數(shù)展開在二維平面上，減少了譜線的擁擠和重疊和重疊, , 而且通過提供的而且通過提供的HHHH、CHCH、CCCC之間的偶之間的偶合作用以及空間的相互作用，確定它們之間的合作用以及空間的相互作用，確定它們之間的連接關(guān)系和空間構(gòu)型，

2、有利于復(fù)雜化合物的譜連接關(guān)系和空間構(gòu)型，有利于復(fù)雜化合物的譜圖解析，特別是應(yīng)用于復(fù)雜的天然產(chǎn)物和生物圖解析，特別是應(yīng)用于復(fù)雜的天然產(chǎn)物和生物大分子的結(jié)構(gòu)鑒定。大分子的結(jié)構(gòu)鑒定。2DNMR2DNMR也是目前適用于研也是目前適用于研究溶液中生物大分子構(gòu)象的唯一技術(shù)。究溶液中生物大分子構(gòu)象的唯一技術(shù)。2第一節(jié)第一節(jié) 基本原理基本原理 NMRNMR一維譜的信號(hào)是一個(gè)頻率的函數(shù)，共振一維譜的信號(hào)是一個(gè)頻率的函數(shù)，共振峰分布在一個(gè)頻率軸（或磁場(chǎng)）上，可記為峰分布在一個(gè)頻率軸（或磁場(chǎng)）上，可記為S()S()。 二維譜信號(hào)是二個(gè)獨(dú)立頻率（或磁場(chǎng)）變量的函二維譜信號(hào)是二個(gè)獨(dú)立頻率（或磁場(chǎng)）變量的函數(shù)，記為數(shù)，記

3、為S(S(1, 1, 2 2), ),共振信號(hào)分布在兩個(gè)頻率軸組成的共振信號(hào)分布在兩個(gè)頻率軸組成的平面上。也就是說平面上。也就是說2D NMR2D NMR將化學(xué)位移、偶合常數(shù)將化學(xué)位移、偶合常數(shù)等等NMRNMR參數(shù)在二維平面上展開，于是在一般一維譜參數(shù)在二維平面上展開，于是在一般一維譜中重迭在一個(gè)坐標(biāo)軸上的信號(hào)，被分散到由二個(gè)獨(dú)中重迭在一個(gè)坐標(biāo)軸上的信號(hào)，被分散到由二個(gè)獨(dú)立的頻率軸構(gòu)成的平面上，使得圖譜解析和尋找核立的頻率軸構(gòu)成的平面上，使得圖譜解析和尋找核之間的相互作用更為容易。不同的二維之間的相互作用更為容易。不同的二維NMRNMR方法得方法得到的圖譜不同，二個(gè)坐標(biāo)軸所代表的參數(shù)也不同。到

4、的圖譜不同，二個(gè)坐標(biāo)軸所代表的參數(shù)也不同。 3一、一、1D-NMR1D-NMR到到2D-NMR2D-NMR的技術(shù)變化的技術(shù)變化（一）一維核磁共振譜及脈沖序列（一）一維核磁共振譜及脈沖序列基本脈沖序列基本脈沖序列:4預(yù)備期預(yù)備期演化期演化期混合期混合期檢測(cè)檢測(cè)期期t1tmt2d（二）二維核磁共振譜及基本脈沖序列（二）二維核磁共振譜及基本脈沖序列二維譜實(shí)驗(yàn)通常分為二維譜實(shí)驗(yàn)通常分為4 4個(gè)階段：個(gè)階段：1 1、預(yù)備期：預(yù)備期：預(yù)備期在時(shí)間軸上通常是一個(gè)較長(zhǎng)預(yù)備期在時(shí)間軸上通常是一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期，使核自旋體系回復(fù)的時(shí)期，使核自旋體系回復(fù)到熱到熱平衡狀態(tài)，平衡狀態(tài)，基本脈沖序列基本脈沖序列:53 3、混

5、合期：混合期：由一組固定長(zhǎng)度的脈沖和延遲組成。由一組固定長(zhǎng)度的脈沖和延遲組成。在此期間通過相干或極化的傳遞，建立檢測(cè)條件在此期間通過相干或極化的傳遞，建立檢測(cè)條件?；旌掀谟锌赡懿淮嬖?，它不是必不可少的（視二混合期有可能不存在，它不是必不可少的（視二維譜的種類而定）維譜的種類而定）4 4、檢測(cè)期：檢測(cè)期：在此期間檢測(cè)作為在此期間檢測(cè)作為t2 t2函數(shù)的各種橫向矢函數(shù)的各種橫向矢量的量的FIDFID的變化的變化，它的初始相及幅度受到它的初始相及幅度受到t1 t1函數(shù)函數(shù)的調(diào)制。的調(diào)制。 與與t2 t2軸對(duì)應(yīng)的軸對(duì)應(yīng)的22（F F2 2軸），通常是軸），通常是化學(xué)化學(xué)位移位移，與與t1 t1軸對(duì)應(yīng)的

