天大《有机波谱分析》 2D核磁共振谱2.ppt

LR-COSY4.3.2 异核化学位移相关谱 HETCOR (Heteronuclear chemical shift correlation, 1H - 13C COSY)• 1. C, H-COSY谱（氢碳化学位移相关谱 ） • 2. COLOC（远程氢碳化学位移相关谱) • 3. 1H检测的异核化学位移相关谱 (inverse实验） 1. C, H-COSY谱（氢碳化学位移相关谱） • F2域是宽带去偶的碳13C谱，F1域是氢谱 • 谱图没有对角峰 • 季碳不出交叉峰基本脉冲序列基本脉冲序列 : :13C1Ht112The standard pulse sequence for The standard pulse sequence for 1313C-detectedC-detected1 1H-H-1313C chemical shift correlation.C chemical shift correlation.AQ化合物6的二维C,H-COSY谱 2. COLOC（远程氢碳化学位移相关谱) • 在C,H-COSY谱中季碳原子不出现相关峰 • 确定分子骨架和推断结构很重要 • COLOC谱图形式类似于C, H-COSY谱 3. 1H检测的异核化学位移相关谱 • 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）包括： • 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） （1）HMQC (Heteronuclear Multiple Quantum Coherence)• 薄荷醇的HMQC谱 —C1 —C2 —C3—C4 —H1H2H3H4（2）HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence)HSQC HSQC 与与HMQCHMQC的谱图相同，的谱图相同， 都是都是显示显示1 1HH核和与其直接相连的核和与其直接相连的1313C C核的相关峰，核的相关峰， 其作用相应于其作用相应于C,H-COSYC,H-COSY谱谱 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 1 12 23 34 41 1 2 23 34 4Sensitivity Enhanced Gradient HSQCSensitivity Enhanced Gradient HSQC13C1Ht1AQC2, C3 and C4: Quaternary or protonated carbons X: O, NPulse sequence for HMBCPulse sequence for HMBC用于季碳或自旋系统之间连接点的归属，用于季碳或自旋系统之间连接点的归属， 对应于对应于COLOCCOLOC谱谱（3） HMBC (Heteronuclear Multiple-Bond Correlation HMBC 与HMQC的区别• HMQC是通过异核多量子相干实验把1H核 和与其直接相连的13C核关联起来。

• HMBC则是通过异核多量子相干实验把1H 核和远程偶合的13C核关联了起来，其作用 类似于COLOC谱 —C1 —C2 —C3—C4 —H1H2H3H4化合物9的HMBC谱 化合物10的HMBC谱 Gradient HMBCGradient HMBC1 12 23 35 51 14 43 3 2 25 56 67 78 8CDClCDCl3 3CDClCDCl3 34.3.3 二维接力相关谱(2D Relayed NMR Spectroscopy) • 常规的C, H-COSY和COLOC谱以及反转实 验一般可以解决大部分有机分子的碳骨架 连接问题，但有时候仍难以准确归属二 维接力相关谱是可以提供碳碳骨架信息有 用方法，它是C,H-COSY谱的延伸 • 它有两种实验方法：氢接力的C, H-COSY 谱和氢接力的H, H-COSY谱 (1) 氢接力的H, H-COSY谱（H-Relayed H, H-COSY） • 磁化矢量从HA转移到HB，再由HB转移到HC 的接力，可检测出通过二根键、三根键和四 根键连接的质子间的交叉峰 谷氨酸 的氢接力H, H-COSY谱 (p207)氢接力的C, H-COSY (H-Relayed C, H-COSY) • 磁化矢量从一个1H核（HA）磁化转移到邻位 的另一个1H核（HB）上，再通过HB把磁化 转移到与其相连的CB的磁化矢量上，称之 HA→HB→CB接力。

如果已确认了HA，就可 以通过HA指认邻位CB的化学位移 4.5 总相关谱(TOCSY谱) • 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因此，从理论上讲，随着级数的 不断增加，将显示自旋体系的全部相关峰但接力级数增加 ，灵敏度下降很快，检测时间也会变得越来越长，限制了接 力级数的增加 • 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 TOCSYTOCSY ( (TOTOtal tal C Correlationorrelation S SpectroscoppectroscopY Y) ) t1MLEV17AQPulse sequence for a TOCSY spectrum.不同的混合时间给出不同接力程度的不同的混合时间给出不同接力程度的TOCSYTOCSY谱谱 当混合时间很小时，当混合时间很小时，TOCSYTOCSY谱相当于谱相当于COSYCOSY谱谱COSYCOSYH-Relayed-COSYH-Relayed-COSYTOCSYTOCSY2D Gradient TOCSY, 2D Gradient TOCSY, 混合时间10ms 相当于相当于COSYCOSY谱谱1 1 2 23 34 41 12 2 3 34 41-21-22-32-33-43-41 12 23 34 42D Gradient TOCSY, 2D Gradient TOCSY, 混合时间20ms1 1 2 23 34 41 12 2 3 34 41-21-22-32-33-43-41-31-32-42-4相当相当RelayedRelayed－－COSYCOSYOHOHOHOH1-21-21-31-31 12 23 34 42D Gradient TOCSY, 2D Gradient TOCSY, 混合时间50ms1 1 2 23 34 41 12 2 3 34 41-21-22-32-33-43-41-31-32-42-41-41-4TOCSYTOCSYOHOHOHOH化合物6的TOCSY谱 4.4 多量子二维核磁共振谱 • 2D INADEQUATE实验 (确定13C-13C连接 ） •1H检测的2D INEPT-INADEQUATE实验 4.4.1 2D INADEQUATE实验• 二维INADEQUATE实验是目前13C谱归属的最有 效的方法。

