一、二维核磁共振基础与核 磁共振综合解析内容一、核磁共振简介二、七个主要特性参数 三、一、二维核磁共振实验及原理四、核磁共振综合解析核磁共振 : 简介宏观磁化强度矢量B0600 MHzzB0
z My x xy具有非零自旋量子数的原子核具有自旋角动量 ,因而也就具有磁矩. 在磁场中, 原来无规则的磁矩矢量会重新排列而平行于外加的磁场 .与外磁场同向和 反向的磁矩矢量符合Boltzmann分布. 磁矩矢量沿磁场方向的进动使XY平面上的投影 相互抵消. 由于沿磁场方向能量较低, 故原子分布较多一些而造成一个沿Z-轴的非零 合磁矩矢量. 虽然在理论上经常讨论单一原子的情形, 但在实际上, 单一原子的核磁信 号非常小而无法观测.故此我们定义单位体积内原子核磁矩的矢量和为宏观磁化强度 矢量 其方向与外磁场方向相同.以此矢量来描述宏观样品的核磁特性.核磁共振 : 简介Larmor 频率核磁矩沿外磁场方向进动的频率称为Larmor 频 率w或共振频率.此频率的大小取决于原子核的 种类及外磁场的大小.? ~ ?B0γ是磁旋比. 它是原子核本身的属性并只能通过 实验获取.在BRUKER 仪器上, 原子核的频率是通过 参数BFn (MHz)设Z. 如BF1 代表第一通道. 更精细的频率调节可 用参数On来完成. On 叫频率偏差频率或偏 Z频,所以总频率为 SFOn: SFO1=BF1+O1日3nucleus proton (hydrogen) deuterium phosphorous carbon nitrogen nitrogen fluorine oxygen aluminumsymbol1 2abundance (%) 99.98 0.015 100 1.1 0.37 99.63 100 0.04 100H H 31 P 13 C 15 N 14 N 19 F 17 O 27 Alfrequency (MHz) at 2.35T 100 15.35 40.48 25.14 10.13 7.22 94.08 13.56 26.06核磁共振 : 简介B0 M?B0RF 脉冲M接收器 ReceiverFTS(t)在磁场中,原来简并的能级分裂成不同的能级状态.如果 用适当频率的电磁辐射照射就可观察到核自旋能级的 跃迁.原子核能级的变化不仅取决于外部磁场强度的大 ? 小及不同种类的原子核,而且取决于原子核外部电子环 境.这样我们就可获得原子核外电子环境的信息.宏观上 讲,当用适当频率的电磁辐射 (RF)照射样品,宏观磁化强 ? 度矢量从 Z- 轴转到 X 或 Y 轴上. 通过接受器 , 傅立叶转换 就得到核磁共振谱图.S(?)核磁共振 : 简介Information: Larmor 频率 化学位移: J-偶合: 偶极偶合: 弛豫:H1H原子核 结构测定(功能团) 结构测定(原子的相关性) 结构测定 (空间位Z关系) 动力学（t1,t2)&C=CH-CH3HJCHC H C D H CH HC13C&C=C& CH3C H JHH七个主要特性参数? 化学位移 ? 偶合常数? 谱峰强度? 核Overhauser效应(NOE)? 纵向驰豫时间(T1)? 横向驰豫时间(T2) ? 线宽化学位移在磁场中,由于原子核外电子的运动而产生一个小的磁场Be(local field).此小 磁场与外加磁场(B0)方向相反.从而使原子核感受到一个比外加磁场小的磁 场(B0+Blo).此一现象我们称做化学位移作用或屏敝作用.B0Be原子核实际感受到的磁场: B = (1-s) B0 S：化学位移常数化学位移分子中的原子并不是孤立存在,它不仅在相互间发生作用也同周围环 境发生作用,从而导致相同的原子核却有不同的核磁共振频率.化学位移自旋-自旋偶合Larmor?E?? ???B0频率e.g. B0=11.7 T,w(1H)=500 MHz w(13C)=125 MHz 化学位移 ~ B0 ? kHz 自旋-自旋偶合? Hz-kHz即使使用不同的仪器或在不同的场强下,相同的官能团具有相同的ppm值.不同的官能团由于存在于不同的电子环境因而 具有不同的化学位移,从而使结构鉴定成为可能.CH2 HC=O HC= CH3由于化学位移是与外加磁场成正比,所以在不同的磁场下所的化学位移数值也不同.也会引起许多麻烦.引入ppm并使用同一参照样品,就是光谱独立于外加磁场.1 ppm = 300 Hz 参照样品峰 300 MHz 300 MHz60004500300015000 Hzppm ?? sample ? ? reference ? reference12840 ppm500 MHz1 ppm = 500 Hz500 MHz60004500300015000 Hz12840 ppm偶合常数相邻的原子核可以通过中间媒介(电子云)而发生作用.此中间 媒介就是所谓的化学键 . 这一作用就叫自旋 - 自旋偶合作用 (J- 偶 合).特点是通过化学键的间接作用.JCH JHHHC异核 J-couplingH C CH同核 J-coupling自旋 - 自旋偶合引起共振线的分裂而形成多重峰 . 多重峰实际 代表了相互作用的原子核彼此间能够出现的空间取向组合.JCHJCHH C原始频率H CJCH?-J/2??+J/2多重峰出现的规则:1. 某一原子核与N个相邻的核相互偶合将给出(n+1)重峰.2. 等价组合具有相同的共振频率.其强度与等价组合数有关. 3. 磁等价的核之间偶合作用不出现在谱图中. 4. 偶合具有相加性.例如:Ha C C Hbobserved spin coupled spin intensityA BB? B? A? A?1 1 1 1HBJAB ?aHBHAJAB ?bHAB,C是磁等价的核Ha C JAB=JAC C Hc HbB,CAAABCJAB=4 HzHa CJAC=10 HzHb CJBC=7 HzB,C是磁不等价的核JAB JACHc C BA?A*C*CH*CH2 H2*CH3 H3 H2 H1 CH1 C C CH1由于一些核的自然丰度并非100%.顾此谱图中可能出现偶合分 裂的峰和无偶合的峰.氯仿中的氢谱是一个典型的例子.H-12C H-13CH-13C x100105 Hz谱峰强度核Overhauser效应(NOE)NOE 是不同核之间通过空间距离的六次方成反比。若以 一维谱双共振法照射核 a ，则其谱峰被抑制，而与其空间靠 近的另一核 b 的谱峰的强度会略有增强，其强度的分数，即 为NOE强弱的量度。由于NOE强弱直接与核a，b之间间距有 关，因此它是分子结构测定中重要参数。纵向驰豫时间(T1)纵向驰豫时间，有时又称自旋晶格驰豫，是高能级原子核将其能级交给周围介质，以热能形式耗散，而返回低能态的过程。 T1与分子的内部运动有关。可点击图片观看动画 Alt-F4退出动画900脉冲弛豫1800脉冲弛豫dM z M o ? M z ? dt T1令t=0,Mz=0 令t=0,Mz=-M0M z ? M o (1 ? e?t / T1 )M z ? M o (1 ? 2e?t / T1 )横向驰豫时间(T2)横向驰豫时间，又称自旋-自旋驰豫，指的是宏观磁化矢 量M在x,y平面(横向)的分量Mx，My。由于核自旋之间的相互 作用而消失过程。可点击图片观看动画Alt-F4退出动画dMxy Mxy ?? dt T2脉冲前宏观磁化矢量的位置 （b）90ox后宏观磁化矢量的位置 （c）―（f）由于纵向迟豫核横向迟豫，宏观磁化矢量离开X?Y?平面恢复平衡弛豫效应(Relaxation)NMR信号是一个以常数为T2的指数方式衰减 的涵数. T2就是横向弛豫过程的时间常数. 此外,在XY平面的磁化矢量需要一定的时间回 到Z-轴上.这一过程需要的时间就叫纵向弛豫时间. 其时间常数是T1. T1 和T2 与原子核的种类,样品的 特性及状态,温度以及外加磁场的大小有关. 信号平均方法成功的关键就是要正确设定参数 D 1. D1必须是五倍的T1以保证在下次扫描时磁化矢 量完全回到Z-轴. 有时为节省时间,使用小角度的脉冲,重复扫描 以达到增强信号的目的.a b c T1=30s, 4 scans a. D1=150s; 90 600s; b. D1=15s; 90 60s; c. D1=15s; 30 60s.线宽即共振峰的半高宽，若不考虑静磁场的不均匀性， 线宽可当作T2的倒数。一、二维核磁共振实验及原理一维谱1.1H-NMR谱二维谱1. COSY2. 3. TOCSY NOESY2. NOE差谱 3.13C谱4. DEPT谱4.5.HMQC,HSQCHMBC2D (轮廓图)ppm 1.0 1.1 1.2 1.3 1.42.41.