6、軸對(duì)應(yīng)的11（F F1 1 軸）軸）是什么，取決于是什么，取決于二維譜二維譜的類型的類型。 2 2、演化、演化期：期：在在t1 t1開始時(shí)由一個(gè)脈沖或幾個(gè)脈開始時(shí)由一個(gè)脈沖或幾個(gè)脈沖使體系激發(fā)，沖使體系激發(fā)，使之處于非平衡狀態(tài)。使之處于非平衡狀態(tài)。t t1 1=t+nt=t+nt，逐步延長(zhǎng)，其對(duì)應(yīng)的核磁信號(hào)的相，逐步延長(zhǎng)，其對(duì)應(yīng)的核磁信號(hào)的相位和幅值也就不相同。位和幅值也就不相同。6t1=t+nt實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)過程：二維核磁共振譜二維核磁共振譜數(shù)據(jù)矩陣數(shù)據(jù)矩陣數(shù)據(jù)矩陣數(shù)據(jù)矩陣對(duì)對(duì)t2FT數(shù)據(jù)矩陣對(duì)數(shù)據(jù)矩陣對(duì)t1FTF2F17 用固定時(shí)間增量用固定時(shí)間增量t1t1依次遞增依次遞增t1 t1進(jìn)行系

7、列實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行系列實(shí)驗(yàn)，反復(fù)疊加，因反復(fù)疊加，因t2 t2時(shí)間檢測(cè)的信號(hào)時(shí)間檢測(cè)的信號(hào)S(t2)S(t2)的振幅或相的振幅或相位受到位受到s(t1)s(t1)的調(diào)制，則接收的信號(hào)不僅與的調(diào)制，則接收的信號(hào)不僅與t2 t2有關(guān)，有關(guān)，還與還與t1 t1有關(guān)。每改變一個(gè)有關(guān)。每改變一個(gè)t1 t1，記錄，記錄S(t2),S(t2), 因此得到因此得到分別以時(shí)間變量分別以時(shí)間變量t1,t1, t2 t2為行列排列數(shù)據(jù)矩陣，即為行列排列數(shù)據(jù)矩陣，即在檢測(cè)期獲得一組在檢測(cè)期獲得一組FIDFID信號(hào)，組成二維時(shí)間信號(hào)信號(hào)，組成二維時(shí)間信號(hào)S(t1,t2)S(t1,t2)。因。因t1,t2t1,t2是兩個(gè)獨(dú)立時(shí)

8、間變量，可以分別是兩個(gè)獨(dú)立時(shí)間變量，可以分別對(duì)它們進(jìn)行傅立葉變換，一次對(duì)對(duì)它們進(jìn)行傅立葉變換，一次對(duì)t2,t2,一次對(duì)一次對(duì)t1,t1,兩次兩次傅立葉變換的結(jié)果，可以得到兩個(gè)頻率變量函傅立葉變換的結(jié)果，可以得到兩個(gè)頻率變量函數(shù)數(shù)S(1,2)S(1,2)的的二維譜。二維譜。8二、常用二、常用2D-NMR2D-NMR圖譜的表現(xiàn)形式圖譜的表現(xiàn)形式1. 1.堆積圖堆積圖 堆積圖的優(yōu)點(diǎn)是直觀堆積圖的優(yōu)點(diǎn)是直觀, ,具有立體感具有立體感. .缺點(diǎn)是缺點(diǎn)是難以確定吸收峰的頻率。大峰后面可能隱藏難以確定吸收峰的頻率。大峰后面可能隱藏小峰，而且耗時(shí)較長(zhǎng)。小峰，而且耗時(shí)較長(zhǎng)。92. 2.等高線圖等高線圖等高線圖類

9、似于等高線地圖，這種圖的優(yōu)點(diǎn)等高線圖類似于等高線地圖，這種圖的優(yōu)點(diǎn)是容易獲得頻率定量數(shù)據(jù)，作圖快。缺點(diǎn)是是容易獲得頻率定量數(shù)據(jù)，作圖快。缺點(diǎn)是低強(qiáng)度的峰可能漏畫。目前化學(xué)位移相關(guān)譜低強(qiáng)度的峰可能漏畫。目前化學(xué)位移相關(guān)譜廣泛采用等高線圖。廣泛采用等高線圖。等高線圖中最中心的圓圈表示峰的位置，等高線圖中最中心的圓圈表示峰的位置，圓圈的數(shù)目表示峰的強(qiáng)度。圓圈的數(shù)目表示峰的強(qiáng)度。3. 投影圖（一維譜）投影圖（一維譜） 堆積圖在堆積圖在F1或或F2方向上的投影，是一維譜形方向上的投影，是一維譜形式，可用來準(zhǔn)確確定式，可用來準(zhǔn)確確定F1軸或軸或F2軸上各譜峰的軸上各譜峰的化學(xué)位移值?；瘜W(xué)位移值。10-紫羅

