清華波譜課件第四章-2

1、4.3 二維核磁共振譜概述二維核磁共振譜概述4.3.1 什么是二維核磁共振譜？什么是二維核磁共振譜？一維核磁共振譜：一維核磁共振譜：時疇信號（時疇信號（FID信號）信號）FT頻疇譜（峰強度頻疇譜（峰強度 vs 頻率）頻率）二維核磁共振譜：二維核磁共振譜： 是有兩個時間變量，經(jīng)兩次傅利葉變換得到是有兩個時間變量，經(jīng)兩次傅利葉變換得到的兩個獨立的頻率變量的譜圖。一般用第二個時的兩個獨立的頻率變量的譜圖。一般用第二個時間變量間變量 t2 表示采樣時間，第一個時間變量表示采樣時間，第一個時間變量 t1 則是則是與與 t2 無關(guān)的獨立變量，是脈沖序列中的某一個變無關(guān)的獨立變量，是脈沖序列中的某一個變化的

2、時間間隔?；臅r間間隔。預(yù)備期預(yù)備期 (preparation period)：是一個較長的時期，它：是一個較長的時期，它使實驗前體系能回復(fù)到平衡狀態(tài)。使實驗前體系能回復(fù)到平衡狀態(tài)。演化期演化期 (evolution period, t1)：在：在t1開始時由一個或幾個開始時由一個或幾個脈沖使體系激發(fā)，使之處于非平衡狀態(tài)。脈沖使體系激發(fā)，使之處于非平衡狀態(tài)。 t1是變化的。是變化的?；旌掀诨旌掀?(mixing period, tm)：建立信號檢出的條件?；欤航⑿盘枡z出的條件?；旌掀谟锌赡懿淮嬖凇：掀谟锌赡懿淮嬖?。檢測期檢測期 (detection period, t2)：以通常方式檢出：以

3、通常方式檢出FID信號。信號。預(yù)備期預(yù)備期演化期演化期混合期混合期檢測期檢測期t1tmt2delay4.3 二維核磁共振譜概述二維核磁共振譜概述4.3.2 二維核磁共振時間軸方塊圖二維核磁共振時間軸方塊圖 2t1 2 1S(t1, t2)S(t1, 2)S( 1, 2)FTFTt2t11）J分辨譜（分辨譜（J resolved spectroscopy） 也叫也叫J譜或譜或 -J譜，它把譜，它把 和耦合作用分辨開來。和耦合作用分辨開來。2）化學(xué)位移相關(guān)譜（）化學(xué)位移相關(guān)譜（Chemical shift correlation spectroscopy）也叫）也叫 - 譜，是二維核磁共振譜的核心

4、譜，是二維核磁共振譜的核心。3）多量子譜（）多量子譜（Multiple quantum spectroscopy） 用脈沖序列檢測出多量子躍遷，得到的多量子二維譜用脈沖序列檢測出多量子躍遷，得到的多量子二維譜。4.3.4 二維核磁共振譜的表現(xiàn)形式二維核磁共振譜的表現(xiàn)形式1）堆積圖（）堆積圖（stacked trace plot）2）等高線圖（）等高線圖（contour plot）3）其它）其它4.3 二維核磁共振譜概述二維核磁共振譜概述4.3.3 二維核磁共振譜的分類二維核磁共振譜的分類4.4 J分辨譜分辨譜同核同核J譜譜180 x90 xt1/2t1/2AQT1Ht2同核同核J譜的脈沖序列譜

5、的脈沖序列AX體系的體系的信號強度信號強度 J 調(diào)制調(diào)制xy 2= A+J/2 1= A-J/2 1 2 2 1xy 2 1 = ( + Jt1) = ( - Jt1)橫向磁化矢量與橫向磁化矢量與y軸的夾角軸的夾角 ：+2 ( A+J/2)t2+2 ( A-J/2)t24.4 J分辨譜分辨譜AX3體系體系J譜譜 A X 2 1JAX體系體系J譜譜 A X 2 1JAX2體系體系J譜譜4.4 J分辨譜分辨譜4.5 異核位移相關(guān)譜異核位移相關(guān)譜 （Heteronuclear Shift Correlation Spectroscopy）4.5.1 H, C-COSY (HETCOR)90 x去耦去