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 ppm2.22.01.81.61.41.2ppm1D 谱 分辨率可通过提高外磁场强 度和增加谱图的维数而提高. nD NMR (n=2,3,4)2.42.22.01.81.61.41.21.0一维核磁共振氢谱1D NMR--脉冲序列和原理示意图D1核磁共振氢谱?1H NMR是应用最为广泛的核磁共振波谱。?典型的谱图中，横坐标为化学位移，其数 值代表谱峰的位Z，即质子的化学环境。 ?谱峰的面积与其质子数成正比。核磁共振氢谱--影响化学位移的因素? 相连碳原子的杂化态影响 ? 各向异性效应? 范德华效应? 氢键的影响? 溶剂效应? 交换反应核磁共振氢谱--各类1H的化学位移0核磁共振氢谱--各类1H的化学位移核磁共振氢谱--耦合作用的一般规则核的等价性 ? 化学等价：化学位移等价。? 磁等价核：δ值相同，而且组内任一核对组外某一磁性核的偶合常数也相同。? 磁不等价核：化学等价，但对组外磁性核的偶合常数不同。核磁共振氢谱解析1）已知化合物1H NMR谱图的指认 综合利用化学位移、耦合及积分曲线等信息，找出1H NMR谱图中每个峰的归属 。 g（2）未知化合物1H NMR谱图解析步骤及实例1）区别杂质与溶剂 2）计算不饱和度 3）求出各组峰所对应的质子数 4）对每组峰的位移(δ)、偶合常数(J)进行分析 5）推导出若干结构单元进行优化组合6）对推导出的分子结构进行确认 （可以辅助其他方法）C14H22O单峰可能是孤 立的CH或OH， 应该为OH 6H，单峰， 两个化学环境 相同的甲基9H，单峰， 叔丁基两个两重峰，对 位取代的苯环单峰，孤 立的CH22212 6 9不饱和度：f=1+14+1/2×(0-22)＝4? ? ? ? ? ?不饱和度：f=1+14+1/2×(0-22)＝4 ?＝0.9， 9H，单峰，叔丁基 ?＝1.3，6H，单峰，两个化学环境相同的甲基 ?＝1.6，2H，单峰，孤立的CH2 ?在7附近两个两重峰，对位取代的苯环。 ?为5左右的单峰可能是孤立的CH或OH，应该为OH。（3）1H NMR谱图解析时的注意事项? 杂质峰和溶剂峰 ? 活泼氢 ? 不符合一级谱图的情况核磁共振碳谱核磁矩：?1H=2.79 270β； ?13C=0.70 216β； 磁旋比γ为质子的1/4； 相对灵敏度为质子的1/5 600；13C谱特点：??EH splitting ??I= ?1 2C splitting（1）研究C骨架，结构信息丰富； （2）化学位移范围大；0～250； （3）13C-13C偶合的概率很小，13C天然丰度1.1%； （4）可直接获得C=O、C?N、季碳原子等信息； （5） 13C-H偶合可消除，谱图简化； （6）信号强度与碳原子数不存在严格线性关系。1 I= 2H0碳谱与氢 谱的对比氢谱不足不能测定不 含氢的官能 团对于含碳较多的 有机物，烷氢的 化学环境类似， 而无法区别碳谱补充给出各种含碳官能团 的信息，几乎可分辨 每一个碳核，光谱简 单易辨认碳谱不足去耦谱峰高 常不与碳数成 比例氢谱补充氢谱峰面积的积分 高度与氢数成比例核磁共振碳谱的解析? 区分谱图中的溶剂峰和杂质峰; ? 分析化合物结构的对称性; ? 按化学位移值区分确定碳原子的类型; ? 碳原子级数的确定; ? 对碳谱各谱线进行归属。 碳谱去耦如果峰数不多，偶合的方式仍可分析出．但当很多锋出现 时，偶合方式的分析就不是那么容易．*CH3-CH2-未去偶氢去偶13C谱标识技术(1) 质子噪声去偶或宽带去偶 宽频带照射，使1H饱和；去偶使峰合并，强度增加。 (2)质子偏共振去偶 弛豫： 13C的弛豫比1H慢，达数分钟；PFT-NMR可测定，提供空间位阻、各向异性、分子大小、形状等信息。(3)选择去偶 选择某一个1H核的频率作为第二射频场，与该1H核偶 合的13C，的1JCH＝0，为单峰，而其他裂分峰变为峰簇。 氢去偶除简化碳谱还因为有核的Overhauser 效应而增 加信噪比.C-HC-H2decoupled*CH3-CH2coupled去偶与脉冲强度的关系去偶与脉冲强 度的关系0.6 50.40.21.50.11.000.8去偶,脉冲强度及偏值频率的关系Proton RF powerProton resonance offset13C谱的应用u=1例1 化合物C5H10O2 DEPT谱DEPT谱可以给出下面三种谱图? DEPT45谱：除季碳外，其余的CH3，CH2和CH都出正 峰。? DEPT90谱：除CH出正峰外，其余的碳均不出峰。? DEPT135谱：CH3和CH出正峰，CH2出负峰，季碳不出峰。CH3,CH DEPT 135? CH2DEPT 90?CH13CDEPT 135?CHCH2DEPT 90?CH13CNOE差谱NOE差谱(NOEDS)基本概念NOEDS: nucler overhause effect difference spectrumNOE效应：有机分子中两个1H核(例如HX和HA)的空间距 离相近(一般3.5?以下)时，照射HX，则HA的信号强度增 大，这种现象称NOE效应．* HX和HA可能存在偶合关系，也可以是无偶合关系的两个核。目的：通过照射HX，发现空间距离相近的HA核．方法：照射HX，由于饱和现象，HX信号消失．同时HA信号因NOE的 原因，强度增大[图(b)]．两谱之差[(b)－(a)]即为NOE差谱[图(c)]．HX和HA不存在偶合关系 (c) NOE差谱: (b)-(a)HXHAHA HX(a) 非照射谱(b) 照射HX得到的谱NOE谱图的特点：(i) HX信号为负值(峰反向朝下，有变形)； (ii) HA为正值(峰正向朝上)；(iii) 其它1H核的信号强度变为零(消失)．HA HX可能观测到NOE现象的几种结构HHCH3 HHHCH3HCH3OCH3H CH3HHHH不能观测到NOE现象的情况H CH3HHCH3 CH3HH H HOH OCH3 HO O H O OH O H H H HHO OHOH H OH ? 照射溶剂中的H2O的信号时，有机分子中含有-OH 基或-NH2基等产生化学交换的质子信号变弱或消 失．在相应的NOE差谱中，出现负而强的信号. ? 对重叠信号、大而宽的重峰进行照射常常结果不好(应尽量选择尖锐、无重叠的峰)． ? 通常的NMR装置： 分子量 & 500 ? 正NOE? 800 ? 零NOE(难观测) & 1000 ? 负NOE二维核磁共振谱技术依托? 自旋核调控脉冲技术? 自旋核特性的理论发展? 计算机技术的发展? 超导磁体的发展原理? 二维核磁共振波谱：二个时间变量，二次傅里叶变换，二个独立的频率信号，横坐标和纵坐标均为频 率信号，而第三维则为强度信号。 ? 两坐标代表的化学位移或耦合常数具有相关性，表 明所有质子发生自旋-自旋偶合的信息。 ? 可以是 1H-1H ， 1H-13C相关谱；可提供邻近偶合、 远程偶合信息。? 大大减少一维谱图中的多重峰重叠现象。射频脉预备期检测期（t2)S (t2)(FID)傅立叶 变换S (?2)傅立叶 变换S (? 2 )2D NMR通过记录一系列的1D NMR 谱图获得的，每个 1D NMR实验的差别仅在于在脉冲序列引入时间增 量Δt（t1= t +Δt）。Two-Dimensional NMR如果使用两个基本点脉冲采集一系列谱图,同时依此增加两脉冲的时间间 隔t1.第一个脉冲将磁化矢量转到XY平面上,此磁化矢量将围绕Z-轴旋转.由 于在不同时间内磁化矢量转到不同的位Z,导致第二个脉冲过后采集到的 FID具有不同的相位和振幅.于是可以说这一系列FID的相位和振幅被t1所 调制.t1 t2772D NMRFID的相位及振幅被t1调制也就等于谱图的相位及振 幅被t1调制.从傅立叶转换中很容易看到这一点.t1FT (t2)t2日t1f278不同t1条件下甲苯甲基质子信号强度2D NMR对t1进行第二次傅立叶转换就可以确定调制频率.就是将所有 谱图的第一个点进行傅立叶转换,然后第二个点一直到所有的 点.所得的谱图就是一个单位均为频率的两维谱图.t1f2日FT (t1)f1f280等高线图（contour plot） 2D NMR 谱图常以轮廓图表示而不用 三维的方式 . 相同情况同样使用在地 图上.6050403020堆积图（stacked trace plot）1010203040506021.510.5 60 40 20 10 20 30 40 50 60二维核磁共振谱的形式? 化学位移―偶合常数相关实验? 