10、蘭酮紫羅蘭酮11三、二維譜共振峰的名稱三、二維譜共振峰的名稱1. 1.對(duì)角峰對(duì)角峰2153 4 它們處在坐標(biāo)它們處在坐標(biāo)F1=F2F1=F2的對(duì)角線上。的對(duì)角線上。對(duì)角峰在對(duì)角峰在F1F1或或F2F2上上的投影得到常規(guī)的的投影得到常規(guī)的一維偶合譜或去偶一維偶合譜或去偶譜。譜。 F2F1CH3CH2CH2CH2CCH3O5 4 3 2 1122. 2.交叉峰交叉峰 交叉峰也稱為相關(guān)峰，它們不在對(duì)角線上，交叉峰也稱為相關(guān)峰，它們不在對(duì)角線上，即坐標(biāo)即坐標(biāo)F F1 1FF2 2。交叉峰顯示了具有相同偶合常。交叉峰顯示了具有相同偶合常數(shù)的不同核之間的偶合（交叉）。數(shù)的不同核之間的偶合（交叉）。交叉峰有

11、兩組，分別出交叉峰有兩組，分別出現(xiàn)在對(duì)角線兩側(cè)，并以現(xiàn)在對(duì)角線兩側(cè)，并以對(duì)角線對(duì)稱。這兩組對(duì)對(duì)角線對(duì)稱。這兩組對(duì)角峰和交叉峰可以組成角峰和交叉峰可以組成一個(gè)正方形，并且由此一個(gè)正方形，并且由此來推測(cè)這兩組核來推測(cè)這兩組核A A和和X X有偶合關(guān)系。有偶合關(guān)系。 2153 4F2F1CH3CH2CH2CH2CCH3O5 4 3 2 113四、二維譜的分類四、二維譜的分類二維譜可分為三類：二維譜可分為三類： 1 1）J J 分解譜分解譜 J J 分解譜亦稱分解譜亦稱J J譜或者譜或者-J-J譜。它把化學(xué)位移和自譜。它把化學(xué)位移和自旋偶合的作用分辨開來，分別用旋偶合的作用分辨開來，分別用F F2 2

12、、F F1 1表示，包括表示，包括異核和同核異核和同核J J譜。譜。 2 2）化學(xué)位移相關(guān)譜）化學(xué)位移相關(guān)譜 化學(xué)位移相關(guān)譜也稱化學(xué)位移相關(guān)譜也稱-譜，它把不同自旋核的譜，它把不同自旋核的共振信號(hào)相互關(guān)聯(lián)起來，是二維譜的核心。包括同共振信號(hào)相互關(guān)聯(lián)起來，是二維譜的核心。包括同核化學(xué)位移相關(guān)譜，異核化學(xué)位移相關(guān)譜，核化學(xué)位移相關(guān)譜，異核化學(xué)位移相關(guān)譜，NOESYNOESY和化學(xué)交換譜。和化學(xué)交換譜。 3 3）多量子譜）多量子譜 用脈沖序列可以檢測(cè)出多量子躍遷，得到多量子用脈沖序列可以檢測(cè)出多量子躍遷，得到多量子二維譜二維譜 。14第二節(jié)第二節(jié) 二維二維J J分解譜分解譜 二維二維J J分解譜是將

13、不同的分解譜是將不同的NMRNMR信號(hào)分解在兩信號(hào)分解在兩個(gè)不同的軸上，使重疊在一起的一維譜的化學(xué)個(gè)不同的軸上，使重疊在一起的一維譜的化學(xué)位移位移 和偶合常數(shù)和偶合常數(shù)J J分解在平面兩個(gè)坐標(biāo)上，分解在平面兩個(gè)坐標(biāo)上，提提供了精確的偶合裂分關(guān)系，供了精確的偶合裂分關(guān)系，便于解析。二維便于解析。二維J J分分解譜分為同核和異核解譜分為同核和異核J J分解譜。分解譜。 一、氫、氫同核二維一、氫、氫同核二維J J分解譜分解譜 同核二維同核二維J J分解譜將分解譜將1 1HNMRHNMR中重迭密集的譜線中重迭密集的譜線多重峰結(jié)構(gòu)展開在一個(gè)二維平面上，可將偶合常多重峰結(jié)構(gòu)展開在一個(gè)二維平面上，可將偶合常

14、數(shù)數(shù)3 3J JHHHH（或（或2 2J JHHHH) )與化學(xué)位移分別在與化學(xué)位移分別在F F1 1、F F2 2二個(gè)軸二個(gè)軸上給出。上給出。 15 在同核在同核1 1H,1H H,1H 2D J2D J分解譜中，被測(cè)定的核為分解譜中，被測(cè)定的核為1 1H H核。核。16 反式丙烯酸乙酯的反式丙烯酸乙酯的1 1H H1 1H H同核二維同核二維J J分解譜分解譜F1F2CH3CHCHCOOCH2CH3246H325460-1010432156J(HZ)171/2JHH18192 2位的位的a-Ha-H和和e-He-H相互偶合，相互偶合，裂分為雙峰后進(jìn)一步被裂分為雙峰后進(jìn)一步被3 3位位氫裂分

