波譜分析-研究生-2D-NMR-簡介及應(yīng)用

2DNMR譜圖:常以輪廓圖表示而不用三維的方式.相同情況同樣使用在地圖上1020304050602040600.511.52102030405060102030405060第五節(jié).2DNMR簡介及應(yīng)用

〔Two-DimensionalNMR〕兩維譜圖可簡化圖譜增加分辨率同時也可得到原子間的相關(guān)關(guān)系.1DNMR:橫坐標(biāo)同時表示化學(xué)位移和耦合常數(shù)兩種不同的核磁共振參數(shù)。共振信號是一個頻率的函數(shù)，常為f(w)2DNMR的誕生:1)自旋核調(diào)控脈沖技術(shù)2〕自旋核特性的理論開展3〕計算機(jī)技術(shù)的快速開展4〕超導(dǎo)磁體的開展1971年Jeener首先提出了二維核磁共振的概念1991年Ernst教授因?qū)γ}沖傅里葉變換核磁共振技術(shù)和二維核磁共振技術(shù)開展的奉獻(xiàn)獲得諾貝爾化學(xué)獎。2DNMR:是兩個獨立頻率變量的信號函數(shù)，常為f(w1,w2)。采用不同的脈沖序列技術(shù)，得到圖譜中一個坐標(biāo)表示化學(xué)位移，另外一個坐標(biāo)表示耦合常數(shù)，或另外一個坐標(biāo)表示同核或異核化學(xué)位移，這類核磁圖譜稱為二維核磁共振譜。雖然2D-NMR有多種形式，但二維核磁共振實驗的脈沖序列根據(jù)其時間軸可分為3或4個時期：即預(yù)備期、開展期〔演化期〕、混合期和檢測期二維的主要類型1〕J分辨譜〔Jresolvedspectroscopy〕 將決定波譜共振位置的兩個參數(shù)即化學(xué)位移和J耦合分開.2〕化學(xué)位移相關(guān)譜(chemicalshiftcorrelationspectroscopy) 將相互耦合的核、或具有化學(xué)交換的核、或有相互弛豫的核相關(guān)聯(lián).3〕多量子譜〔multiplequantumspectroscopy〕 檢測和應(yīng)用多量子躍遷同核相關(guān)譜異核相關(guān)譜二:J分辨譜分類

(一)同核J分辨譜

HomonuclearJresolvedspectroscopy(二)異核J分辨譜

Heteronuclear

JresolvedspectroscopyH1H4H5二:化學(xué)位移相關(guān)譜分類

(chemicalshiftcorrelationspectroscopy)

(一)同核相關(guān)譜

Homonuclearcorrelationspectroscopy(二)異核相關(guān)譜

Heteronuclearcorrelationspectroscopy(一).同核相關(guān)譜1)通過化學(xué)鍵COSYmagnitudeCOSY,phasesensitiveCOSY,DQF(MQF)-COSY,RELAY,ECOSYTOCSY2D-INADEQUATE2〕通過空間NOESYROESY(Rotation-frameOverhauserEffectSpectroscopy)1.2DCOSY(CorrelatedSpectroscopy)

NCHCHCOHHCrosspeaksexistinthe2-DCOSYspectrumwherethereisspin-spincouplingbetweenhydrogens.1H-1HCOSY譜實例:2DCOSY譜中,交叉峰f1=a,f2=d說明a與b有自旋-自旋偶合作用.投影圖將給出一般的氫譜d543210543210C交叉峰s對角線峰aabbcdeecDQF-COSYSpectraofaproteinsegment(22aa)1H-1HCOSY譜實例:2.NOESY—空間相關(guān)譜(NuclearOverhauserEffectSpectroscopy)NCHCHCOHHNCHCHCOHHcorrelatenucleithroughspace(distance<0.5nm)

NOESY實例1:Noesy的交叉峰表示原子相互在空間上相鄰.其強(qiáng)度可用來估算原子間距并以此推斷分子的空間結(jié)構(gòu).HaHb012345012345fafbfcHcNOESY的譜圖特征類似于COSY，一維譜中出現(xiàn)NOE的兩個峰在二維譜中顯示交叉峰。NOESY可以在一張譜圖上描述出分子之間的空間關(guān)系。NOESY實例2:Noesy

經(jīng)常被用來確定一些生物大分子象蛋白質(zhì),核酸,DNA,RNA的立體化學(xué)等.水中g(shù)ramicidine〔短桿菌肽〕的400MHzNoesy譜.3.TOCSY—全相關(guān)譜(TotalCorrelationSpectroscopy)也稱HOHAHA(homonuclearHartmann-Hahnspectroscopy)(二)異核相關(guān)譜

異核相關(guān)譜—兩種模式

X-detected13C-1HCOSYHETeronuclearCORrelationCOLOC:COrrelationofLOngrangeCouplingHeteronuclearProtonRelay1Dand2DINADEQUATE

H-detectedHMQC,HSQC,HMBC,

H-detected(InverseMode)—反相模式

Low-gammalow-sensitivityXnuclei

whenlimitedamountofmaterialisavailable,thedirectdetectionofCarbon-13canbealmostimpossible

High-sensitiveprotonsBasicidea:

detectionof1Hspectraduringt2

-thedetectiontime; theXchemicalshiftisdetectedduringt1

-theevolutiontime.

1.HMQC(HeteronuclearMultipleQuantumCorrelation)TheHMQCexperimentprovidescorrelationbetweenprotonsandtheirattachedheteronucleithroughtheheteronuclearscalarcoupling.氫檢測的異核多量子相關(guān)譜HMQC是將信號的振幅及相位分別依13C化學(xué)位移及1H間的同核化學(xué)耦合信息調(diào)制，并通過直接檢測調(diào)制后的1H信號，獲得13C-1H化學(xué)位移相關(guān)數(shù)據(jù)。它提供的信息及譜圖與1H-13CCOSY完全相同—得到的是直接相連的13C與1H之間的耦合關(guān)系，不能得到季碳的結(jié)構(gòu)信息。1008060402002543101H13CC-H異核相關(guān)譜給出碳?xì)涞呐己详P(guān)系-實例1:C-H異核相關(guān)譜給出碳?xì)涞呐己详P(guān)系-HMQC實例2:

異核相關(guān)譜可通過觀測碳(1H-13CHetcor)或觀測氫(HMQC,HSQC).觀測氫的實驗也稱做反相實驗.13C-1HHMQCofSucroseinD2O13C1HHSQC:Heteronuclear

Single

Quantum

CorrelationHMQC實例:Eachproton-carbonpairhasasinglecrosspeak.13Cnucleithathavediasteriotopicprotonshavetwocorrelations(someofthesecrosspeakpairsareboxedinthespectrumbelow).HMBC2:HMBC(HeteronuclearMultiple

Bond

Correlation)TheHMBCexperimentdetectslongrangecouplingbetweenprotonandcarbon(twoorthreebondsaway)withgreatsensitivity.C2C5COC1HMBC實例:HMBC可高靈敏度地檢測到13C-1H遠(yuǎn)程耦合〔2JCH，3JCH〕,因此可得到有關(guān)季碳的結(jié)構(gòu)信息及被雜原子切斷的1H耦合系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)信息。三.NomenclaturePFG:

脈沖梯度場(PulsedFieldGradients)GS:

梯度場選擇(GradientSelected)GRASP:

梯度增速光譜學(xué)(GradientAcceleratedSpectroscopy)GE: