二維核磁共振譜-20150930-1014

1、二維核磁共振譜二維核磁共振譜Two dimension nuclear magnetic resonance, 2DNMR2DNMR1971年Jeener 首先提出 2DNMR 思想: 具有兩個時間變量的nmr1976年 Ernst小組成功實現(xiàn)了2DNMR實驗后，確定了二維核磁共振的理論基礎20世紀80年代：2DNMR加速發(fā)展用途： 解析復雜有機分子最有力的工具；溶液中分子的三維空間結構的測定；分子動態(tài)過程的研究：多維NMR技術：研究生物大分子（蛋白質、核酸等）最有效的方法將化學位移、偶合常數(shù)等核磁共振參數(shù)展開在二維平面上，這樣將化學位移、偶合常數(shù)等核磁共振參數(shù)展開在二維平面上，這樣在一維譜中

2、重疊在一個頻率坐標軸上的信號分別在兩個獨立的頻在一維譜中重疊在一個頻率坐標軸上的信號分別在兩個獨立的頻率坐標軸上展開，減少了譜線的擁擠和重疊，提供了自旋核之間率坐標軸上展開，減少了譜線的擁擠和重疊，提供了自旋核之間相互作用的新信息相互作用的新信息, ,獲得更多的信息獲得更多的信息 2二維譜實驗A.原則上二維譜可以用概念上不同的三種實驗獲得原則上二維譜可以用概念上不同的三種實驗獲得(1).頻率域實驗頻率域實驗(frequency- frequency) (2).混合時域混合時域(frequency-time)實驗實驗 (3). 時域時域(time-time)實驗，實驗， 二維譜的主要方法二維譜的

3、主要方法,以兩以兩個獨立的時間變量進行一系列實驗個獨立的時間變量進行一系列實驗,得到得到S(t1,t2),經(jīng)經(jīng)過兩次傅立葉變換得到二維譜過兩次傅立葉變換得到二維譜S(1,2).通常所指的通常所指的2D-NMR均是時間域二維實驗均是時間域二維實驗 2D-NMR 2D-NMR 三種獲得方式三種獲得方式B) ) 二維核磁共振時間分割二維核磁共振時間分割二維譜實驗中，為確定所需的兩個獨立的時間變量，要用二維譜實驗中，為確定所需的兩個獨立的時間變量，要用特種技術時間分割。即把整個時間按其物理意義分割成特種技術時間分割。即把整個時間按其物理意義分割成四個區(qū)間。（如圖所示）四個區(qū)間。（如圖所示） （1）預備

4、期：預備期在時間軸上通常是一個較長的時期，）預備期：預備期在時間軸上通常是一個較長的時期，使核自旋體系回復到平衡狀態(tài)。使核自旋體系回復到平衡狀態(tài)。 （2）發(fā)展期：在）發(fā)展期：在t1開始時由一個脈沖或幾個脈沖使體系開始時由一個脈沖或幾個脈沖使體系激發(fā)，使體系處于非平衡狀態(tài)激發(fā)，使體系處于非平衡狀態(tài), 發(fā)展期時間發(fā)展期時間t1是變化的。是變化的。（3）混合期：在此時期）混合期：在此時期, 建立檢測條件。建立檢測條件。 4）檢測期：在此期間檢測作為）檢測期：在此期間檢測作為t2函數(shù)的各種橫向矢量的函數(shù)的各種橫向矢量的FID的變化以及它的初始相及幅度受到的變化以及它的初始相及幅度受到t1函數(shù)的調制。函

5、數(shù)的調制。 與與t2軸對應的軸對應的2（軸），通常是頻率軸，與軸），通常是頻率軸，與t1軸對應的軸對應的1是什么，取決于在發(fā)展是何種過程。是什么，取決于在發(fā)展是何種過程。 二維二維NMR實驗主要分為基于耦合的相干轉移譜實驗主要分為基于耦合的相干轉移譜與基于動力學過程的極化轉移譜。橫向、縱向與基于動力學過程的極化轉移譜。橫向、縱向磁化強度分別與相干、極化轉移技術聯(lián)系。磁化強度分別與相干、極化轉移技術聯(lián)系。相干相干(cocherence):是描述自旋體系狀態(tài)的波函數(shù)是描述自旋體系狀態(tài)的波函數(shù)之間關系的一種物理量。它通常沒有簡單的模之間關系的一種物理量。它通常沒有簡單的模型，它是橫向磁化及相位的量。

6、（不僅包括型，它是橫向磁化及相位的量。（不僅包括m=1, 而且包括而且包括m=0, m=2狀態(tài)之間關系狀態(tài)之間關系)它可以通過射頻脈沖的作用傳遞。它可以通過射頻脈沖的作用傳遞。相干指密度矩陣中非零的非對角元，極化指密相干指密度矩陣中非零的非對角元，極化指密度矩陣中對角元相聯(lián)系。度矩陣中對角元相聯(lián)系。C .實驗過程：用固定時間增量實驗過程：用固定時間增量t1依次遞增依次遞增t1進行進行系列實驗，反復疊加，因系列實驗，反復疊加，因t2時間檢測的信號時間檢測的信號S(t2)的的振幅或相位受到振幅或相位受到s(t1)的調制，則接收的信號不僅與的調制，則接收的信號不僅與t2有關，還與有關，還與t1有關，