化学位移―化学位移相关实验化学位移―化学位移相关实验COSY(correlated spectroscopy)的形式1H,1H-COSY 1H,13C-COSY以及在此基础上发展起来的其它各种特殊测定1H,13C-COSY 1H,1H-COSYCA s CB d CECC tCD q tF2F2HT (3H)X QHS(1H) HR (2H) HQ (1H)PYHP (1H) OH (1H)F1F1同核化学位移相关谱(Homonuclear chemical shift correlation, 1H C 1H COSY)脉冲序列： The basic COSY (45° or 90°) pulse sequenceVicinal GeminalH H C C H1H,1H-COSY(同核相关)1H,1H-COSY谱特征F2 F1X Q(i) 横轴：F2轴；纵轴：F1轴 (ii) 对角线峰：出现在对角线 上的峰，实际上是由等高 线构成的点． 例如：P和Q (iii) 交叉峰：对应出现在与对 角线垂直的位置的峰． 例如：X和YPY注意： F1和F2为同种核时，一对交叉峰对称出现在与对角线垂直的位置．用途：发现(或归属)存在着相互偶合关系的1H核，进而 确定分子中各种质子的配置或连接．HA HBHBP获得的信息? 出现交叉峰P表示HA 和HB存在着相互偶 合关系．HAPO例1.O5 4 3 2 1 0543210例2. 归属某化合物中HA，HB，HC之间的偶合关系．HA HB HC获得的信息HCQ?HBP Q?HAP?交叉峰P表示HA与HB存 在着偶合关系． 交叉峰Q表示HB与HC存 在偶合关系 HA与HC不存在偶合关系注意(i)有时对于较远程的偶合也出现交叉峰．因此，显示 交叉峰的1H核之间不一定就相隔三根键．H H C C H C C C C H C H H(ii) 偶合常数(J)为零的1H之间不出现交叉峰．因此，不出 现交叉峰的1H核之间也有可能是相邻的．谷氨酸的H, H-COSY 90o谱（500MHz）1 2 3 4 5HOOCCH NH 2CH 2CH 2COO HCH(2)4CH2(4)CH2(3)CH2(3)ppm 2.20CH2(4)2.40 2.60 2.80 3.00 3.20 3.40 3.60 F1CH(2)3.80 4.00 4.00 3.80 3.60 3.40 3.20 3.00 2.80 2.60 2.40 2.20 F2 ppm2D H,H- COSY45 o谱（500MHz）1 2 3 4ppmCurrent Data Parameters NAME butcosy EXPNO 1 PROCNO 1 F2 - Acquisition Parameters Date_ Time 8.04 INSTRUM DRX500 PROBHD 5 mm TBI 1H/ PULPROG cosygp TD 1024 SOLVENT CDCl3 NS 1 DS 16 SWH Hz FIDRES 2.134096 Hz AQ 0.2345700 sec RG 40.3 DW 228.800 usec DE 6.00 usec TE 288.0 K D0 0. sec D1 1. sec D13 0. sec D16 0. sec IN0 0. sec ============ CHANNEL f1 NUC1 1H P0 3.00 P1 6.00 PL1 -4.00 SFO1 500.1310815 ============= usec usec dB MHz43-41.0232-31-21.5H1 H2 H3 H4 HO C C C C H H H H H2.5 2.0============ GRADIENT CHANNEL ======== GPNAM1 sine.100 GPNAM2 sine.100 GPX1 0.00 % GPX2 0.00 % GPY1 0.00 % GPY2 0.00 % GPZ1 10.00 % GPZ2 10.00 % P16 1000.00 usec F1 - Acquisition parameters ND0 1 TD 256 SFO1 500.1311 MHz FIDRES 8.535453 Hz SW 4.369 ppm FnMODE undefined F2 - Processing parameters SI 2048 SF 500.1300144 MHz WDW QSINE SSB 0 LB 0.00 Hz GB 0 PC 0.20 F1 - Processing parameters SI 1024 MC2 QF SF 500.1300144 MHz WDW QSINE SSB 0 LB 0.00 Hz GB 03.013.53.53.02.52.01.51.0ppmHO 3 (CH3)2CHO 1 O 6 2 O 4 5OH6N3AcO 4 N3 6 5 O 3 2OAcAcO 4 3 2 OOAc1 OH N651 OOCH(CH3)25PH-COSY谱（Phase Sensitive COSY）? 通过相位的调节，将谱峰可能含有的吸收分量和色散分量调节为纯吸收信号， 分辨率大为改善，使交叉峰的精细结构 显现出来，便于读取化学位移和偶合常 数。? 谱图特点：相敏COSY的对角峰为纯色散型，交叉峰是正负交替的纯吸收型。3J=8.00HzAMX体系的相敏COSY谱的交叉峰? 两个相位相反（一正一负）的圆圈之间的距离表示主动偶合常数，如JAX ? 两个相位相同（同为正或同为负）的圆圈之间 距离表示被动偶合常数，如JMX和JAM2, 3-二溴丙酸的相敏COSY谱HM HX HA C Br C Br COOH双量子滤波相关谱DQF－COSY(Double-Quantum Filtered COSY)抑制强峰?当有机化合物含有叔丁基、甲氧基等官能团或水时，其氢谱中出现强的尖锐单峰。在COSY谱中 这些强的单峰会影响周围的弱峰，使它们变得更 弱，甚至检测不到. ?磁等价的核间偶合不能产生多量子跃迁，叔丁基、甲氧基等官能团的质子是磁等价的，在谱图中只呈现单峰，水分子的两个质子也是磁等价的， 通过 DQF-COSY 实验，可滤掉这些磁等价的单峰 或使它们变弱。改善峰形? 在相敏COSY 谱中，交叉峰为吸收型，分辨清楚，但其对角线峰为色散型，对角线旁的交叉峰侧易受 干扰。 ? DQF-COSY 谱中对角线峰和交叉峰均为纯吸收型， 分辨率较高，有利于解析对角线附近的交叉峰 。相敏COSY和DQF-COSY的图形比较2D Gradient DQF-COSYCurrent Data Parameters NAME gbc35dqf EXPNO 2 PROCNO 1 F2 - Acquisition Parameters Date_ Time 4.01 INSTRUM DRX500 PROBHD 5 mm TBI 1H/ PULPROG cosydfetgp.2 TD 4096 SOLVENT Pyr NS 8 DS 16 SWH Hz FIDRES 0.933259 Hz AQ 0.5359376 sec RG 512 DW 130.800 usec DE 6.00 usec TE 288.0 K D0 0. sec D1 1. sec D11 0. sec D16 0. sec DELTA 0. sec DELTA1 0. sec IN0 0. sec l3 256 ============ CHANNEL f1 NUC1 1H P1 5.80 P2 11.60 PL1 -4.00 SFO1 500.1317609 ============= usec usec dB MHzppm 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.0 4.9 4.8 4.7 4.6 4.5 4.4 4.3 4.2 4.1 4.0 3.9 3.8 3.7 3.6 ppm============ GRADIENT CHANNEL ======== GPNAM1 sine.100 GPNAM2 sine.100 GPNAM3 sine.100 GPX1 0.00 % GPX2 0.00 % GPX3 0.00 % GPY1 0.00 % GPY2 0.00 % GPY3 0.00 % GPZ1 30.00 % GPZ2 10.00 % GPZ3 50.00 % P16 1000.00 usec F1 - Acquisition parameters ND0 1 TD 512 SFO1 500.1318 MHz FIDRES 7.465717 Hz SW 7.643 ppm FnMODE undefined F2 - Processing parameters SI 4096 SF 500.1300038 MHz WDW SINE SSB 2 LB 0.00 Hz GB 0 PC 0.20 F1 - Processing parameters SI 1024 MC2 echo-antiecho SF 500.1300038 MHz WDW SINE SSB 2 LB 0.00 Hz GB 0总相关谱(TOtal Correlation SpectroscopY TOCSY)? 