6、耦 ona bcde90 xf2t1 AQThig180 90 x1H13CH, C-COSY譜脈沖序列譜脈沖序列2t1g2J1t2相當于一整套選擇性去耦譜。相當于一整套選擇性去耦譜。xy H+J/2 H-J/2 HH, C-COSY原理（原理（CH體系，體系，1H）xy H+J/2 H-J/2 H(c)xy H-J/2 H+J/2 H(d)(e)2H t1xy H+J/2 H-J/2 H(f)2H t1+2H /(2J)+ /22H t1+2H /(2J)- /2xy(g)H, C-COSY原理（原理（CH體系，體系，13C）zxy(a-c)M0zxy(i)zxy(h)(d-f)zxy(g)

7、zxy類似于類似于INEPT一般取一般取 =1/3JSPI從從(i)開始對氫去耦，開始對氫去耦，13C譜線強度被譜線強度被 H所調(diào)制所調(diào)制長程耦合的（異核位移）相關(guān)譜長程耦合的（異核位移）相關(guān)譜 (Heteronuclear shift correlation spectroscopy via long range coupling)90 x去耦去耦 on90 x2t1 2AQT180 90 x1H13CCOLOC譜脈沖序列譜脈沖序列 1 -2t1t2180 4.5 異核位移相關(guān)譜異核位移相關(guān)譜 （Heteronuclear Shift Correlation Spectroscopy）4.5

8、.2 COLOC譜譜(H8,C3)(H6,C7)(H2,C7)(H7,C2)(H7,C6)(H5,C1)(H5,C4)(H5,C3)(H6,C4)(H2,C4)(H2,C3) 最常用的位移相關(guān)譜。最常用的位移相關(guān)譜。 1H-1H COSY實驗相當于做一系列連續(xù)選擇性去耦實驗去實驗相當于做一系列連續(xù)選擇性去耦實驗去求得耦合關(guān)系，用以確定質(zhì)子之間得連接順序。求得耦合關(guān)系，用以確定質(zhì)子之間得連接順序。4.6 同核位移相關(guān)譜同核位移相關(guān)譜 （Homonuclear Shift Correlation Spectroscopy）AQT90 xCOSY譜脈沖序列譜脈沖序列t290 xt14.6.1 COS

9、Y A X X AF1F2AX體系體系COSY譜示意圖譜示意圖對角峰對角峰自交叉峰自交叉峰交叉峰交叉峰4.6 同核位移相關(guān)譜同核位移相關(guān)譜 （Homonuclear Shift Correlation Spectroscopy）4.6.1 COSYC=C-O-CH2-CH2-CH2-CH3HHH4.6.2 相敏相敏COSY（Phase sensitive COSY）作用：通過相循環(huán)等方法，消除交叉峰的色散分量，作用：通過相循環(huán)等方法，消除交叉峰的色散分量，提高分辨率，便于讀取耦合常數(shù)。提高分辨率，便于讀取耦合常數(shù)。AXM 1 2說明：說明：（1）交叉峰為純吸收峰，對角）交叉峰為純吸收峰，對角線

10、峰為色散吸收；線峰為色散吸收；（2） 和和 分別代表正、負吸分別代表正、負吸收信號；收信號；（3）圓圈的面積代表峰的強度；）圓圈的面積代表峰的強度；（4）粗線標注主動耦合，細線）粗線標注主動耦合，細線標注被動耦合。主動耦合即交標注被動耦合。主動耦合即交叉峰所對應(yīng)的兩個核組之間的叉峰所對應(yīng)的兩個核組之間的耦合，所產(chǎn)生的一對峰是異號耦合，所產(chǎn)生的一對峰是異號的；而被動耦合產(chǎn)生的一對峰的；而被動耦合產(chǎn)生的一對峰是同號的。是同號的。4.6.3 COSY-45（ -COSY）減小減小COSY脈沖序列中第二個脈沖的寬度，使脈沖角脈沖序列中第二個脈沖的寬度，使脈沖角度為度為 度，較多使用度，較多使用45 。