7、每改變一個有關，每改變一個t1，記錄，記錄S(t2),因此因此得到分別以時間變量得到分別以時間變量t1,t2為行列排列數(shù)據(jù)矩陣，即為行列排列數(shù)據(jù)矩陣，即在檢測期獲得一組在檢測期獲得一組FID信號，組成二維時間信號信號，組成二維時間信號S(t1,t2)。因。因t1,t2是兩個獨立時間變量，可以分別對是兩個獨立時間變量，可以分別對它們進行傅立葉變換，一次對它們進行傅立葉變換，一次對t2,一次對一次對t1,兩次傅立兩次傅立葉變換的結果，可以得到兩個頻率變量函數(shù)葉變換的結果，可以得到兩個頻率變量函數(shù)S(1,2)。如圖。如圖3二維譜的表達方式二維譜的表達方式 （1）堆積圖）堆積圖(stacked plo

8、t).優(yōu)點優(yōu)點: 直觀直觀, 有立體感有立體感. 缺點缺點: 難確定吸收峰的頻率。大峰后面可能隱藏難確定吸收峰的頻率。大峰后面可能隱藏小峰，而且耗時較長。小峰，而且耗時較長。(2)等高線（等高線（Contour plot） 優(yōu)點優(yōu)點: 易獲得頻率定量數(shù)據(jù)，作圖快。易獲得頻率定量數(shù)據(jù)，作圖快。 缺點缺點: 低強度的峰可能漏畫。低強度的峰可能漏畫。 目前化學位移相關譜廣泛采用等高線。目前化學位移相關譜廣泛采用等高線。圖圖4.3 4.3 堆積圖堆積圖 等高線等高線4二維譜峰的命名二維譜峰的命名（1）交叉峰（）交叉峰（cross peak）:出現(xiàn)在出現(xiàn)在12處，（即非對角線上）。可判斷峰之間有處，（即

9、非對角線上）?？膳袛喾逯g有無耦合關系，從而得到核之間有無偶合關無耦合關系，從而得到核之間有無偶合關系，交叉峰是二維譜中最有用的部分。系，交叉峰是二維譜中最有用的部分。（2）對角峰（）對角峰（Auto peak）:位于對角線位于對角線（12）上的峰，稱為對角峰。對角峰）上的峰，稱為對角峰。對角峰在在F1和和F2軸的投影。軸的投影。交叉峰或相關峰對角峰或自相關峰交叉峰或相關峰對角峰或自相關峰5二維譜的分類二維譜的分類分為三類：分為三類：1）J 分辨譜（分辨譜（ J resolved spectroscopy ） J 譜譜, 包括異核和同核包括異核和同核J譜。譜。2）化學位移相關譜）化學位移相關譜

10、(chemical shift correlation spectroscopy) 譜，包括同核化學位移相關譜，異核化學位移相譜，包括同核化學位移相關譜，異核化學位移相關譜，關譜，NOESY和化學交換。和化學交換。3）多量子譜（）多量子譜（multiple quantum spectroscopy）用脈）用脈沖序列可以檢測出多量子躍遷，得到多量子二維譜沖序列可以檢測出多量子躍遷，得到多量子二維譜 。 J分解譜分解譜1. 同核同核J分解譜分解譜n 一維譜中譜峰往往嚴重重疊，造成譜線裂分不一維譜中譜峰往往嚴重重疊，造成譜線裂分不 能能清楚分辨，清楚分辨， 耦合常數(shù)不易讀出。耦合常數(shù)不易讀出。n 在

11、二維在二維 J分解分解 譜中，只要化學位移譜中，只要化學位移 略有差別，略有差別，峰組的重疊就有可能避免，從而解決一維譜譜峰重峰組的重疊就有可能避免，從而解決一維譜譜峰重疊的問題。疊的問題。譜信息譜信息: (: (弱偶合體系弱偶合體系) ) 10時為弱偶合，一級圖譜。 w w2: 全去偶譜全去偶譜 化學位移化學位移 H，轉動前化學位移與耦合常數(shù)同時出現(xiàn)。轉動前化學位移與耦合常數(shù)同時出現(xiàn)。w w1: 譜線多重性譜線多重性 偶合常數(shù)偶合常數(shù) JHH，峰組的峰數(shù)一目了然。，峰組的峰數(shù)一目了然。若為強偶合體系，其同核若為強偶合體系，其同核J譜的表現(xiàn)形式將比較復雜。譜的表現(xiàn)形式將比較復雜。同核同核J分解