15、而顯示六重峰。同氫裂分而顯示六重峰。同樣，樣，3-H3-H的的a a、e e質(zhì)子首先裂質(zhì)子首先裂分為雙峰，再被鄰位分為雙峰，再被鄰位2-H2-H和和4-H4-H質(zhì)子質(zhì)子進(jìn)一步裂分為十二進(jìn)一步裂分為十二重峰，但由于有些峰相互重峰，但由于有些峰相互重疊，在重疊，在2DJ分解譜中只分解譜中只顯示顯示10個(gè)點(diǎn)。個(gè)點(diǎn)。5位甲基沒位甲基沒有受到偶合，因此只在有受到偶合，因此只在F1=0軸上顯示單峰。軸上顯示單峰。20二、碳、氫異核二維二、碳、氫異核二維J J分解譜分解譜 在異核在異核1313C,C,1 1H H 2D J2D J分解譜中，被測(cè)定的核為分解譜中，被測(cè)定的核為1313C C核，分解譜的核，分解

16、譜的F F2 2軸為軸為1313C C化學(xué)位移化學(xué)位移 C C，F(xiàn) F1 1軸為軸為1 1H H與與1313C C的偶合的偶合( (1 1J JCHCH) )多重峰，為多重峰，為1/2J1/2JCHCH。 出峰情況是出峰情況是CHCH為二重峰，為二重峰，CHCH2 2為三重峰，為三重峰，CHCH3 3為為四重峰，季碳單峰或不出峰。四重峰，季碳單峰或不出峰。 21 反式丙烯酸酯的反式丙烯酸酯的1313C,C,1 1H JH J分解分解2D2D譜。譜。 F F2 2軸為軸為1313C C的化學(xué)位移。的化學(xué)位移。F F1 1軸為軸為1 1J JCHCH偶合的多重峰。偶合的多重峰。 F1 CF2(HZ

17、)0-100100CH3CHCHCOOCH2CH3123456501001501/2JCH13254622O145678910CHCH3 3 -四重峰（四重峰（5-Me，1,1 Me, 10); CH2-三重峰三重峰(2,3,4); CH CH -雙重峰雙重峰(7,8) (7,8) 。由于由于DEPT等測(cè)定碳等測(cè)定碳原子級(jí)數(shù)的方法能代原子級(jí)數(shù)的方法能代替異核替異核J 譜，且檢測(cè)譜，且檢測(cè)速度快，操作方便，速度快，操作方便，因此異核因此異核J 譜較少應(yīng)譜較少應(yīng)用。用。235,623第三節(jié)第三節(jié) 同核化學(xué)位移相關(guān)譜同核化學(xué)位移相關(guān)譜 一、氫、氫化學(xué)位移相關(guān)譜一、氫、氫化學(xué)位移相關(guān)譜 1H-1H-C

18、OSY1H-1H-COSY是是1H1H核和核和1H1H核之間的化學(xué)位核之間的化學(xué)位移相關(guān)譜。在通常的橫軸和縱軸上均設(shè)定為移相關(guān)譜。在通常的橫軸和縱軸上均設(shè)定為1H1H的化學(xué)位移值，兩個(gè)坐標(biāo)軸上則顯示通常的的化學(xué)位移值，兩個(gè)坐標(biāo)軸上則顯示通常的一維一維1H1H譜。譜。（1H- 1H Correlation spectroscopy，1H- 1H COSY） 在該譜圖中出現(xiàn)了兩種峰，分別為對(duì)角峰及在該譜圖中出現(xiàn)了兩種峰，分別為對(duì)角峰及相關(guān)峰。同一氫核信號(hào)將在對(duì)角線上相交，相關(guān)峰。同一氫核信號(hào)將在對(duì)角線上相交，相互偶合的兩個(gè)相互偶合的兩個(gè)/ /組氫核信號(hào)將在相關(guān)峰上組氫核信號(hào)將在相關(guān)峰上相交，一般反

19、映的是相交，一般反映的是 3 3J J 偶合。偶合。241H- 1H COSY-900基本脈沖序列：基本脈沖序列： 一般說來，在解析一般說來，在解析1H-1H COSY1H-1H COSY譜時(shí)，應(yīng)譜時(shí)，應(yīng)首先選擇一個(gè)容易識(shí)別，有確切歸屬的質(zhì)子，以首先選擇一個(gè)容易識(shí)別，有確切歸屬的質(zhì)子，以該質(zhì)子為起點(diǎn)，通過確定各個(gè)質(zhì)子間的偶合關(guān)系，該質(zhì)子為起點(diǎn)，通過確定各個(gè)質(zhì)子間的偶合關(guān)系，指定分子中全部或大部分質(zhì)子的歸屬，這就是我指定分子中全部或大部分質(zhì)子的歸屬，這就是我們通常所說的們通常所說的“從頭開始從頭開始”法。法。252153 4F2F1CH3CH2CH2CH2CCH3O5 4 3 2 1261627

20、28ArH-CH3-CH-CH2-CH2-CH22985,1167 131412305H 5/H2J偶合偶合31二、碳、碳化學(xué)位移相關(guān)譜二、碳、碳化學(xué)位移相關(guān)譜這是二維碳骨架直接測(cè)定法，是確定碳原子連這是二維碳骨架直接測(cè)定法，是確定碳原子連接順序的實(shí)驗(yàn)，采用一種天然豐度雙量子相干接順序的實(shí)驗(yàn)，采用一種天然豐度雙量子相干（INADEQUATEINADEQUATE）技術(shù)進(jìn)行測(cè)定。）技術(shù)進(jìn)行測(cè)定。碳是組成分子骨架，它更能直接反映化學(xué)碳是組成分子骨架，它更能直接反映化學(xué)鍵的特征與取代情況。但是由于鍵的特征與取代情況。但是由于13C天然豐天然豐度僅僅為度僅僅為1.1%，出現(xiàn)相連，出現(xiàn)相連13C-13C偶

