二维核磁共振谱-20150930-1014

1、二维核磁共振谱二维核磁共振谱Two dimension nuclear magnetic resonance, 2DNMR2DNMR1971年Jeener 首先提出 2DNMR 思想: 具有两个时间变量的nmr1976年 Ernst小组成功实现了2DNMR实验后，确定了二维核磁共振的理论基础20世纪80年代：2DNMR加速发展用途： 解析复杂有机分子最有力的工具；溶液中分子的三维空间结构的测定；分子动态过程的研究：多维NMR技术：研究生物大分子（蛋白质、核酸等）最有效的方法将化学位移、偶合常数等核磁共振参数展开在二维平面上，这样将化学位移、偶合常数等核磁共振参数展开在二维平面上，这样在一维谱中

2、重叠在一个频率坐标轴上的信号分别在两个独立的频在一维谱中重叠在一个频率坐标轴上的信号分别在两个独立的频率坐标轴上展开，减少了谱线的拥挤和重叠，提供了自旋核之间率坐标轴上展开，减少了谱线的拥挤和重叠，提供了自旋核之间相互作用的新信息相互作用的新信息, ,获得更多的信息获得更多的信息 2二维谱实验A.原则上二维谱可以用概念上不同的三种实验获得原则上二维谱可以用概念上不同的三种实验获得(1).频率域实验频率域实验(frequency- frequency) (2).混合时域混合时域(frequency-time)实验实验 (3). 时域时域(time-time)实验，实验， 二维谱的主要方法二维谱的

3、主要方法,以两以两个独立的时间变量进行一系列实验个独立的时间变量进行一系列实验,得到得到S(t1,t2),经经过两次傅立叶变换得到二维谱过两次傅立叶变换得到二维谱S(1,2).通常所指的通常所指的2D-NMR均是时间域二维实验均是时间域二维实验 2D-NMR 2D-NMR 三种获得方式三种获得方式B) ) 二维核磁共振时间分割二维核磁共振时间分割二维谱实验中，为确定所需的两个独立的时间变量，要用二维谱实验中，为确定所需的两个独立的时间变量，要用特种技术时间分割。即把整个时间按其物理意义分割成特种技术时间分割。即把整个时间按其物理意义分割成四个区间。（如图所示）四个区间。（如图所示） （1）预备

4、期：预备期在时间轴上通常是一个较长的时期，）预备期：预备期在时间轴上通常是一个较长的时期，使核自旋体系回复到平衡状态。使核自旋体系回复到平衡状态。 （2）发展期：在）发展期：在t1开始时由一个脉冲或几个脉冲使体系开始时由一个脉冲或几个脉冲使体系激发，使体系处于非平衡状态激发，使体系处于非平衡状态, 发展期时间发展期时间t1是变化的。是变化的。（3）混合期：在此时期）混合期：在此时期, 建立检测条件。建立检测条件。 4）检测期：在此期间检测作为）检测期：在此期间检测作为t2函数的各种横向矢量的函数的各种横向矢量的FID的变化以及它的初始相及幅度受到的变化以及它的初始相及幅度受到t1函数的调制。函

5、数的调制。 与与t2轴对应的轴对应的2（轴），通常是频率轴，与轴），通常是频率轴，与t1轴对应的轴对应的1是什么，取决于在发展是何种过程。是什么，取决于在发展是何种过程。 二维二维NMR实验主要分为基于耦合的相干转移谱实验主要分为基于耦合的相干转移谱与基于动力学过程的极化转移谱。横向、纵向与基于动力学过程的极化转移谱。横向、纵向磁化强度分别与相干、极化转移技术联系。磁化强度分别与相干、极化转移技术联系。相干相干(cocherence):是描述自旋体系状态的波函数是描述自旋体系状态的波函数之间关系的一种物理量。它通常没有简单的模之间关系的一种物理量。它通常没有简单的模型，它是横向磁化及相位的量。