12、譜分解譜 AX體系體系AXw2w1JAX體系J譜 A Xw w2w w1JAX2體系J譜同核J分解譜同核同核J分辨譜：分辨譜： AX3體系體系J譜譜H1H2H3OO45672 314567應用應用:拓普霉素六元環(huán)上的取代基是 平伏鍵或直立鍵Jaa Jae Jee1D 1H 譜裂分不清楚譜裂分不清楚J值不易求出值不易求出同核同核J 分解譜分解譜化學位移化學位移 J偶偶合合2. 異核異核J分解譜分解譜譜信息譜信息: w w2: 全去偶譜全去偶譜 化學位移化學位移 Cw w1: 譜線裂分譜線裂分 偶合常數(shù)偶合常數(shù)JCH（直接相連的氫原子耦合裂分產(chǎn)生）CH3 -四重峰，四重峰，CH2-三重峰，三重峰，

13、CH -雙重峰。雙重峰。由于由于DEPT等測定碳原子級數(shù)的方法能代替異核等測定碳原子級數(shù)的方法能代替異核J 譜，且檢譜，且檢測速度快，操作方便，因此異核測速度快，操作方便，因此異核J 譜較少應用。譜較少應用。2 D C-H J分解譜O145678910CH3 -四重峰（5-Me，1,1 Me, 10); CH2-三重峰(2,3,4); CH -雙重峰(7,8) 。52 化學位移相關譜（化學位移相關譜（Correlated Spectroscopy ） 二維化學位移相關譜包括同核化學位移相關譜（同核化學位移相關譜（Homonuclear correlation）1）通過化學鍵：）通過化學鍵：CO

14、SY, TOCSY, 2D-INADEQUATE。2）通過空間：）通過空間：NOESY, ROESY。異核化學位移相關譜（異核化學位移相關譜（Heteronuclear correlation）強調大的偶合常數(shù)：強調大的偶合常數(shù)：1H-13C COSY強調小的偶合常數(shù)，壓制大的偶合常數(shù)：強調小的偶合常數(shù)，壓制大的偶合常數(shù)：COLOC(遠程遠程1H-13C COSY) 1. 1H-1H COSY (3J)， COSY-452. Relay-COSY (4J)3. TOCSY4. NOESY or ROESY (Nuclear Overhauser Effect SpectroscopY)(TOt

15、al Correlation SpectroscopY)主要的二維核磁共振技術：同核主要的二維核磁共振技術：同核（1H）位移相關譜位移相關譜0.4nmHETCOR, H,C-COSY (13C, Heronuclear shift CORRrelation spectroscopy)HMQC， HSQC (1H, Heteronuclear Multiple/Single Quantum Correlation) HMBC(H, Heteronuclear Multiple Bond Correlation)（1）直接相連的直接相連的1313C-C-1 1H H相關相關（2）長程長程1313C

16、-C-1 1H H相關相關主要的二維核磁共振技術：異核位移相關譜主要的二維核磁共振技術：異核位移相關譜COLOC, H,C-COSY (13C, Correlation via LOng-range Couplings)2.1同核化學位移相關譜同核化學位移相關譜一。一。COSY(Correlated spectroscopy) 所謂的所謂的COSY系指同一自旋體系里質子之系指同一自旋體系里質子之間的偶合相關。間的偶合相關。1H-1H-COSY可以可以1H-1H之之間通過成鍵作用的相關信息，類似于一維間通過成鍵作用的相關信息，類似于一維譜同核去偶，可提供全部譜同核去偶，可提供全部1H-1H之間的

17、關聯(lián)。之間的關聯(lián)。1。COSY90?；久}沖序列基本脈沖序列: 兩個基本脈沖在此脈沖作兩個基本脈沖在此脈沖作用下，根據(jù)發(fā)展期用下，根據(jù)發(fā)展期t1的不同，自旋體系的各個不同的躍遷的不同，自旋體系的各個不同的躍遷之間產(chǎn)生磁化傳遞，通過同核偶合建立同種核共振頻率間之間產(chǎn)生磁化傳遞，通過同核偶合建立同種核共振頻率間連接圖。連接圖。從一張同核位移相關譜可找出所有偶合體系，即等于一整從一張同核位移相關譜可找出所有偶合體系，即等于一整套雙照射實驗的譜圖套雙照射實驗的譜圖 。一般反映一般反映3J 耦合關系，也會出現(xiàn)少數(shù)長程耦合的相關峰。耦合關系，也會出現(xiàn)少數(shù)長程耦合的相關峰。CH3CH2CH2CH2CCH3O

18、6 5 4 3 2 131456 COSY of 2COSY of 2丁烯酸乙丁烯酸乙酯酯OOBA15C=C-O-CH2-CH2-CH2-CH3HHH123 4 5 6 7475 62 31123456712 34 7321O54OHOHO6OH試歸屬各質子信號123456對角線信號重疊嚴重對角線信號重疊嚴重, ,掩蓋某些信號掩蓋某些信號2。COSY-45 基本脈沖：90 。 t1-45 。 -ACQ.在COSY-90的基礎上，將第二脈沖改變成45 。 許多的天然產(chǎn)物的直接連接躍遷譜峰在對角線附近，許多的天然產(chǎn)物的直接連接躍遷譜峰在對角線附近，導致譜線相互重疊，不易解析。采用導致譜線相互重疊，