21、合的偶合的幾率為幾率為0.01，使，使1JC-C測(cè)試非常困難測(cè)試非常困難,信信號(hào)累加時(shí)間達(dá)兩天，只在迫不得以才做。號(hào)累加時(shí)間達(dá)兩天，只在迫不得以才做。兩個(gè)偶合的兩個(gè)偶合的13C核能產(chǎn)生雙量子躍遷，躍遷核能產(chǎn)生雙量子躍遷，躍遷頻率相等，頻率相等，孤立的碳則不能孤立的碳則不能。32 2D INADEQUATE2D INADEQUATE譜圖有兩種形式，第一種形譜圖有兩種形式，第一種形式，式，F(xiàn) F2 2軸是軸是1313C C的化學(xué)位移，的化學(xué)位移，F(xiàn) F1 1為雙量子躍遷頻為雙量子躍遷頻率，水平連線表明一對(duì)偶合碳具有相同的雙量率，水平連線表明一對(duì)偶合碳具有相同的雙量子躍遷頻率，可以判斷它們是直接相連

22、的碳。子躍遷頻率，可以判斷它們是直接相連的碳。另一種形式，另一種形式，F(xiàn) F2 2軸軸F F1 1軸都是軸都是1313C C的化學(xué)位移，相的化學(xué)位移，相互偶合的碳核作為一對(duì)雙峰出現(xiàn)在對(duì)角線兩側(cè)互偶合的碳核作為一對(duì)雙峰出現(xiàn)在對(duì)角線兩側(cè)對(duì)稱的位置上。依此類推可以找出化合物中所對(duì)稱的位置上。依此類推可以找出化合物中所有有1313C C原子連接順序。原子連接順序。33342143567OHHO6-75-64-51-22-33-41423567F2F1356,75,127,118,108,95,1010,116,123613C-13C 2D INADEQUATE spectrum of mentholF

23、1 (13C) F2 ( 13C)1034261857 93,43,2422,181516,15,6761,7 8,98,109 104,84,5F2 (13C)F1 ( 13C)37一、一、1313C C檢測(cè)的異核化學(xué)位移相關(guān)譜檢測(cè)的異核化學(xué)位移相關(guān)譜 所謂異核化學(xué)位移相關(guān)譜是兩個(gè)不同所謂異核化學(xué)位移相關(guān)譜是兩個(gè)不同核的頻率通過標(biāo)量偶合建立起來的相關(guān)核的頻率通過標(biāo)量偶合建立起來的相關(guān)譜譜. .應(yīng)用最廣泛的是應(yīng)用最廣泛的是1H-13C COSY1H-13C COSY。第三節(jié)第三節(jié) 異核化學(xué)位移相關(guān)譜異核化學(xué)位移相關(guān)譜 1313C- C- 1 1H COSYH COSY譜圖中譜圖中F2F2為為1

24、3C13C化學(xué)位移，化學(xué)位移，F(xiàn)1F1為為1H1H化學(xué)位移，沒有對(duì)角峰，其交叉峰表明化學(xué)位移，沒有對(duì)角峰，其交叉峰表明C-HC-H相相連偶合的信息，季碳不出交叉峰。解析時(shí)，可連偶合的信息，季碳不出交叉峰。解析時(shí)，可以從一已知的氫核信號(hào)，根據(jù)相關(guān)關(guān)系，即可以從一已知的氫核信號(hào)，根據(jù)相關(guān)關(guān)系，即可找到與之相連的找到與之相連的13C13C信號(hào)，反之亦然?？梢詮淖V信號(hào)，反之亦然?？梢詮淖V圖中得到圖中得到1JC-H1JC-H的結(jié)構(gòu)信息。的結(jié)構(gòu)信息。38395 32D 13C-1H COSY spectrum (1JCH correlations )2a2e121665C1,H1aC1,H1eC2,H2a

25、C2,H2eC1,H1C4,H4C2,H2C4,H4C3,H3424131a1e 1 13CF1F2C5,H5C6,H6C6,H64041常規(guī)的常規(guī)的 1313C C檢測(cè)的異核直接相關(guān)譜，靈敏檢測(cè)的異核直接相關(guān)譜，靈敏度低，樣品的用量較大，測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng)。度低，樣品的用量較大，測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng)。HMQC HMQC （異核多量子相關(guān)譜）（異核多量子相關(guān)譜）技術(shù)很好地克服技術(shù)很好地克服了上述缺點(diǎn)，了上述缺點(diǎn)，HMQCHMQC實(shí)驗(yàn)是通過多量子相干，實(shí)驗(yàn)是通過多量子相干，檢測(cè)檢測(cè)1H1H信號(hào)而達(dá)到間接檢測(cè)信號(hào)而達(dá)到間接檢測(cè)13C13C的一種方法的一種方法二、二、1 1H H檢測(cè)的異核多量子相關(guān)譜（檢測(cè)的異核