如果在氢接力H,H-COSY谱的脉冲序列中增加接力的级数，偶合相关的传递将逐渐增加。? TOCSY谱就是通过特殊的脉冲序列，实现从一个氢核的谱峰 出发，可以找到与它处于同一偶合体系的所有氢核的相关 峰HA CA HB CB Hc CC Hd C He CTOCSY (TOtal Correlation SpectroscopY)t1?MLEV17?AQPulse sequence for a TOCSY spectrum.H1 H2 H3 H4 H H H HCOSYH1 H2 H3 H4 H H H HH1 H2 H3 H4 H H H HTOCSYHO C C C C H HO C C C C H HO C C C C HH-Relayed-COSY不同的混合时间给出不同接力程度的TOCSY谱 当混合时间很小时，TOCSY谱相当于COSY谱2D Gradient TOCSY, 混合时间10msCurrent Data Parameters NAME buttoc10 EXPNO 1 PROCNO 112 34ppm3-4 2-3 341.0231-221.5F2 - Acquisition Parameters Date_ Time 4.14 INSTRUM DRX500 PROBHD 5 mm TBI 1H/ PULPROG mlevetgp TD 1024 SOLVENT CDCl3 NS 8 DS 16 SWH Hz FIDRES 2.134096 Hz AQ 0.2345700 sec RG 16 DW 228.800 usec DE 6.00 usec TE 300.0 K D0 0. sec D1 1. sec D9 0. sec D11 0. sec D16 0. sec DELTA 0. sec DELTA1 0. sec FACTOR1 0 IN0 0. sec l1 0 l3 128 SCALEF 6 ============ CHANNEL f1 NUC1 1H P1 5.60 P2 11.20 P5 19.33 P6 29.00 P7 58.00 P17 2500.00 PL1 -4.00 PL10 10.00 SFO1 500.1310815 ============= usec usec usec usec usec usec dB dB MHz42.0H1 H2 H3 H4 HO C C C C H H H H H3.0 2.5============ GRADIENT CHANNEL ======== GPNAM1 sine.100 GPNAM2 sine.100 GPX1 0.00 % GPX2 0.00 % GPY1 0.00 % GPY2 0.00 % GPZ1 30.00 % GPZ2 30.00 % P16 1000.00 usec F1 - Acquisition parameters ND0 1 TD 256 SFO1 500.1311 MHz FIDRES 8.535453 Hz SW 4.369 ppm FnMODE undefined F2 - Processing parameters SI 1024 SF 500.1300144 MHz WDW SINE SSB 3 LB 0.00 Hz GB 0 PC 0.20 F1 - Processing parameters SI 1024 MC2 echo-antiecho SF 500.1300144 MHz WDW SINE SSB 3 LB 0.00 Hz GB 0相当于COSY谱 1 13.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 3.5ppm2D Gradient TOCSY, 混合时间50 20ms 1OH OH2 34ppm ppmCurrent Data Parameters Current Data Parameters NAME buttoc20 NAME buttoc50 EXPNO 1 1 EXPNO PROCNO 1 1 PROCNO F2 F2 - Acquisition Parameters - Acquisition Parameters Date_ Time 5.28 Time 16.43 INSTRUM DRX500 INSTRUM DRX500 PROBHD 5 mm TBI 1H/ PROBHD 5 mm TBI 1H/ PULPROG mlevetgp PULPROG mlevetgp TD TD SOLVENT CDCl3 SOLVENT CDCl3 NS NS 8 8 DS DS 16 16 SWH FIDRES 2.134096 Hz Hz FIDRES 2.134096 AQ AQ 0.2345700 sec 0.2343412 sec RG RG 16 18 DW DW 228.800 usec 228.800 usec DE DE 6.00 usec 6.00 usec TE TE 300.0 K K 300.0 D0 D0 0. sec 0. sec D1 D1 1. sec 1. sec D9 D9 0. sec 0. sec D11 0. sec D11 0. sec D16 0. sec D16 0. sec DELTA 0. sec DELTA 0. sec DELTA1 0. sec DELTA1 0. sec FACTOR1 1 4 FACTOR1 IN0 0. sec IN0 0. sec l1 l1 6 24 l3 l3 128 128 SCALEF 6 SCALEF 6 ============ CHANNEL f1 f1 ============= ============ CHANNEL ============= NUC1 1H NUC1 1H P1 5.60 usec P1 5.60 usec P2 11.20 usec P2 11.20 usec P5 19.33 usec P5 19.33 usec P6 29.00 usec P6 29.00 usec P7 58.00 usec P7 58.00 usec P17 2500.00 usec P17 2500.00 PL1 -4.00 dB usec PL1 -4.00 PL10 10.00 dB dB PL10 10.00 dB SFO1 500.1310815 MHz SFO1 500.1310815 MHz ============ GRADIENT CHANNEL ======== ============ sine.100 GRADIENT CHANNEL ======== GPNAM1 GPNAM1 sine.100 GPNAM2 sine.100 GPNAM2 sine.100 GPX1 0.00 % GPX1 0.00 GPX2 0.00 % % GPX2 0.00 GPY1 0.00 % % GPY1 0.00 GPY2 0.00 % % GPY2 0.00 GPZ1 30.00 % % GPZ1 30.00 GPZ2 30.00 % % GPZ2 30.00 % P16 1000.00 usec P16 1000.00 usec F1 - Acquisition parameters F1 - Acquisition parameters ND0 1 TD ND0 256 1 TD 256 SFO1 500.1311 MHz SFO1 500.1311 FIDRES 8.535453 Hz MHz 8.535453 Hz SW FIDRES 4.369 ppm SW 4.369 ppm FnMODE undefined1-4 1-3 1-22-4 3-4 2-3 2-3 2441.0 1.02331.5 1.5H1 H2 H3 H42.0 2.0H1 H2 HO H3 HC C C C H 4 HO C C C CH HH H HH OH 1 13.5 3.5 3.0 3.0 2.5 2.5 2.0 2.02.5 2.5H H H H 相当Relayed－COSY TOCSY1-21.5 1.53.0 3.03.5 3.5- Processing parameters F2 F2 - Processing parameters 1024 SI SI 0144 MHz SF SF 500.1300144 MHz WDW QSINE WDW SINE SSB SSB 2 4 0.00 LB LB 0.00 Hz Hz GB GB 0 0 0.20 PC PC 0.20 - Processing parameters F1 F1 - Processing parameters 1024 SI SI 1024 MC2 echo-antiecho MC2 echo-antiecho 500.1300144 MHz SF SF 500.1300144 MHz WDW QSINE WDW SINE SSB SSB 2 4 LB LB 0.00 0.00 Hz Hz GB GB 0 01-31.0 1.0 ppm ppmHO 3 (CH3)2CHO 1 O 6 2 O 4 5OH6N32D NOESY(Nuclear Overhauser Enhancements SpectroscopY)t1?mAQThe NOESY pulse sequence.