19、不易解析。采用COSY-45 。由由于大大限制了多重峰內(nèi)間接躍遷，重點反映多重峰于大大限制了多重峰內(nèi)間接躍遷，重點反映多重峰間的直接躍遷，減少了平行躍遷間的磁化轉移強度，間的直接躍遷，減少了平行躍遷間的磁化轉移強度，即消除了對角線附近的交叉峰，使對角線附近清晰。即消除了對角線附近的交叉峰，使對角線附近清晰。對角線對角線峰沿峰沿對角線的寬對角線的寬度降低，度降低，有利于發(fā)現(xiàn)有利于發(fā)現(xiàn)強耦合體系強耦合體系之間相關峰之間相關峰從從COSY-45可判別耦合可判別耦合常數(shù)的符號。常數(shù)的符號。譜中任意一個交叉峰含兩個緊靠的矩形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叉峰），（它們共同形成一個

20、交叉峰），通過稍下的矩形中心往稍上的矩形中心連線，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。箭頭指向左上為正可得到一傾斜的箭頭。箭頭指向左上為正(通過通過偶數(shù)鍵偶合偶數(shù)鍵偶合)，箭頭指向右上為負，箭頭指向右上為負(奇數(shù)鍵偶合奇數(shù)鍵偶合)?；衔锘衔顰的的COSY45o譜，對角線峰顯著簡譜，對角線峰顯著簡化，譜峰清晰。由交叉峰所顯示的傾斜度化，譜峰清晰。由交叉峰所顯示的傾斜度識別出只有識別出只有1、2位存在同碳氫耦合，其余位存在同碳氫耦合，其余為鄰碳氫耦合。為鄰碳氫耦合。4-甲氧羰基金剛烷-2,6-雙酮3-107-101-8,1-97-10121413765,118相鄰峰相互

21、重疊相鄰峰相互重疊, ,交叉峰的精細結構看不清楚交叉峰的精細結構看不清楚N-乙酰-5-甲氧基色胺3.相敏相敏COSY譜譜COSY譜，由于譜線信號色散分量作用，相譜，由于譜線信號色散分量作用，相鄰的峰容易相互部分重疊，交叉峰的精細結鄰的峰容易相互部分重疊，交叉峰的精細結構看不清楚，不便讀出偶合常數(shù)。構看不清楚，不便讀出偶合常數(shù)。相敏相敏COSY譜的相位很復雜，相位調節(jié)的質譜的相位很復雜，相位調節(jié)的質量直接影響偶合常數(shù)的檢測即信號靈敏度。量直接影響偶合常數(shù)的檢測即信號靈敏度。在在COSY譜中對角線與交叉峰相位總是相差譜中對角線與交叉峰相位總是相差90。相敏。相敏COSY譜中，磁化轉移地結果產(chǎn)生譜中

22、，磁化轉移地結果產(chǎn)生一對交叉峰相位相差一對交叉峰相位相差180。以。以AX體系為例。體系為例。其交叉峰為純吸收線形，對角線為色散型。其交叉峰為純吸收線形，對角線為色散型。譜圖黃色圓圈為正吸收峰，橙色為負吸收峰。譜圖黃色圓圈為正吸收峰，橙色為負吸收峰。注：橫向注：橫向M在旋轉在旋轉坐標系坐標系xy平面上的平面上的取向決定信號類型。取向決定信號類型。Y和和-y軸上分別為軸上分別為正負吸收信號；正負吸收信號；x和和-x軸則為正負色軸則為正負色散信號散信號。譜圖正負峰以不同的顏色表示（下圖藍色圓圈為正譜圖正負峰以不同的顏色表示（下圖藍色圓圈為正峰，紅色為負峰）。也可以用實心表示正峰，空心峰，紅色為負峰

23、）。也可以用實心表示正峰，空心表示負峰。表示負峰。其交叉峰為純吸收線形，對角線為色散型其交叉峰為純吸收線形，對角線為色散型從相敏從相敏COSY可以直接讀出可以直接讀出J值。這里需要辨認主動值。這里需要辨認主動偶合和被動偶合。所謂的偶合和被動偶合。所謂的主動偶合就是交叉峰相應主動偶合就是交叉峰相應兩個核組之間的偶合兩個核組之間的偶合。其余為被動偶合其余為被動偶合。主動偶合。主動偶合的每一對峰總是一正一負。被動偶合的交叉峰是相的每一對峰總是一正一負。被動偶合的交叉峰是相位相同（同為正或同為負）位相同（同為正或同為負）AMX主動偶合的每一對峰總是一正一負。主動偶合的每一對峰總是一正一負。被動偶合的交