26、多量子相關(guān)譜（HMQCHMQC）HMQC(HMQC(異核多量子相干譜異核多量子相干譜) )的優(yōu)點(diǎn)脈沖序列較的優(yōu)點(diǎn)脈沖序列較簡(jiǎn)單，參數(shù)設(shè)置容易。反式檢測(cè)氫維簡(jiǎn)單，參數(shù)設(shè)置容易。反式檢測(cè)氫維(f2)(f2)分辨分辨率較高，靈敏度較高。缺點(diǎn)碳維率較高，靈敏度較高。缺點(diǎn)碳維(f1)(f1)分辨率低分辨率低. . C1 C2 C3C4 H1H2H3H442 HMQC HMQC是將是將1H1H信號(hào)的振幅及相位分別依信號(hào)的振幅及相位分別依13C13C化化學(xué)位移及學(xué)位移及1H1H間的同核化學(xué)偶合信息調(diào)制，并通間的同核化學(xué)偶合信息調(diào)制，并通過直接檢測(cè)調(diào)制后的過直接檢測(cè)調(diào)制后的1H1H信號(hào)，獲得信號(hào)，獲得13C-

27、1H13C-1H化學(xué)化學(xué)位移相關(guān)數(shù)據(jù)。它所提供的信息及譜圖與位移相關(guān)數(shù)據(jù)。它所提供的信息及譜圖與1H-1H-13C COSY13C COSY完全相同。圖上完全相同。圖上F F2 2坐標(biāo)是坐標(biāo)是1H1H的化學(xué)位的化學(xué)位移移, F, F1 1 是是13C13C化學(xué)位移，直接相連的化學(xué)位移，直接相連的13C13C與與1H1H將在將在對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的13C13C化學(xué)位移與化學(xué)位移與1H1H化學(xué)位移的交點(diǎn)處給出化學(xué)位移的交點(diǎn)處給出相關(guān)信號(hào)。相關(guān)信號(hào)。不能得到季碳的結(jié)構(gòu)信息。不能得到季碳的結(jié)構(gòu)信息。43HMQC譜譜44OOBA45236789OHO12345678946三、三、1 1H H檢測(cè)的異核單量子相關(guān)

28、譜（檢測(cè)的異核單量子相關(guān)譜（HSQCHSQC）HSQC (Heteronuclear Single Quantum Correlation)HSQC (Heteronuclear Single Quantum Correlation)與與HMQCHMQC相似，也是相似，也是通過通過1JCH 1JCH 偶合常數(shù)實(shí)現(xiàn)碳?xì)湎嗯己铣?shù)實(shí)現(xiàn)碳?xì)湎嚓P(guān)。相干傳遞是通過單量子相干機(jī)理。下面是基本關(guān)。相干傳遞是通過單量子相干機(jī)理。下面是基本的的HSQCHSQC脈沖序列：脈沖序列：1Ht1/2d1t1/213CDec.d2d2d2d2d2=1/4 1JCH HSQC譜的靈敏度比譜的靈敏度比HMQC高，但高，但HS

29、QC包含包含較多射頻脈沖，要求實(shí)驗(yàn)參數(shù)精確設(shè)置，否則較多射頻脈沖，要求實(shí)驗(yàn)參數(shù)精確設(shè)置，否則誤差偏大。圖譜形式和解譜方法與誤差偏大。圖譜形式和解譜方法與HMQC相同。相同。47 HMBCHMBC是是heteronuclearmultipulebondcorrelationheteronuclearmultipulebondcorrelation的的縮寫，表示異核遠(yuǎn)縮寫，表示異核遠(yuǎn) 程（多鍵）相關(guān)譜。與程（多鍵）相關(guān)譜。與HMQCHMQC一一 樣，樣，HMBCHMBC的譜圖也是是一種間接檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，的譜圖也是是一種間接檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，是通過檢測(cè)是通過檢測(cè)H H間接檢測(cè)間接檢測(cè)C C信號(hào)。橫坐標(biāo)信號(hào)。橫坐

30、標(biāo)F2 F2 代表采代表采樣的樣的HNMRHNMR的化學(xué)位移，縱坐標(biāo)的化學(xué)位移，縱坐標(biāo)F1F1代表的是間接代表的是間接檢測(cè)的檢測(cè)的CN MRCN MR的化學(xué)位移。相隔的化學(xué)位移。相隔2-42-4個(gè)化學(xué)鍵相個(gè)化學(xué)鍵相連的連的C C、H H原子就會(huì)在譜圖上出現(xiàn)交叉峰，即只要原子就會(huì)在譜圖上出現(xiàn)交叉峰，即只要有交叉峰的出現(xiàn)，那么交叉峰所對(duì)應(yīng)的有交叉峰的出現(xiàn)，那么交叉峰所對(duì)應(yīng)的H H、C C原子原子是通過是通過2-42-4個(gè)化學(xué)鍵相連的（個(gè)化學(xué)鍵相連的（4 4J J相連的交叉峰不一相連的交叉峰不一定出現(xiàn)定出現(xiàn)）。）。 四、四、1 1H H檢測(cè)的異核多量子遠(yuǎn)程相關(guān)譜檢測(cè)的異核多量子遠(yuǎn)程相關(guān)譜HMBCHM