但由于13C的天然丰度只有1.1﹪,两个 核相连的几率只有万分之一，使INADEQUATE实 验的灵敏度很低即使样品浓度很大（100mg以 上），实验累加时间仍然很长（2天） • 二维INADEQUATE谱有两种形式第一种形式F2 域为碳原子的化学位移，F1域为双量子跃迁频率 ，相互偶合的两个碳原子作为一对双峰排列在平 行与F2域的同一水平线上另一种形式是F1与F2 域皆为13C的化学位移，谱图类似于H,H-COSY谱 ，但无对角峰1－丁醇的 2D INADEQUATE实验 薄荷醇的2D INADEQUATE谱 4.4.2 1H检测的2D INEPT-INADEQUATE实验 • 2D INADEQUATE谱因灵敏度低、样品浓度大 、实验累加时间长等缺点，使其应用受到很大 限制近年来，以INADEQUATE为基础发展 了一些新实验方法，以提高灵敏度如通过极 化转移和检测1H的方法，使灵敏度有较大提高 的2D INEPT-INADEQUATE实验 • INADEQUATE谱的最大优点：谱图无对角线峰， 不存在对角峰掩盖邻近的交叉峰的问题，图面 干净薄荷醇的1H检测的2D INEPT-INADEQUATE谱 2D 2D NOESY NOESY ( (N Nuclear uclear OOverhauser verhauser E Enhancements nhancements S SpectroscoppectroscopY Y) )t1mAQThe NOESY pulse sequence.—C — ~ —C —HaHbVC*r -6, r0.5nmr0.5nm主要用于谱峰归属、结构的确定、立体构型及构象研究主要用于谱峰归属、结构的确定、立体构型及构象研究3-CH3, 5-H3-CH3, 5-HGradient NOESYGradient NOESYNOESYNOESY用于用于 多肽序列多肽序列 的归属的归属23H1231321NHNHNHNHHH HH Spin-lock90°t1t22D ROESY2D ROESY实验脉冲序列实验脉冲序列NOESY谱峰强度与分子在溶液中的相关时间c有关。

对于c1/0 (0为Lamar进动频率)即分子量较小的分子，NOE的强度降至零，此时可用ROESY实验代替NOESY实验ROESY与NOESY的不同在于ROE强度总是随相关时间增加而增加 梯度场被广泛的应用在核磁共振实验,其特点是:- 消除额外干扰信号而增加动态范围.- 节省时间(不在需要相位循环)- 减少信号干扰( t1-噪音)- 提高谱图质量.4.5 磁场梯度(Magnetic Field Gradients)同性均匀磁场 在外磁场施加一个Z方向的梯度场zB0uvzxyzB0uv+++++zGzzxy由于所处不同平面位置的原子核将感受到不同的磁场而磁化矢量具有不同的旋转频率,从而 形螺旋状,其螺矩取决于梯度场的强度.zB0uv+++++zGzzxy梯度场MRI/NMR imaging叠加在主磁场上的梯度场使原子 核的共振频率成为空间的涵数. 在核磁成象(MRI)实验中,磁化矢 量是在梯度场打开的情况下检测 的.所以MRI谱图给出频率的分布 .每一频率层表明样品中的不同 位置而其强度表明具有相同频率 原子核的数量. (Reproduced from Ernst et al. Principles Of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions, Oxford University Press)梯度场成象人脑成像zimage planeyFlow measurements由于在梯度场中,分子扩散的运 动是杂乱无章的所以随梯度场 间时间增加而使回波强度减弱. 但如果迫使溶液流动,从被调制 的回波便可测定流动的缩短.zGzxyzGzxyflow此法可用在测量动脉血管中 血的流动速度.归属谷氨酸化合物各氢和碳的化学位移 HMQC HMBC某化合物的分子式为C10H7OBr ， 某化合物的分子式为C6H10O 。