―C ― ~ ―C ― Ha r?0.5nm 主要用于谱峰归属、结构的确定、立体构型及构象研究 Hb V?C*r-6,r?0.5nmGradient NOESYCurrent Data Parameters NAME cfynoesy EXPNO 1 PROCNO 1 F2 - Acquisition Parameters Date_ Time 8.53 INSTRUM DRX500 PROBHD 5 mm TBI 1H/ PULPROG noesygptp TD 1024 SOLVENT CDCl3 NS 8 DS 16 SWH Hz FIDRES 3.362818 Hz AQ 0.1488800 sec RG 64 DW 145.200 usec DE 6.00 usec TE 288.0 K D0 0. sec D1 1. sec D8 0. sec D16 0. sec d20 0. sec IN0 0. sec ============ CHANNEL f1 NUC1 1H P1 6.00 P2 12.00 PL1 -4.00 SFO1 500.1326379 ============= usec usec dB MHzppm3.53-CH3, 5-H4.04.5O1 H3C3CH34 65.0N78N5H5.5ON2N6.0============ GRADIENT CHANNEL ======== GPNAM1 sine.100 GPNAM2 sine.100 GPX1 0.00 % GPX2 0.00 % GPY1 0.00 % GPY2 0.00 % GPZ1 40.00 % GPZ2 -40.00 % P16 1000.00 usec F1 - Acquisition parameters ND0 2 TD 256 SFO1 500.1326 MHz FIDRES 13.451274 Hz SW 6.885 ppm FnMODE undefined F2 - Processing parameters SI 1024 SF 500.1300144 MHz WDW SINE SSB 2 LB 0.00 Hz GB 0 PC 0.20 F1 - Processing parameters SI 1024 MC2 TPPI SF 500.1300144 MHz WDW SINE SSB 2 LB 0.00 Hz GB 0CH36.57.07.57.57.06.56.05.55.04.54.03.58.0 ppm2NH3NHNOESY用于多肽 序列 的归属H11CH2O1 2CH2 O H H C N C3CH2 O C OH H H C N CH? H? 2H2N C H异核化学位移相关谱 HETCOR(Heteronuclear chemical shift correlation, 1H - 13C COSY)? 13C检测的异核化学位移相关谱(正向实验)：C, H-COSY（氢碳化学位移相关谱）COLOC（远程氢碳化学位移相关谱)? 1H检测的异核化学位移相关谱 (inverse实验)：HMQC 、 HSQC （氢碳化学位移相关谱）HMBC （远程氢碳化学位移相关谱)近程与远程碳氢相关谱的区别? 近程实验把1H核和与其直接相连的13C核关联起来。如： C, H-COSY、 HMQC 、HSQC。? 远程实验则是把1H核和远程偶合的13C核关联了起来，如：COLOC、HMBC。H1 H2 H3 H4H1 C1 C2 C3 C4―-C1 ――C2 ――C3_―C4 ―氢碳化学位移相关谱（ 1H-13C chemical shift correlation 1C, 13H-COSY ）CA s CB d CC t CD q t CE1H,13C-COSY谱特征(i) 横轴：F2轴 13C；纵轴：F1 轴 1H (ii) 无对角线峰 (iii) 交叉峰：氢与碳原子之间 的一键连接关系，季碳不 出交叉峰。 例如：HT-CEHS,HQ-CC, HE-CD,HP-CBHT (3H) HS(1H) HR (2H) HQ (1H) HP (1H) OH (1H)基本脉冲序列 :13CAQ1Ht1?1?2The standard pulse sequence for 13C-detected 1H-13C chemical shift correlation.1H,13C-COSY (异核相关)普通1H,13C-COSY 测定目的：确定(或归属)C和H之间的连接方式 归属方法：(i) 在1H核的信号得到归属情况下，进行13C核信号的 归属．(ii) 在13C核的信号得到归属情况下，进行1H核信号的 归属．?根据CD的类型或HR的积分数，CD可归属为一个 CH2．其连接方式如下：CD HR HR?CD核上所连接的两个氢 原子为等同的HR核?CC也可归属为一个CH2，但是两个氢核不等同． 其连接方式如下：C C HS HQ?CC核上所连接的两个氢原 子为不等同的HS和HQ核?对任何一个13C信号都不出现交叉峰的1H信号，可 能对应着OH或NH那样的1H核．一些特殊情况(i) 某个13C信号在３个相应的1H位置出现交叉峰时，可能存 在以下几种可能：C?１个非等价CH2的和１个CH 的13C信号重合．HA Cx HB Cy HCHA(1H)HB(1H)?３个CH的13C信号重合．Cx HA Cy HB Cz HCHC(1H)(ii) 某位置出现的1H信号与３个13C位置有交叉峰时，可以认为是 CAH2的1个氢，CBH2的1个氢以及CCH的1个氢的1H信号的重合．CAtCBtCCdHRHP(3H)CA H HQ CB HHQ(1H)HP重合信号HR(1H)CA H这些经验对谱的解释非常有用．C，H-COSY谱正相实验：检测碳信号 低灵敏度 耗时、 信号强度差 别不明显远隔1H,13C-COSY远隔H,C-COSY：long-rang H,C-COSY或称为COLOC．?目的：观察1H与2~3根化学键结合的13C的相关峰，确定(或归属)C和H之间的连接关系.* １个1H核与2~3根化学键结合的13C也显示交叉峰．因此，当 1H谱的归属达到一定程度时，本法对碳骨架的决定尤为重要． * COCLO通常与普通H,C-COSY组合使用．COLOC能够获得的信息相隔３根化学键的1H和13C是相关核，一般能够观察到交 叉峰的存在．因此本法可以获得以下信息：(i) 可以观测到以下结构中的相关交叉峰．H C H C C H C C C(ii) -OH和-NH的1H核通过杂原子可观测到与相关13C核 的交叉峰．C OH C NH C NHO C OCH3O C NCH3(iii) 四级碳也可观测到相应的交叉峰．例：化合物A箭头表示可能出 现相应的交叉峰CH3 C H O CBrCO CH3COLOC谱O H3 1 2O56H3C4HCH36 4正相试验： 注意点： 1、一、二、三 键 相关可能同时出现52 32、除甲基外，信号强弱变化不明显正向与反相实验的区别? C,H-COSY和COLOC谱是对13C采样的,因13C核灵敏 度比1H核低得多，测试样品多，累加时间长。 ? 把检测13C信号变为检测1H信号，将大大提高相关 谱的灵敏度。 ? 1H检测的异核化学位移相关谱实验称为反转实验（inverse实验）。反相实验?HMQC（1H检测的异核多量子相干实验）?HSQC（1H检测的异核单量子相干实验） ?HMBC（1H检测的异核多键相干实验）HMQC(Heteronuclear Multiple Quantum Coherence)? 