11、優(yōu)點：優(yōu)點：（1）對角線）對角線峰沿對角線的寬度降低，有利于發(fā)現(xiàn)強峰沿對角線的寬度降低，有利于發(fā)現(xiàn)強耦合體系之間的相關(guān)峰；耦合體系之間的相關(guān)峰；（2）從）從COSY-45可判別耦合常數(shù)的符號。譜中任意可判別耦合常數(shù)的符號。譜中任意一個交叉峰含兩個緊靠的矩形（它們共同形成一個交一個交叉峰含兩個緊靠的矩形（它們共同形成一個交叉峰），通過稍下的矩形中心往稍上的矩形中心連線，叉峰），通過稍下的矩形中心往稍上的矩形中心連線，可得到一傾斜的箭頭。箭頭指向左上為正，箭頭指向可得到一傾斜的箭頭。箭頭指向左上為正，箭頭指向右上為負。右上為負。AMXCOSYCOSY-45BrBrCOOHHXHAHM4.6.4 1

12、方向去耦的方向去耦的COSY90 x90 x2t1AQT 1方向去耦方向去耦COSY的譜脈沖序列的譜脈沖序列 1 -2t1t2180 1方向的氫譜是去耦的，僅顯示一個個孤方向的氫譜是去耦的，僅顯示一個個孤立的單峰，則立的單峰，則COSY中的交叉峰不再呈現(xiàn)中的交叉峰不再呈現(xiàn)矩形外觀，而是被矩形外觀，而是被“壓壓”成一條條水平狀成一條條水平狀的交叉峰，其結(jié)果是大大增加了的交叉峰，其結(jié)果是大大增加了 1方向的方向的分辨率。分辨率。4.6.4 優(yōu)化長程耦合的優(yōu)化長程耦合的COSY(COSY optimised for long range couplings, COSYLRLong range COS

13、Y, LRCOSY)90 x90 xt1 AQTCOSYLR的脈沖序列的脈沖序列 t24.6.4 雙量子濾波雙量子濾波COSY(Double-quantum filter COSY, DQF-COSY)優(yōu)點：優(yōu)點：（1）抑制強峰。包括化合物固有的強峰（如叔）抑制強峰。包括化合物固有的強峰（如叔丁基、甲氧基）和溶劑峰；丁基、甲氧基）和溶劑峰；（2）峰形改善（與相敏）峰形改善（與相敏COSY相比）。對角線相比）。對角線峰和交叉峰均為吸收型。峰和交叉峰均為吸收型。90 90 xt1AQTDQF-COSY的譜脈沖序列的譜脈沖序列t290 環(huán)五肽樣品的相敏環(huán)五肽樣品的相敏COSY（左）和（左）和DQF-

14、COSY（右）（右）4.7 NOE類二維核磁共振譜類二維核磁共振譜 （Homonuclear Shift Correlation Spectroscopy）4.7.1 NOESY二維二維NOE(Nuclear Overhauser effect spectroscopy)90 x90 xt1AQTNOESY的脈沖序列的脈沖序列t2 90 xNOESY(H-3,H-2)4.8 接力類位移相關(guān)譜和總相關(guān)譜接力類位移相關(guān)譜和總相關(guān)譜4.8.1 接力的同核位移相關(guān)譜接力的同核位移相關(guān)譜 （Relayed COSY, RCOSY)AXMM 1 2AXJAM, JMX不為不為0，JAX為為0；JAM, J