24、叉峰是相位相同（同為正或同為負）被動偶合的交叉峰是相位相同（同為正或同為負）二二.天然豐度的雙量子天然豐度的雙量子13C譜譜 INADEQUATE (13C-13C-COSY)碳骨架直接測定法，是確定碳原子連接順序的碳骨架直接測定法，是確定碳原子連接順序的實驗，一種雙量子相干技術。是一種實驗，一種雙量子相干技術。是一種13C-13C化化學位移相關譜。在質子去偶的學位移相關譜。在質子去偶的13C譜中，除了譜中，除了13C信號外，還有比它弱信號外，還有比它弱200倍的倍的13C-13C偶合衛(wèi)星峰，偶合衛(wèi)星峰，13C-13C偶合含有豐富的分子結構和構型的信息。偶合含有豐富的分子結構和構型的信息。由于

25、碳是組成分子骨架，它更能直接反映化學由于碳是組成分子骨架，它更能直接反映化學鍵的特征與取代情況鍵的特征與取代情況。 由于由于13C天然豐度僅僅為天然豐度僅僅為1.1%，出現(xiàn)，出現(xiàn)13C-13C偶合的幾率偶合的幾率為為0.01.13C-13C偶合引起的衛(wèi)線通常離偶合引起的衛(wèi)線通常離13C強峰只有強峰只有20Hz左右，左右，其強度又僅僅是其強度又僅僅是13C強峰的強峰的1/200，這種弱峰往往出現(xiàn)在，這種弱峰往往出現(xiàn)在強強13C峰的腋部，加上旋轉邊帶，質子去偶不完全，微峰的腋部，加上旋轉邊帶，質子去偶不完全，微量雜質的影響等因素，量雜質的影響等因素，1JC-C測試非常困難。測試非常困難。利用雙量子

26、躍遷的相位特性可以壓住強線，突出衛(wèi)線求利用雙量子躍遷的相位特性可以壓住強線，突出衛(wèi)線求出出JC-C,并根據(jù)并根據(jù)Jc-c確定其相鄰的碳。確定其相鄰的碳。一個碳原子最多可以有四個碳與之相連，利一個碳原子最多可以有四個碳與之相連，利用雙量子躍遷二維技術測量偶合碳的雙量子用雙量子躍遷二維技術測量偶合碳的雙量子躍遷的頻率。躍遷的頻率。13C-13C同核偶合構成二核體系同核偶合構成二核體系（AX,AB）兩個偶合的）兩個偶合的13C核能產(chǎn)生雙量子躍核能產(chǎn)生雙量子躍遷，孤立的碳則不能。遷，孤立的碳則不能。雙量子指跨越兩個能級的躍遷。兩個耦合的雙量子指跨越兩個能級的躍遷。兩個耦合的13C核的兩個自旋體系核的兩

27、個自旋體系和和兩個能級的相兩個能級的相干性，稱為雙量子相干性。干性，稱為雙量子相干性。2D INADEQUATE的的2種形式種形式 F F2 2域為化學位移，域為化學位移，F(xiàn) F1 1域為雙量子躍遷頻率，相互耦合的域為雙量子躍遷頻率，相互耦合的2 2個碳個碳原子作為一對雙峰排列在平行于原子作為一對雙峰排列在平行于F F2 2域的同一水平線上。域的同一水平線上。一對耦合的碳（相當于一對耦合的碳（相當于AX體系）具有相同的雙量子躍體系）具有相同的雙量子躍遷頻率，用水平連線示出，遷頻率，用水平連線示出，如：如：C1-C2, C2-C3, C3-C4。由于雙量子頻率為偶合的一由于雙量子頻率為偶合的一對

28、對13C13C的單量子頻率之的單量子頻率之和，連線的中心落在和，連線的中心落在F1=2F2的準對角線上。的準對角線上。譜信息：譜信息：F2 是碳譜，單量子頻率是碳譜，單量子頻率F1是雙量子頻率，為偶是雙量子頻率，為偶合的一對合的一對13C13C的的 單量子頻率之和單量子頻率之和一對一對13C13C處于水平線處于水平線上，左右對稱地處于準對上，左右對稱地處于準對角線（角線（F1=2F2)兩側。兩側。 F2域和域和F1域均為域均為13C化學位移，類似于化學位移，類似于H, H COSY譜，相互耦譜，相互耦合的合的2個碳原子作為個碳原子作為一對雙峰出現(xiàn)在對角一對雙峰出現(xiàn)在對角線兩側對稱的位置上。線兩

29、側對稱的位置上。蔗糖Codeine可待因可待因18 - 11 - 16 - 15 - 17 - 13. 三。三。NOESY（Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy)o核間磁化傳遞是通過核間磁化傳遞是通過非相干作用傳遞非相干作用傳遞，這種傳遞是靠交叉馳，這種傳遞是靠交叉馳豫和化學交換來進行。即樣品間偶極偶極傳遞的。它的基本豫和化學交換來進行。即樣品間偶極偶極傳遞的。它的基本脈沖是：脈沖是：o/2-t1-/2-tm-/2-ACQNOESY的基本序列在的基本序列在COSY序列的基礎上，加一個固定延遲序列的基礎上，加一個固定延遲和第三脈沖，以檢測和第三脈沖，以檢測

30、NOE和化學交換的信息?；旌蠒r間和化學交換的信息?；旌蠒r間tm是是NOESY實驗的關鍵參數(shù)，實驗的關鍵參數(shù)，tm的選擇對檢測化學交換或的選擇對檢測化學交換或NOESY效果有很大影響。選擇合適的效果有很大影響。選擇合適的tm,可在最后一個脈沖，產(chǎn)生最可在最后一個脈沖，產(chǎn)生最大的交換，或建立最大的大的交換，或建立最大的NOE. tm應根據(jù)核的弛豫時間而定。應根據(jù)核的弛豫時間而定。由于由于 NOESY 實驗是由實驗是由 COSY 實實驗發(fā)展而來為的，因此驗發(fā)展而來為的，因此在圖譜中在圖譜中往往出現(xiàn)往往出現(xiàn) COSY 峰，即峰，即 J偶合交偶合交叉峰，故在解析時需對照它的叉峰，故在解析時需對照它的1H

31、-1H COSY 譜將譜將J 偶合交叉峰扣除偶合交叉峰扣除。在相敏在相敏 NOESY 譜圖中交叉峰有譜圖中交叉峰有正峰和負峰，分別表示正的正峰和負峰，分別表示正的 NOE 和負的和負的 NOECOSY OF PBFNOESY of PBF化學位移和積分面積COSY 判斷相鄰連接關系531091611Codeine的的NOESY7, 8359101211Codeine在高場放大的在高場放大的NOESY131318181617171114161118131411, 13, 14, 18是空間距離相近是空間距離相近,非化學鍵相連非化學鍵相連8 - 7, 127 - 18, 183 - 5, 105

32、- 11, 16, 189 - 10, 17, 1710 - 1611 - 18, 16, 14, 1818 - 13, 1816 - 14, 1713 - 14, 17, 1713 - 17, 1717 - 17Table of NOEs 2f-2e6b-6c6b-z61f-1e1f-x12c-4b2b-z21b-3f3b-x3大環(huán)菌素相敏相敏NOESY與與COSY類似，類似，NOESY也適用于相敏形也適用于相敏形式。在這種相敏譜上，分辨率高，容易式。在這種相敏譜上，分辨率高，容易辨認信號峰，而且譜線比非相敏形式的辨認信號峰，而且譜線比非相敏形式的譜線狹窄，從而限制了假峰的產(chǎn)生，有譜線狹窄，

33、從而限制了假峰的產(chǎn)生，有效增加了靈敏度。效增加了靈敏度。NONOphase-sensitive NOESY of strychnine.馬錢子四 TOCSY TOCSY脈沖序列：是一種旋轉坐標系實驗（自旋鎖定實驗），自旋鎖定是一種旋轉坐標系實驗（自旋鎖定實驗），自旋鎖定是把是把COSY序列中的第二脈沖以及序列中的第二脈沖以及NOESY序列中最序列中最后兩個脈沖（包括混合時間），用一個長射頻脈沖取后兩個脈沖（包括混合時間），用一個長射頻脈沖取代，把自旋沿著旋轉坐標系的一個鎖定，在這種情況代，把自旋沿著旋轉坐標系的一個鎖定，在這種情況下不存在化學位移差，通過發(fā)生標量偶合的磁化轉移，下不存在化學位移

34、差，通過發(fā)生標量偶合的磁化轉移，導致了全部相關。導致了全部相關。TOCSY也有稱之為也有稱之為HOHAHA.可可以提供自旋系統(tǒng)中偶合關聯(lián)信息。以提供自旋系統(tǒng)中偶合關聯(lián)信息?？傁嚓P譜 TOCSY對于對于AMX自旋系統(tǒng)自旋系統(tǒng)相關譜的相關峰：相關譜的相關峰：A-MM-X總相關譜相關峰為總相關譜相關峰為A-MM-XA-XHOHAHA是通過交叉極化產(chǎn)生Hartmann-Hahn能量轉移，從而觀察較低旋磁比核一種方法。它是通過增加混合時間，使一個質子的磁化矢量將重新分布到同一偶合網(wǎng)絡的所有質子，得到多次的接力信息。增加混合時間，靈敏度降低，需采用高分辨相敏方法，交叉峰和對角峰都是吸收型，特別適用于具有獨

35、立自旋體系的大分子，可進一步判斷證實COSY中因信號嚴重重疊而造成的不確定結果。選擇適當?shù)膮?shù)可通過一次實驗得到獨立自旋體系所有質子相關信息。質子質子 a, b, c 和和 d 構成構成 自旋體系自旋體系, CH3CH2構構成另外一個網(wǎng)絡系統(tǒng)，這是兩個獨立的自旋成另外一個網(wǎng)絡系統(tǒng)，這是兩個獨立的自旋體系體系 ， COSY spectrum, CH2 a與與 CH2 b.相相關而在關而在 TOCSY spectrum,它不僅顯示與質它不僅顯示與質子子b相關，而且也與相關，而且也與 it would also show correlations to 兩個（兩個（CH2） c and d.相相關。