薄荷醇的HMQC谱10 4 3 5 2 7 9 6 1 OH8HSQC(Heteronuclear Single Quantum Coherence) HSQC 与HMQC的谱图相同，都是显示1H 核和与其直接相连的13C核的相关峰，其作 用相应于C,H-COSY谱 。H1 H2 H3 H4―C1 ――C2 ――C3――C4 ―HSQC 与HMQC的比较? HSQC谱的F1域的分辨率比HMQC的高HSQC谱的不足之处是脉冲序列比HMQC复杂Sensitivity Enhanced Gradient HSQC 1 2 3 4ppm 10Current Data Parameters NAME buthsqc EXPNO 1 PROCNO 1 F2 - Acquisition Parameters Date_ Time 10.31 INSTRUM DRX500 PROBHD 5 mm TBI 1H/ PULPROG invietgpsi TD 1024 SOLVENT CDCl3 NS 1 DS 16 SWH Hz FIDRES 2.134096 Hz AQ 0.2345700 sec RG 2298.8 DW 228.800 usec DE 6.00 usec TE 300.0 K D0 0. sec D1 2. sec D4 0. sec D11 0. sec D13 0. sec D16 0. sec D24 0. sec DELTA 0. sec DELTA1 0. sec IN0 0. sec l3 256 ============ CHANNEL f1 NUC1 1H P1 5.60 P2 11.20 P28 2500.00 PL1 -4.00 SFO1 500.1310815 ============ CHANNEL f2 CPDPRG2 garp NUC2 13C P3 17.70 P4 35.40 PCPD2 89.00 PL2 -1.00 PL12 13.00 SFO2 125.7633722 ============= usec usec usec dB MHz ============= usec usec usec dB dB MHz415320 25 30235 40 45 50============ GRADIENT CHANNEL ======== GPNAM1 sine.100 GPNAM2 sine.100 GPX1 0.00 % GPX2 0.00 % GPY1 0.00 % GPY2 0.00 % GPZ1 80.00 % GPZ2 20.10 % P16 1000.00 usec F1 - Acquisition parameters ND0 2 TD 512 SFO1 125.7634 MHz FIDRES 27.126736 Hz SW 110.437 ppm FnMODE undefined F2 - Processing parameters SI 1024 SF 500.1300144 MHz WDW SINE SSB 2 LB 0.00 Hz GB 0 PC 0.20 F1 - Processing parameters SI 1024 MC2 echo-antiecho SF 125.7577969 MHz WDW SINE SSB 2 LB 0.00 Hz GB 0H1 H2 H3 H4155 60 65 ppmHO C C C C H H H H H3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0HMBC(Heteronuclear Multiple-Bond Correlation ）1Ht1AQ13CPulse sequence for HMBCH1 C1 C2 C3 C4H1 C1 X C2 C3C2, C3 and C4: Quaternary or protonated carbonsX: O, N用于季碳或自旋系统之间连接点的归属， 对应于COLOC谱Gradient HMBC 3 2 5 32 1 CDCl31ppm 30Current Data Parameters NAME cfyhmbc EXPNO 1 PROCNO 1 F2 - Acquisition Parameters Date_ Time 7.36 INSTRUM DRX500 PROBHD 5 mm TBI 1H/ PULPROG inv4gplrnd TD 1024 SOLVENT CDCl3 NS 4 DS 16 SWH Hz FIDRES 3.362818 Hz AQ 0.1488800 sec RG 11585.2 DW 145.200 usec DE 6.00 usec TE 300.0 K D0 0. sec D1 1. sec D6 0. sec D13 0. sec D16 0. sec IN0 0. sec ============ CHANNEL f1 NUC1 1H P1 6.00 P2 12.00 PL1 -4.00 SFO1 500.1326379 ============ CHANNEL f2 NUC2 13C P3 15.70 PL2 -2.00 SFO2 125.7693867 ============= usec usec dB MHz ============= usec dB MHzO1 H3C340 50 60CH34 6CDCl3N78N5H70 80 90 100 110 120 130O4N2NCH3============ GRADIENT CHANNEL ======== GPNAM1 sine.100 GPNAM2 sine.100 GPNAM3 sine.100 GPX1 0.00 % GPX2 0.00 % GPX3 0.00 % GPY1 0.00 % GPY2 0.00 % GPY3 0.00 % GPZ1 50.00 % GPZ2 30.00 % GPZ3 40.10 % P16 1000.00 usec F1 - Acquisition parameters ND0 2 TD 256 SFO1 125.7694 MHz FIDRES 82.064079 Hz SW 167.039 ppm FnMODE undefined F2 - Processing parameters SI 1024 SF 500.1300144 MHz WDW QSINE SSB 0 LB 0.00 Hz GB 0 PC 0.20 F1 - Processing parameters SI 512 MC2 QF SF 125.7577961 MHz WDW QSINE SSB 0 LB 0.00 Hz GB 0876 5140 150 160 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 ppm化学位移―偶合常数相关实验(2D J-Resolved Spectroscopy)? 同核二维J分解氢谱? 异核二维J分解碳谱同核二维J分解氢谱同核J-分辩实验图谱O H3 1 21H?O56H3C4HCH3H-3JH-2H-4异核二维J分解碳谱薄荷醇的异核二维J分解碳谱10 4 3 5 2 7 9 6 1 OH8波谱综合解析实例1：未知化合物D1结构解析D11664, =C-C=O3512, OH D1236.1761 , C15H24O2 . calc. 236.1776 u=4236D124 H 杂质J=7.0 J=6.5J=7.015 C 137.1, 135.9, C=C7201.4, -C=O76.8, -C-O714 14 12 1210 9 8 10 9 8 11 115 45 2 4 12 6 6 3 1 315 1513 13D14 CH3 3 CH2 5 CH 3 C14147 10 11 9 8 6542312 1 4 5a 7a 7b1035b8 (CD3)2CO9a 6 11 9b4123 11 9a 9b 6147b 8 5b 7a 5a102 1 45a 7b 7a 10 3 5b 8 9a6 11 9b14结构片段，分子中有15个碳，可能是倍半萜。