2D核磁共振谱.

第四章2D核磁共振谱二维核磁共振谱的基本原理常用的2DNMR实验方法及用途结构解析4.1二维核磁共振谱的基本原理一维核磁共振：一个脉冲过后，就立即进行数据采集，得到FID(自由感应衰减，FreeInducedDecay)信号只是一个频率的函数，可表示为S（F）。二维核磁共振：一个脉冲过后，经过一段时间的延迟再进行下一个脉冲，才开始数据采集，这样会得到自旋核之间一些有用的信息。二维NMR实验的脉冲序列预备期（preparation）演化期t1（evolution)(混合期τm)检测期t2(dataacquisition)预备期D1：使自旋体系恢复Boltzmann分布，处于初始热平衡状态。理论上应取D1≥5T1（T1为纵向弛豫时间），但为节省时间，实验中一般取D1=（2～3）T1。演化期t1：在预备期末，施加一个或多个90o脉冲，使系统建立非平衡状态。演化时间t1是以某固定增量△t1为单位，逐步延迟t1。每增加一个△t1，其对应的核磁信号的相位和幅值不同。混合期tm：由一组固定长度的脉冲和延迟组成。检测期t2：在检测期t2期间采集的FID信号是F2域的时间函数二维核磁共振的关键是引入了第二个时间变量：演化期t1。通过检测期可以记录演化期t1内核自旋的行为：获得的信号表示成两个时间变量t1和t2的函数S（t1，t2），再经两次Fourier变换，一次对t1，一次对t2，得到以两个频率为函数的二维核磁共振谱S（F1,F2）。4.2二维核磁共振谱的表现形式堆积图等高线图断面图投影图CHCL3的H,H-COSY谱(A)堆积图(B)等高线图102030405060102030405060F1F2F1F2断面图：从二维图中取出某一个谱峰作垂直截面而表现出的谱图。这种图易于准确读取偶合常数。投影图：一维谱形式，相当于宽带质子去偶的氢谱，用来准确读取化学位移值。(a)部分1H-NMR谱(b)堆积图(c)投影图(d)断面图4.32DNMR谱的分类J分解谱化学位移相关谱多量子谱多量子谱通常所测定的核磁共振谱为单量子跃迁（△m=±1）。用特定的脉冲序列可以检测出多量子跃迁，得到多量子跃迁的二维核磁共振谱。4.3.1二维J分解谱二维J分解谱一般不提供比一维NMR谱更多的信息，只是将谱峰的化学位移和偶合常数分别在两个不同的坐标轴上展开，便于解析复杂谱峰的偶合常数。同核二维J分解氢谱异核二维J分解碳谱紫草素的部分1H-NMR谱和二维J分解氢谱断面图（1）同核二维J分解氢谱用二维J分解氢谱有一个前提条件，即谱图必须属于一级谱，才能清楚地显示各峰形某ABX体系的二维J分解氢谱(a)200MHz(b)600MHz（2）异核二维J分解碳谱薄荷醇的异核二维J分解碳谱OH234567891014.3.2二维相关谱2DCOSY二维化学位移相关谱是二维核磁共振谱的核心，它表明核磁共振信号的相关性。氢－氢化学位移相关谱(H,H-COSY)氢－碳化学位移相关谱(H,C-COSY)二维接力相关谱2DRELAYED总相关谱(TOCSY谱)(1)氢-氢相关谱H,H-COSY（同核相关）CCHHHVicinalGeminalAX自旋体系的H,HCOSY示意图vAvAvXvAF1F2交叉峰对角峰δδ谷氨酸的H,H-COSY谱（500MHZ）4CH(2)CH(2)CH2(4)CH2(3)CH2(4)CH2(3)4.003.803.603.403.203.002.802.602.402.20ppmF2F1HOOCCHNH2CH2CH2COOH12345ppm2.202.402.602.803.003.203.403.603.804.00OCH3CO2CH3HOAcHNOHHO123456789OH(2)碳-氢化学位移相关（C,H-COSY,异核相关）(A)HSQC——获得C-H直接相连信息薄荷醇的HMQC谱OH23456789101—C1—C2—C3—C4—H1H2H3H4（B）HMQC（1H检测的异核单量子相干实验）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，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AQC1C2C3C4H1C1XC2C3H1用于季碳或自旋系统之间连接点的归属，对应于COLOC谱，间接建立C-C间的关联（C）HMBC(1H检测的异核多键相干实验）NOO12345678910109OHHOHO12345678910111213141516171819202122232425293026272810ppm3.54.04.55.05.56.06.57.07.58.0ppm30405060708090100110120130140150160CurrentDataParametersNAMEcfyhmbcEXPNO1PROCNO1F2-AcquisitionParametersDate_20001103Time7.36INSTRUMDRX500PROBHD5mmTBI1H/PULPROGinv4gplrndTD1024SOLVENTCDCl3NS4DS16SWH3443.526HzFIDRES3.362818HzAQ0.1488800secRG11585.2DW145.200usecDE6.00usecTE300.0KD00.00000300secD11.50000000secD60.07000000secD130.00000300secD160.00050000secIN00.00002380sec============CHANNELf1=============NUC11HP16.00usecP212.00usecPL1-4.00dBSFO1500.1326379MHz============CHANNELf2=============NUC213CP315.70usecPL2-2.00dBSFO2125.7693867MHz============GRADIENTCHANNEL========GPNAM1sine.100GPNAM2sine.100GPNAM3sine.100GPX10.00%GPX20.00%GPX30.00%GPY10.00%GPY20.00%GPY30.00%GPZ150.00%GPZ230.00%GPZ340.10%P161000.00usecF1-AcquisitionparametersND02TD256SFO1125.7694MHzFIDRES82.064079HzSW167.039ppmFnMODEundefinedF2-ProcessingparametersSI1024SF500.1300144MHzWDWQSINESSB0LB0.00HzGB0PC0.20F1-ProcessingparametersSI512MC2QFSF125.7577961MHzWDWQSINESSB0LB0.00HzGB0NNNNOOCH3CH3H3CH13528764GradientHMBC123514325678CDCl3CDCl3HMBC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—H1H2H3H4C1C2C3C4H1(3)2DNOESYA—C—~—C—HaHb主要用于谱峰归属、结构的确定、立体构型及构象研究F1，F2轴都是质子的化学位移ppm3.54.04.55.05.56.06.57.07.5ppm3.54.04.55.05.56.06.57.07.58.0CurrentDataParametersNAMEcfynoesyEXPNO1PROCNO1F2-AcquisitionParametersDate_20001103Time8.53INSTRUMDRX500PROBHD5mmTBI1H/PULPROGnoesygptpTD1024SOLVENTCDCl3NS8DS16SWH3443.526HzFIDRES3.362818HzAQ0.1488800secRG64DW145.200usecDE6.00usecTE288.0KD00.00000300secD11.60000002secD80.40000001secD160.00010000secd200.19890000secIN00.00014520sec============CHANNELf1=============NUC11HP16.00usecP212.00usecPL1-4.00dBSFO1500.1326379MHz============GRADIENTCHANNEL========GPNAM1sine.100GPNAM2sine.100GPX10.00%GPX20.00%GPY10.00%GPY20.00%GPZ140.00%GPZ2-40.00%P161000.00usecF1-AcquisitionparametersND02TD256SFO1500.1326MHzFIDRES13.451274HzSW6.885ppmFnMODEundefinedF2-ProcessingparametersSI1024SF500.1300144MHzWDWSINESSB2LB0.00HzGB0PC0.20F1-ProcessingparametersSI1024MC2TPPISF500.1300144MHzWDWSINESSB2LB0.00HzGB0NNNNOOCH3CH3H3CH135287643-CH3,5-HNOESY用于多肽序列的归属2H123CH2CH2NCHNOHCCHCH2ONHCCH2CHOHO1321NHNHHH