31、BC48根據(jù)根據(jù)HMBCHMBC譜所給出的譜所給出的H H、C C之間的關(guān)系，結(jié)合之間的關(guān)系，結(jié)合HMQCHMQC的譜圖，我們就能夠解的譜圖，我們就能夠解 決決C C原子的連接順序原子的連接順序問題，這樣我們就能基本上確定有機(jī)化合物的骨架問題，這樣我們就能基本上確定有機(jī)化合物的骨架結(jié)構(gòu)，基本結(jié)構(gòu)，基本 上一個(gè)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)就能夠確定了。上一個(gè)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)就能夠確定了。HMBCHMBC的主要問題在于并不能夠確定相關(guān)峰是二鍵、的主要問題在于并不能夠確定相關(guān)峰是二鍵、三鍵還是四鍵的耦合三鍵還是四鍵的耦合( (四鍵偶合較少出現(xiàn)四鍵偶合較少出現(xiàn)) )。HMBC可高靈敏度地檢測(cè)可高靈敏度地檢測(cè)13C

32、-1H遠(yuǎn)程偶合，因此遠(yuǎn)程偶合，因此可可得到有關(guān)季碳的結(jié)構(gòu)信息及其被雜原子或季碳得到有關(guān)季碳的結(jié)構(gòu)信息及其被雜原子或季碳切斷的偶合系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)信息。切斷的偶合系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)信息。49C2, C3 and C4: Quaternary or protonated carbons X: O, NC1C2C3C4H1C1XC2C3H1 HMQC HMQC是通過異核多量子相干把是通過異核多量子相干把1H1H核和與其直核和與其直接相連的接相連的13C13C核關(guān)聯(lián)起來，核關(guān)聯(lián)起來，HMBCHMBC則是通過異核多則是通過異核多量子相干把量子相干把1H1H核和遠(yuǎn)程偶合的核和遠(yuǎn)程偶合的13C13C核關(guān)聯(lián)了起來。

33、核關(guān)聯(lián)了起來。 HMBC HMBC是突出表現(xiàn)相隔是突出表現(xiàn)相隔2 2個(gè)至個(gè)至4 4個(gè)鍵的碳?xì)渲g的個(gè)鍵的碳?xì)渲g的偶合，交叉峰為單峰。但由于技術(shù)上的原因，有偶合，交叉峰為單峰。但由于技術(shù)上的原因，有時(shí)不能完全去掉直接時(shí)不能完全去掉直接 相相 連連 的的 碳碳 氫氫 之之 間間 的的 偶偶 合合 1 J1 JCHCH , , 交叉峰表現(xiàn)為雙峰或三峰，中心對(duì)應(yīng)交叉峰表現(xiàn)為雙峰或三峰，中心對(duì)應(yīng) H H，解，解 析析 圖圖 譜譜 時(shí)要特別注意。時(shí)要特別注意。50OHO123456789789654312987623確定確定H2確定確定C2-C=OH3與C5五交叉峰513鍵偶合3鍵偶合52HMQC53H

34、MBC54第五節(jié)第五節(jié) 二維二維NOENOE譜譜一、二維一、二維NOESYNOESY二維二維 NOE NOE 譜簡(jiǎn)稱為譜簡(jiǎn)稱為 NOESYNOESY，它反映了有機(jī)化合，它反映了有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)中物結(jié)構(gòu)中H H核與核與H H核之間空間距離的關(guān)系，而與二核之間空間距離的關(guān)系，而與二者間相距多少根化學(xué)鍵無關(guān)。因此對(duì)確定有機(jī)化者間相距多少根化學(xué)鍵無關(guān)。因此對(duì)確定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)、構(gòu)型和構(gòu)象以及生物大分子（如蛋白合物結(jié)構(gòu)、構(gòu)型和構(gòu)象以及生物大分子（如蛋白質(zhì)分子在溶液中的二級(jí)結(jié)構(gòu)等）有著重要意義。質(zhì)分子在溶液中的二級(jí)結(jié)構(gòu)等）有著重要意義。909090t1tm55 NOESY NOESY 的譜圖與的譜圖與1H-

35、1H COSY 1H-1H COSY 非常相似，非常相似，它的它的 F2F2維和維和 F1F1維上的投影均是氫譜，也有對(duì)維上的投影均是氫譜，也有對(duì)角峰和交叉峰，圖譜解析的方法也和角峰和交叉峰，圖譜解析的方法也和 COSY COSY 相相同，唯一不同的是圖中的交叉峰并非表示兩個(gè)同，唯一不同的是圖中的交叉峰并非表示兩個(gè)氫核之間有耦合關(guān)系，而是表示兩個(gè)氫核之間氫核之間有耦合關(guān)系，而是表示兩個(gè)氫核之間的空間位置接近。的空間位置接近。由于由于 NOESY 實(shí)驗(yàn)是由實(shí)驗(yàn)是由 COSY 實(shí)驗(yàn)發(fā)展而來為實(shí)驗(yàn)發(fā)展而來為的，因此在圖譜中往往出現(xiàn)的，因此在圖譜中往往出現(xiàn) COSY 峰，即峰，即 J偶偶合交叉峰，故在