341211 9b 9a685b 10 7b 7a5a2 1 4 5a7a 7b 10 5b386 9a 11 9b1 7 5 6 4 10 8H O9 12 111514 13 315H2O21 31441415137b 10 5b 31 7 5 6 46 9a 11 9bH O9 12 111510 814 13 38H2O1 7 5 6 42H O9 12 111510 814 13 312 117 10 9 8 65 42 31H2O1 45a7a 7b 10 5b 381 7 5 6 4 10 8H O9 12 11157141110 9865 42 3113 312H26 9a 11O9bOH1 7 5 6 4 10 8H O9 12 111514 13 311 127 10 9 8 65 42 31H2O14荜橙茄烷 cadinane类型的倍半萜1OH 97 5 10 12 11 8 4 6 14 13 15 3H2O1OH 97 5 10 12 11 8 4 6 14 13 15 3H2Od ddd d dddd ddd1035b7b7a5a4 121OH 97 5 10 12 11 8 14 13 15 3H2d d d dq d d46O9b119a68OH-H, 9? H,7H11H 8H10H, 5?HH H1 7 10 5 8O H12 11 9 15 13 14H4H6 2HO331411 9b 9a 685b 7b 7a 105a 41 2-H 111 -H2O 175+H 125 OH -H 218 H O19343 C15H24O2 Exact Mass: 236.1776 Mol. Wt.: 236.3499 C, 76.23; H, 10.24; O, 13.54n??* + CottonOn??* - CottonO???* -CottonO???* +CottonO150 100 50 0331 nm n??*CD-50 -100 -150 -200 -250205230255280305330355380251 nm ???*HO O H O OHOH O15OH10 8 6 1 5 3 11H14 12 13OD1晶体大小 0.15?0.15?0.40 mm ，属 orthorhombic 晶系，空间群为 P212121，晶胞体积：V=) ? 3，晶胞内分子数：Z=4。实例2. Lasalocid-A(拉沙里菌)放大谱中包括8个饱和次甲基中的 7个以及一个亚甲基AB的四重峰和甲 基 C4'' 的峰。 3.72ppm 附近的大尖的 四重峰来自于再结晶的溶剂 --乙醇的 CH2 共振 . 尽管综合这几页提供的数 据可以十分合理的推导其化学结构， 但是，为清楚起见，让我们以其真实 性作为出发点，以便准确无误地指认 其 1H 及 13C 谱。作完这些之后，当我 们从指认的 NMR 数据部分组建的各 结构片段组装在一起时，我们将构建 大部分真实结构。图示： C4''甲基 饱和次甲基 来自乙醇的CH2共振 大概是H－5共振 增宽的、聚合在一起OH共振 共振 可能有强耦合的重迭的次甲基 及亚甲基共振 这里，我们只简单分析一下1H 谱即已得知：对已知结构样品的谱，只要看一下1H 谱即可作出一 些明确的指认。对未知样品，从上谱中我们可知 除2.2PPM 附近的单线甲基之外，还有几种用类型 的详情。还得到二个相邻的芳羟质子。在前一页 的高场区扩展谱中也能清楚地看到 7个脂甲基，而 2.8PPM 处的重线双线可能是H－5 共振。而1.3.至2PPM 的区域可能是强偶合的亚甲基及次甲基峰重迭交缠在一起。图示其共振可能在70至84PPM间的次 甲基乙醇的CH2共振 可能是与氧相连的C16，C12， C8或C4的次甲基芳环次甲基C2 ‘，C3 ’.我们可观察到： ?～70 至84PPM 间有4 个次甲基（可能是与氧相联的）, ?两个环上的次甲基，相应于两个 上的质子, ?34PPM 与56PPM 间的四个次甲基, ?8 个甲基，正如从1H NMR 上可看到的。如果样品真是 LasalolidA，则也应如此 ?8 个亚甲基以及58PPM 附近来自乙醇的亚甲基.图示： 酮基即C6 羰基C6” 连氧的芳环碳C5’ 芳环次甲基C2’， C3’右图中可看到30PPM附近 三条亚甲基形成紧密的一 丛，同时35至39PPM间的 三条亚甲基，以及34.6和 35.3PPM处的两个次甲基 峰。研究一下总 谱的扩展谱 可得到更清 楚的图象。 下图的上部 有6 条低场 季碳峰及二 条芳香碳峰 。三个季碳 的化学位移 可明显地与 属于三个功 能团214PPM 的酮173PPM 处羰162PPM 处的 有氧的 芳环碳。至此我们已知： 分析1-D 13C 谱与编辑DEPT 谱并结合1H 谱可知如下功能： ?一个有四个取代基（其中之一是0）的苯环, ?一个酮基及一个羰基,?二个脂季碳,?8 个次甲基（其中4 个与0 相联）, ?8 个亚甲基,?8 个甲基（四个二类甲基，三个一类甲基，及一个单线甲基）.C34H50O? 谱分析的下一步是确定1H－13C 的直接联接.HSQC 的 一 个 最 有 用 的变量是提供相敏信 息 ， 由 CH2 位 显 示 的峰与CH 与CH3 峰 相反（同相对的反相 ） 。 就 此 而 言 HSQC 实验提供的信息 HTRCOR 及 DEPT 所 提 供的是等价的，但要 快得多，灵敏度高得 多。 小 结至此我们已知：除30PPM 附近的三个亚甲基外，从二张gHSQC 图可清楚地解出其 余所有的各峰。由至此所得之数据可以说，我们已向着阐明1H－13C 数据与所提出的结构相一致这一既定目标前进了一大步。至此，重要 的是应该认识到，得到的所有信息都可记录在案，这是因为gHSQC 编 辑谱十分有用，而不需化学家有特别的分析技巧。有了这些基本认识 ，到了我们享受利用所得的大量分子片段去严格地指认谱图及化合物结构的快感的时候了。让我们进入1 - D/2 - D 质子谱，着手确定其真实联接。但是， 这些数据也表明，对于拥挤的质子谱区还不能提清楚的质子共振峰指认。为指认谱中的重迭共振峰必须用其他实验得出独共振位置，即用与碳的相关（HSQC，HMBC）或在质子偶合网络内的相关(TOCSY, HSQCTOCSY).双量子相关谱（DQCOSY)我们可以充分利用HSQC所提供的 信息将1H 偶合网络分类。HSQC 告诉我们哪些质子成双成对。COSY 实验将进一步提供这类信 息。双量子相关谱方法（DQCOSY ）是一种将通过标量偶合的相关 质子的近邻偶合网络分类的常用 方法。该实验的一个十分有用之 处在于，利用反交叉峰测定真实 的1H－1H 偶合常数。图中标中 了二组指认。很容易看出，只要 有足够的数据分辩率或至少一个 质子的化学位移分得很开就能很 快得到 1H－1H 偶合即1H－1H 联接。但是，这些数据也表明，对于拥挤的质子谱 区还不能提清楚的质子共振峰指认。为指认 谱中的重迭共振峰必须对这种谱区进行去卷 积，即用其它实验得出独共振位Z，即用与 碳的相关（HSQC，HMBC）或在质子偶合 网络内的相关(TOCSY, HSQCTOCSY).在我们看lasalocid-A 的TOCSY 数据，须记住以下二点： ?HSQC 实验中提供的1H－13C 相关及C 的分类, ?DQCOSY 数据提供的1H 近邻偶合信息. 这一信息能帮助我们将各个1H 自旋网络装入分子片段。300MHZ 获 取的lasalocid-A 的化学位移缺乏足够的分辨率，使我们不容易共用同 核共振方法就能指认非振峰。利用下图所示的方法得到的一系列1D NMR 谱在获得大部分有用信息。 这里画出的一维双脉冲场梯度自旋器波（DFPGSE）TOCSY 用来说明 用TOCSY 实验可获得什么结构信息。这时，选择激发H－5 的1H 共振进 行1D 实验，所得的TOCSY 谱给出了与H－5 相关的1H 自施系统。对H－ 7 可进行类似的实验。大家不妨与前面的DQCOSY 实验中高场区复杂的 重迭的共振区比较一下，这里分析H－5 和H－7 自旋体系有多么容易直 观。 小结 下一部分，我们介绍其他功能强的技术以使 重 迭 的 1H 自 旋 偶 合 路 径 去 卷 积 。 GHSQCTOCSY 以 13C 的高分散度给出 1H － 1H 偶合信息，并为在Lasalocid-A 中1H 偶合 网络的完全指认提供了必要的分辨率。确定1H－13C 的直接联接及1H－1H 自旋系统异核单量子相干全相关谱 (HSQC-TOCSY)HSQC－TOCSY 实验将观测13C－1H 直接键合与观测1H 自旋体系结合在一起。 数据显示可按观测到的共振分为二类，如HSQC 实验中的直接13C－1H 相关，及接 力TOCSY 相关。后者表示质子和碳的化学位物处的1H－1H 相关。 Lasalocid-A 的gHSQCTOCSY 数据 下图是在噪声基面附近画面的，正如用gHSQC 数据所看到的，用gHSQCTOCSY 脉 冲序列进行谱编辑是常规方法。这时，谱编辑用来将观测到的共振分成以下两类：?与gHSQC 中完全相同的直接C－H 相关?