15、MX不為不為0，JAX為為0； M = M 4.8.2 異核接力相關(guān)（異核接力相關(guān)（ H-C RCOSY)4.8.3 總相關(guān)譜總相關(guān)譜 ( Total correlation spectroscopy, TOCSY)TOCSY譜是從譜是從COSY往往RCOSY的進一步延伸。的進一步延伸。從某一氫核的譜峰出發(fā)，能找到與它處在同一耦從某一氫核的譜峰出發(fā)，能找到與它處在同一耦合體系的所有氫核譜峰的相關(guān)峰（盡管所討論的合體系的所有氫核譜峰的相關(guān)峰（盡管所討論的氫核和若干氫核之間的耦合常數(shù)可能為零）。氫核和若干氫核之間的耦合常數(shù)可能為零）。90 x mt1AQTTOCSY的譜脈沖序列的譜脈沖序列t2等頻

16、混合期等頻混合期環(huán)五肽樣品的環(huán)五肽樣品的DQF-COSY（左）和（左）和TOCSY（右）（右）4.9 多量子二維核磁共振譜多量子二維核磁共振譜4.9.1 2D INADEQUATE (Incredible natural abundant double quantum transfer experiment)1D4.10 檢出檢出1H的異核位移相關(guān)譜的異核位移相關(guān)譜HMQC: 檢出檢出1H的異核多量子相干的異核多量子相干 (1H-detected heteronuclear multiple-quantum coherence)優(yōu)點：相當于優(yōu)點：相當于H, C-COSY, 但樣品用量少；但樣品

17、用量少；缺點：缺點：F1方向的分辨率低（原因：數(shù)據(jù)點少、會顯示方向的分辨率低（原因：數(shù)據(jù)點少、會顯示1H- 1H裂分）裂分）HSQC: 檢出檢出1H的異核單量子相干的異核單量子相干 (1H-detected heteronuclear single-quantum coherence)優(yōu)點：不顯示優(yōu)點：不顯示1H- 1H裂分裂分4.10.1 HMQC和和HSQC環(huán)五肽樣品的環(huán)五肽樣品的HMQC（左）和（左）和HSQC（右）（右）4.10.2 HMBCHMBC: 檢出檢出1H的異核多鍵相干的異核多鍵相干 (1H-detected heteronuclear multiple-bond corre

18、lation)優(yōu)點：相當于長程優(yōu)點：相當于長程H, C-COSY或或COLOC, 但樣品用但樣品用量少；量少；缺點：缺點：F1方向的分辨率低方向的分辨率低4.10 檢出檢出1H的異核位移相關(guān)譜的異核位移相關(guān)譜ppm3.54.04.55.05.56.06.57.07.58.0ppm30405060708090100110120130140150160Current Data ParametersNAME cfyhmbcEXPNO 1PROCNO 1F2 - Acquisition ParametersDate_ 20001103Time 7.36INSTRUM DRX500PROBHD 5 mm

19、 TBI 1H/PULPROG inv4gplrndTD 1024SOLVENT CDCl3NS 4DS 16SWH 3443.526 HzFIDRES 3.362818 HzAQ 0.1488800 secRG 11585.2DW 145.200 usecDE 6.00 usecTE 300.0 KD0 0.00000300 secD1 1.50000000 secD6 0.07000000 secD13 0.00000300 secD16 0.00050000 secIN0 0.00002380 sec= CHANNEL f1 =NUC1 1HP1 6.00 usecP2 12.00 usecPL1 -4.00 dBSFO1 500.1326379 MHz= CHANNEL f2 =NUC2 13CP3 15.70 usecPL2 -2.00 dBSFO2 125.7693867 MHz= GRADIENT CHANNEL =GPNAM1 sine.100GPNAM2 sine.100GPNAM3 sine.100GPX1 0.00 %GPX2 0.00 %GPX3 0.00 %GPY1 0.00 %GPY2 0.00 %GPY3 0.00 %GPZ1 50.00 %GPZ2 30