36、關。 混合時間變長, 跨多鍵的偶合出現(xiàn)交叉峰對粘度小的小分子，核的弛豫時間較長，設置長tmTOCSY of codeineCOSYTOCSY391012111816,13,14,13183,163,53,163,953-103,103,5 Table of TOCSY peaks:Table of TOCSY peaks: ( indicates the more upfield of geminal CH2 protons)8 - 73 - 5, 9, 10, 165 - 9, 10, b11, 169 - 10, 16, OH, H2O10 - 16, OH, H2O11 - 16, 18

37、, 1818 - 16, 1816 - 1813 - 13, 17, 1713 - 17, 1717 - 17ROESY(CAMELSPIN)若采用一個弱自旋鎖場一個弱自旋鎖場，則在旋轉坐標體系中產(chǎn)生交叉馳豫NOE,得到ROESY譜（Rotating NOE),即旋轉坐標系中的NOE增強譜。又稱之CAMELSPIN譜。它類似于NOESY，能提供空間距離相近的核的相關信息。它的基本序列與TOCSY相似，但采用低采用低功率自旋鎖場功率自旋鎖場，可由連續(xù)波照射或一系列小脈沖角脈沖組成混合脈沖?；拘蛄校?2-t1-(CW)X-ACQROESY 與NOESY區(qū)別：NOESY在分子量大和小的分子體系中，

38、靈敏度很高。小分子的快速運動，產(chǎn)生NOE,大分子或降溫產(chǎn)生負NOE.而中等分子（3001500）或特殊形狀分子，在NOESY中得不到交叉峰。而ROESY交叉峰與分子量的大小無關。由于ROESY是低的功率實驗，可以檢測到小的相互作用。當遇到中等大小的分子時（分子量約為 1000-3000），由于此時 NOE 的增益約為零，無法測到NOESY 譜中的相關峰（交叉峰），此時測定旋轉坐標系中的 NOESY 則是一種理想的解決方法，這種方法稱為 ROESY（ Rotating frame Overhause Effect Spectroscopy），由此測得的圖譜稱為 ROESY譜。ROESY 譜的解析

39、方法與 NOESY 相似，同樣 ROESY 譜中的交叉峰并不全都表示空間相鄰的關系，有一部分則是反映了耦合關系，因此在解譜時需注意。突出表現(xiàn)NOE效應的NOESY譜異香草醛異香草醛NOE交叉峰：醛基氫交叉峰：醛基氫a與芳與芳環(huán)上環(huán)上b、c位置上的氫空間相位置上的氫空間相關，甲氧基氫關，甲氧基氫e與芳環(huán)上與芳環(huán)上d位位置上的氫空間相關，置上的氫空間相關，對照其對照其H, H COSY譜，譜，c, d的交叉峰為的交叉峰為J偶合峰，而非偶合峰，而非NOE交叉峰，應予以扣除。交叉峰，應予以扣除。3 異核化學位移相關譜-Heteronuclear Correlation of chemical shif

40、t所謂異核化學位移相關譜是兩個不同核的頻率通所謂異核化學位移相關譜是兩個不同核的頻率通過標量偶合建立起來的相關譜過標量偶合建立起來的相關譜.應用最廣泛的是應用最廣泛的是1H-13C COSY. 1.1H-13C COSY.常規(guī)的常規(guī)的1H-13C COSY是指直接相連的是指直接相連的C-H之間的偶之間的偶合相關（合相關（1JCH）。）?；久}沖：該該實驗的關鍵是選擇一個適合的混合期，以使實驗的關鍵是選擇一個適合的混合期，以使13C核和氫核的信息充分核和氫核的信息充分轉移，即選擇合適的轉移，即選擇合適的12。1H-13C-COSY譜圖中F2為13C化學位移，F(xiàn)1為1H化學位移，沒有對角峰，其交叉

41、峰表明C-H偶合的信息。解析時，可以從一已知的氫核信號，根據(jù)相關關系，即可找到與之相連的13C信號，反之亦然?？梢詮淖V圖中得到1JC-H的結構信息。1H化化學學位位移移13C 化學位移化學位移C，H COSY譜譜13C 化學位移化學位移1H化化學學位位移移24613C-1H COSY2-丁烯酸乙酯OOBAADCB7.78.157.47.5111.6120.6122.61272.COLOC(Correlation Spectroscopy via long range coupling)和和1H-13C-COSY序列基本一樣，只是在序列基本一樣，只是在COLOC譜中的譜中的1，2對應于遠程對應于