得到接力TOCSY 响应，使能够获得有质子和碳的化学位散度质子－质子偶合。 在这张谱中红色的是C－H 直接相关， 黑的是表示质子－质子偶合的接力响应 。假设样品结构就是所示的lasalocid-A ，则H－5 是唯一一个能与近邻次甲基 及一个甲基偶合的质子。注意图中红框 内的红色响应。这是直接C－H 相关， 这在GHSOC 中也能看到。然而，红框 中的黑色峰也揭示了另二个碳的碳化位 移，而这二个碳上的质子是该H5 的偶 合近邻！这同一偶合信息也可从水平方 向在真实质子的化学位移处获得。这些 响应也可以前一幅图中看到，只要在 13C 一维的49PPM 处的C、H－5 的红 色C－H 直接响应处水平方向向左和向 右看即可。请注意：用这些信号得到的 结构片段与上一节依据2D DQCOSY 谱 及DPFGSE TOSCSY 1D 谱得到的联 接是完全相同的。图完全相同，只是在谱上 和结构式上标出了次甲基 的指认结果。仔细分析 gHSQCTOCSY谱的这一 小部分所能提供的信息就 可指认lasalicid-A中的大量 质子和碳的共振。但是， 你须记住，同时考虑所有 数据比一点儿一点儿的考 虑对于指认谱中共振或分 析化合物结构这种工作来 说要容易得多。重要之处在于应该认识到，由于GHSQC－TOCSY数据就已经能够定出 Lasalocid-A中除几个孤立自旋系统外的几乎所有系统。该图标出了至此尚未定出的 自旋系统图上部框出的区域 说明了用HSQCTOCSY 谱从 严重重迭的峰中分离出11a －11b 与15a－15b 系统清楚 地分开了，但是没有其他信 息当然还不能定出哪个是哪 个。在左下角的框中，CH2 （1）与CH2（2）也成为分 开的自旋系统。仔细审视一 下右下角最后一个框中的峰 ，可确立二个接力响应CH（ 3）和CH（2）。小结：gHSQC 与gHSQCTOCSY 的优点： 对于指认lasalocid-A 的谱情况，让我们回味一下编辑gHSQC 与gHSQCTOCSY 相 结合的能力。gHSQC 显示的是所有与质子链接的碳，其额外的好处是能提供与每 一个碳键合的质子的数目的信息。最后，这一节讨论的gHSQCTOCSY 实验使我们能 以1H 及13C 二种化学位移的分散度去解决所有可观测近邻偶合途径的问题。剩下 的问题是将这许多自旋系统组装起来。为此需用gHMBC 实验，它能显示1H 及13C 的多键联接。下面让我们进入gHMBC 部分，看一看怎样由远程JCH 偶合将这么多 自旋系统装配起来并完成所有第剩余指认工作。gHSQC 与gHSQCTDCSY 的优点：对于指认lasalocid-A 的谱情况，让我们回味一下编辑gHSQC 与gHSQCTOCSY 相结合 的能力。gHSQC 显示的是所有与质子链接的碳，其额外的好处是能提供与每一个 碳键合的质子的数目的信息。最后，这一节讨论的gHSQCTOCSY 实验使我们能以 1H 及13C 二种化学位移的分散度去解决所有可观测近邻偶合途径的问题。剩下的 问题是将这许多自旋系统组装起来。为此需用gHMBC 实验，它能显示1H 及13C 的 多键联接。下面让我们进入gHMBC 部分，看一看怎样由远程JCH 偶合将这么多自 旋系统装配起来并完成所有第剩余指认工作。确定1H 及13C 长程联接异核多重键相关（HMBC）由于我们主要是用有质子的间接检测技术，所以完全缺少含季碳的片段。现在到 了利用1H－13C长程相关（多重键）的时候了，以季碳为桥梁将已知结构片段连接。 对于化学家，一个处理复杂谱和结构分析的最强有力的工具之一是长程异核化学 位移相关实验。依照不同分子，常观测的是2JCH和3JCH。对于原子间有多重电子键合 途径的芳香旋、共轭化合物或环形系统，常观测4JCH。异核多键相关（HMBC）实验 便是获得通过长程偶合nJCH(n=2,3,4,或更下) 1H－13C的化学位移相关。由HMBC数 据可以看到，对214，173，162，144，134，100，86和72PPM处的季碳有很明显地 大量相关峰。当我们把已知的lasalocid-A的1H和13C谱相结合，大量相关峰能提供新 的以及重复的大量信息。请注意，观测到 的残余的1JCH成 为相应的13C化 学位移处的双峰。 这些信号十分有 用，作为帮助指 认过程的标记。 请注意H2’与羰 基C6”的4JCH以 及H3与C6’间的 4JCH。芳环系统与烷链的关系该图将同一芳环系统与烷链关 连起来。 请注意标为 H1a 及 H1b 二质子 。观测到的与 C1 、 C2 、和 C6 的相关不容质疑地定出这三个 质子及该亚甲基连接至芳环的 位置 。 2.2PPM 处的单峰 质子 H4” 有多个长程相关。最后， 还发现一对质子与C1有远程偶 合 ， 这 是 将 它 们 定 为 H2a 及 H2b的很好的根据。其余结构片段分析前二张图使我们能把CH2（2） 至芳环的所有峰的指认与结构定出。 我们将用GHMBC数据继续工作以连 接其余结构片段。 在214PPM处可看到酮基碳相关的例 子并提供我们一套有趣的相关数据。 其详情如下图所示： 与酮基碳有长程异核相关的结构片段 已标注在谱上及结构式中。这些数据 结合上一节中gHSQCTOCSY数据的 协同使用使我们能将两个主要的自旋 系统连在一起。用MERCURY 300谱 仪，对lasalocid-A样品，采集 gHMBC数据通过单独一个碳原子能 得到如此大量的结构信息，给人的印 象十分深刻。将几小段gHMBC数据 与前面提供的gHSQCTOCSY信息相 结合，我们就可以勿庸质疑地指认出 谱的主要部分及分子结构。季碳 仔细观察器碳谱、DEPT谱及结构式可 发现有二个脂肪烃季碳。它们出现在 碳谱的86和72PPM附近。gHMBC的 部分中以说明，长程质子碳相关实验 能清楚地发现这二个碳。想起这一点 真有意思：所有季碳（还有羰基碳） 也能在单独一套gHMBC数据中观测到 。 请注意，用MERCURY 300,对我们的 Lasalocid-A样品，从得到的很小一部 分gHMBC数据区就得到了大量的谱指 认的额外信息。实际上，这些峰指认 对于这套数据以及前面给出的 gHSQCTOCSY都是多余的重复的。环的闭合完成对Lasalocid-A的NMR谱指 认及结构测定的最后的重要步骤 是环的闭合。最终的gHMBC画 出的图将为六元环达到这一目标。小结： 利用至此所提供的数据，除了闭合五元五的连接以及在CDcl3溶液中观测交接增宽的 OH共振二点之外我们已能够建立Lasalocid-A的完整结构。 让我们进入最后的立体化学部分，看一看在这样一个复杂分子中的多个不对称中心建 立相对立体化学的聪明的有效的方法。我们已经看到，利用异核相 关技术，如gHSQCTOCSY和 gHMBC，来分析有重迭1H共 振的化合物有多方便。一旦 做好基本分析后，用几个选好的NOE或ROE常常可以确立相对立体化学结构。立即采 集所有NOE或ROE相互作用是 很成熟的技术。在这最后一 部分，我们想展示一下芳单 驱动的NOESY1D的妙用，而 这对Mercury NMR谱仪是常 规操作。图示：被激发 的H 选择激 发的H7 该图是选择H－5 的NOESY 1D实验 结果，将立体化学 分析结果延伸至碳 C－8。最后一张NOESY1D谱是选择甲 基C－16得到的。已经测到了足 够的NOE，已能完成对 Lasalocid-A的立体化学结构的分 析！ 这最后一张结构图只综合了4个 1D DPFGS NOESY1D即得到的 完全立体化学结构。 观测甲基C16a,H-8及H12的NOE 是完成我们的实例分子 Lasalocid-A的立体化学结构分析 的关键。最后，让我们看看我们的Lasalocid-A（C34H35O）看起来什么样！我们的实验计划： ?1-D 1H NMR 决定1H的数目，1H的化学位移，及1H－1H偶合 ?1-D 13C 和 DEPT 我们发现一个有四个取代基的苯环，一个酮基和一个羰基，二个脂烃季 碳，8个脂烃次甲基，8个亚甲基，以及8个甲基（4个二级甲基，三个一 级甲基，一个单线甲基）? C34H50O? ?gHSQC: 决定1H－12C连接（取消了灵敏度低的实验HETCOR和DEPT） ?DQCOSY, 1-D DPFGSE TOCSY 提供关于1H自旋系统及偶合网络的信息. ?gHSQC-TOCSY 决定1H－13C直接连接。对重迭的1H自旋路径去卷积。 ?gHMBC 查看1H－13C的长程连接 ?NOESY 1D 决定3维结构及立体化学 二维NMR谱原理及解析―汇集和整理大量word文档,专业文献,应用文书,考试资料,教学教材,办公文档,教程攻略,文档搜索下载下载,拥有海量中文文档库,关注高价值的实用信息,我们一直在努力,争取提供更多下载资源。