36、解析時(shí)需對(duì)照它的合交叉峰，故在解析時(shí)需對(duì)照它的1H-1H COSY 譜將譜將J 偶合交叉峰扣除。偶合交叉峰扣除。56NOESY(H-3,H-2)交叉峰為交叉峰為J偶合峰偶合峰5715867CH2NOESY-CH358592D NOESY spectrum of ailanthoneacbda,cb,dNOEcbdaNOE60二、二維二、二維ROESYROESY NOESY NOESY譜是確定化合物立體結(jié)構(gòu)時(shí)普遍應(yīng)用的譜是確定化合物立體結(jié)構(gòu)時(shí)普遍應(yīng)用的一種二維技術(shù)，但對(duì)于中等大小的分子（分子量一種二維技術(shù)，但對(duì)于中等大小的分子（分子量約為約為 1000-30001000-3000） ， 有有 時(shí)

37、時(shí)NOE NOE 的的 增增 益益 為為 零零 ， 從從NOESY NOESY 譜譜 上得不到相關(guān)的信息。而旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上得不到相關(guān)的信息。而旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的系中的NOESYNOESY，我們稱之為，我們稱之為ROESY ROESY 譜譜 則則 有有 效效 地地 克克 服服 了了 上上 述述NOESY NOESY 譜譜 的的 不足，是一種解決不足，是一種解決中等大小化合物立體結(jié)構(gòu)的理想技術(shù)，中等大小化合物立體結(jié)構(gòu)的理想技術(shù)，ROESYROESY譜譜的解析方法和說明的問題與的解析方法和說明的問題與NOESYNOESY譜一致。譜一致。61第六節(jié)第六節(jié) 一維、二維譜綜合解析一維、二維譜綜合解析一維譜的初步解

38、析：一維譜的初步解析： 分析一維分析一維1H 1H 譜，根據(jù)譜圖中化學(xué)位移值、耦譜，根據(jù)譜圖中化學(xué)位移值、耦合常數(shù)值、峰形和峰面積找出一些特征峰，并確合常數(shù)值、峰形和峰面積找出一些特征峰，并確定各譜線的大致歸屬和氫分布，確定定各譜線的大致歸屬和氫分布，確定O,NO,N等雜原等雜原子的可能的連接。子的可能的連接。 分析一維分析一維C 譜，對(duì)照譜，對(duì)照13C 質(zhì)子噪聲去偶譜以質(zhì)子噪聲去偶譜以及各個(gè)及各個(gè) DEPT 碳譜，確定各碳原子的級(jí)數(shù)和各碳譜，確定各碳原子的級(jí)數(shù)和各譜線的大致歸屬，確定譜線的大致歸屬，確定O,N等雜原子的可能的連等雜原子的可能的連接。接。一、解析步驟一、解析步驟62解析解析H

39、-H COSY H -H COSY 譜，從一維譜中已經(jīng)確定的氫譜，從一維譜中已經(jīng)確定的氫譜線出發(fā)找到與之相關(guān)的其它譜線。譜線出發(fā)找到與之相關(guān)的其它譜線。解析解析1313C -C -1 1H COSYH COSY（ HMQCHMQC、HSQCHSQC）譜，同）譜，同樣從已知的氫譜線出發(fā)找到各相關(guān)的碳譜線，樣從已知的氫譜線出發(fā)找到各相關(guān)的碳譜線，以此推斷出這些碳譜線的歸屬。以此推斷出這些碳譜線的歸屬。解析解析1313C -C -1 1H H 遠(yuǎn)程相關(guān)譜（遠(yuǎn)程相關(guān)譜（ HMBCHMBC），從已確定），從已確定的碳譜線出發(fā)，找到與之相關(guān)的各氫譜線或從的碳譜線出發(fā)，找到與之相關(guān)的各氫譜線或從已知的氫譜線

40、出發(fā)找到各相關(guān)的碳譜線，由此已知的氫譜線出發(fā)找到各相關(guān)的碳譜線，由此完成對(duì)一些未知譜線的指認(rèn)。完成對(duì)一些未知譜線的指認(rèn)。借助二維核磁共振譜對(duì)圖譜作進(jìn)一步的指認(rèn)：借助二維核磁共振譜對(duì)圖譜作進(jìn)一步的指認(rèn)：注意排除一維譜與二維譜中的溶劑峰與雜質(zhì)峰注意排除一維譜與二維譜中的溶劑峰與雜質(zhì)峰63某化合物的分子式為某化合物的分子式為C C6 6H H1010O O，請(qǐng)根據(jù)下列各譜，請(qǐng)根據(jù)下列各譜推斷結(jié)構(gòu)推斷結(jié)構(gòu)8 7 6 5 4 3 2 1 0 ppm1.002.020.981.011.942.001.031H2H1H1H1H2H2HU=2U=2二、解析實(shí)例二、解析實(shí)例64DEPT spectra150 140 130 120 1