42、遠程C-H偶合常數(shù)偶合常數(shù)nJ(2JCH,3JCH),而不是而不是1JCH.得到一鍵以上的得到一鍵以上的CH偶合相關信息，偶合相關信息，建立建立C-C之間的關聯(lián)，可以躍過之間的關聯(lián)，可以躍過N,O等其它官能團。成為推導結構歸屬信號，等其它官能團。成為推導結構歸屬信號，解決由于屏蔽效應難以解決的季碳歸屬的有力工具。由于該方法能夠將季解決由于屏蔽效應難以解決的季碳歸屬的有力工具。由于該方法能夠將季碳和相鄰碳的質子相關，對于確定碳和相鄰碳的質子相關，對于確定C-C連接非常有效。連接非常有效。常規(guī)的1H-13C-COSY沒有季碳和其它質子的相關峰。COLOC 譜圖類似于C-H-COSY,兩個坐標（F1

43、,F2)是化學位移，交叉峰也類似于C-H-COSY，只是出現(xiàn)了小偶合的相關峰。COLOC最大的缺點是相關峰中包含所有的1JCH信號。解析譜圖時一定要對照C-H-COSY。確定1JCH,分辨出2JCH,3JCH.COLOC 譜（遠程C-H COSY）與與2D INADEQUATE相比，相比， 2 D 遠程遠程C-H COSY樣品用量少，樣品用量少，省時間，靈敏度高。省時間，靈敏度高。F1域：域：1H化學位移，化學位移，F(xiàn)2域：域：13C化學位移化學位移,先分別從先分別從F1F2域找到域找到CHO、OCH3、4位位C的相應信號的相應信號由香草醛由香草醛COLOC譜中譜中3J(H8 , C3)相關峰

44、可以決相關峰可以決定定OCH3連在連在C-3上，由上，由3J(H7 , C2)和和3J(H6, C7)相相關峰可以指認關峰可以指認CHO與與C1相連。相連。4位碳因連有位碳因連有OH，其化學，其化學位移處于次低場（羰基碳位移處于次低場（羰基碳在最低場），加上在最低場），加上2J(H5, C4)和和 3J(H6, C4)相關峰可相關峰可以指認以指認OH連在連在C-4上。上。3J(H8 , C3)2J(H5C4)3J(H6C4)3J(H6C7)3J(H7C2)H2,C7)(H2,C4)全去偶碳譜去偶氫譜7.78.157.47.5127122.6120.6111.6ADCB7.78.157.47.5

45、111.6120.6122.6127.0O1234567.7(d,1H,J=9.0,H-1),8.15(d,1H, j=8.8Hz,H-4)7.5(dd,1H,J=9.0,0.8Hz,H-3),7.4(dd,1H,8.8,1.2Hz,H-2)111.6(d,C-1),122.6(d,C-2),127.0(d,c-3),120.6(d,c-4)156.2(s,c-5),124.2(s.c-6)4多量子躍遷譜常見的核磁是選擇m=1的單量子躍遷。在偶極相互作用及其影響下，自旋體系的能級不再由單一態(tài)波函數(shù)，而變成混合態(tài)，可能出現(xiàn)m=0，2，3。的躍遷，稱之為多量子躍遷。多量子躍遷指的是不滿足選擇m =

46、 1躍遷。其中m表示體系的總磁量子數(shù)，它們按照m 2, 3。稱為n量子躍遷，而不問具體含幾個躍遷。常見的多量子躍遷譜有HMQC,HMBC.與1H-13CCOSY,COLOC譜相似。由于多量子相干轉移，使其靈敏度大大提高。對于測定時間相等的條件下所需的樣品量為：INADEQUATE 200mg (400mM)1H-13CCOSY 510mg(20mM)COLOC 510mg(20mM)HMQC 1mg(5mM)HMBC 23mg(7mM)1 HMQC (1-bond CH correlation)1H檢測的異核多量子相干譜HMQC是將1H信號的振幅及相位分別依13C化學位移及1H間的同核化學偶合

47、信息調制，并通過直接檢測調制后的1H信號，獲得13C-1H化學位移相關數(shù)據(jù)。它所提供的信息及譜圖與1H-13CCOSY完全相同。HMQC of Codeine13CAssignment6.611386.512075.713335.312854.89194.266103.856123.359113.0 & 2.320182.640162.6 & 2.446132.443142.0 & 1.83617HSQC-DEPT這個實驗有一個變化，顯示CH2與CH,CH3有不同的相位。CH2顯示負的相位，在下圖中用紅色表示。在Codeine中的三個CH2很容易辨認。這種技術稱之為HSQC-DEPT spectrum. HSQC-DEPT of CodeineHMBC (multiple-bond CH correlation) HMBC是一種測定遠程1H-13C相關的十分靈敏的方法，給出遠程1H-13C相關信息。特別是適用于檢測與甲基有遠程偶合的碳（2JCH,3JCH).基本原理：通過1H檢測異核多量子相干調制，選擇性地增加某些碳信號的靈敏度，是孤立的自旋體系相關聯(lián)，而組成一個整體分子。抑制了直接偶合的1JCH信號強度