6、（不仅包括型，它是横向磁化及相位的量。（不仅包括m=1, 而且包括而且包括m=0, m=2状态之间关系状态之间关系)它可以通过射频脉冲的作用传递。它可以通过射频脉冲的作用传递。相干指密度矩阵中非零的非对角元，极化指密相干指密度矩阵中非零的非对角元，极化指密度矩阵中对角元相联系。度矩阵中对角元相联系。C .实验过程：用固定时间增量实验过程：用固定时间增量t1依次递增依次递增t1进行进行系列实验，反复叠加，因系列实验，反复叠加，因t2时间检测的信号时间检测的信号S(t2)的的振幅或相位受到振幅或相位受到s(t1)的调制，则接收的信号不仅与的调制，则接收的信号不仅与t2有关，还与有关，还与t1有关，

7、每改变一个有关，每改变一个t1，记录，记录S(t2),因此因此得到分别以时间变量得到分别以时间变量t1,t2为行列排列数据矩阵，即为行列排列数据矩阵，即在检测期获得一组在检测期获得一组FID信号，组成二维时间信号信号，组成二维时间信号S(t1,t2)。因。因t1,t2是两个独立时间变量，可以分别对是两个独立时间变量，可以分别对它们进行傅立叶变换，一次对它们进行傅立叶变换，一次对t2,一次对一次对t1,两次傅立两次傅立叶变换的结果，可以得到两个频率变量函数叶变换的结果，可以得到两个频率变量函数S(1,2)。如图。如图3二维谱的表达方式二维谱的表达方式 （1）堆积图）堆积图(stacked plo

8、t).优点优点: 直观直观, 有立体感有立体感. 缺点缺点: 难确定吸收峰的频率。大峰后面可能隐藏难确定吸收峰的频率。大峰后面可能隐藏小峰，而且耗时较长。小峰，而且耗时较长。(2)等高线（等高线（Contour plot） 优点优点: 易获得频率定量数据，作图快。易获得频率定量数据，作图快。 缺点缺点: 低强度的峰可能漏画。低强度的峰可能漏画。 目前化学位移相关谱广泛采用等高线。目前化学位移相关谱广泛采用等高线。图图4.3 4.3 堆积图堆积图 等高线等高线4二维谱峰的命名二维谱峰的命名（1）交叉峰（）交叉峰（cross peak）:出现在出现在12处，（即非对角线上）。可判断峰之间有处，（即

9、非对角线上）。可判断峰之间有无耦合关系，从而得到核之间有无偶合关无耦合关系，从而得到核之间有无偶合关系，交叉峰是二维谱中最有用的部分。系，交叉峰是二维谱中最有用的部分。（2）对角峰（）对角峰（Auto peak）:位于对角线位于对角线（12）上的峰，称为对角峰。对角峰）上的峰，称为对角峰。对角峰在在F1和和F2轴的投影。轴的投影。交叉峰或相关峰对角峰或自相关峰交叉峰或相关峰对角峰或自相关峰5二维谱的分类二维谱的分类分为三类：分为三类：1）J 分辨谱（分辨谱（ J resolved spectroscopy ） J 谱谱, 包括异核和同核包括异核和同核J谱。谱。2）化学位移相关谱）化学位移相关谱

10、(chemical shift correlation spectroscopy) 谱，包括同核化学位移相关谱，异核化学位移相谱，包括同核化学位移相关谱，异核化学位移相关谱，关谱，NOESY和化学交换。和化学交换。3）多量子谱（）多量子谱（multiple quantum spectroscopy）用脉）用脉冲序列可以检测出多量子跃迁，得到多量子二维谱冲序列可以检测出多量子跃迁，得到多量子二维谱 。 J分解谱分解谱1. 同核同核J分解谱分解谱n 一维谱中谱峰往往严重重叠，造成谱线裂分不一维谱中谱峰往往严重重叠，造成谱线裂分不 能能清楚分辨，清楚分辨， 耦合常数不易读出。耦合常数不易读出。n 在

11、二维在二维 J分解分解 谱中，只要化学位移谱中，只要化学位移 略有差别，略有差别，峰组的重叠就有可能避免，从而解决一维谱谱峰重峰组的重叠就有可能避免，从而解决一维谱谱峰重叠的问题。叠的问题。谱信息谱信息: (: (弱偶合体系弱偶合体系) ) 10时为弱偶合，一级图谱。 w w2: 全去偶谱全去偶谱 化学位移化学位移 H，转动前化学位移与耦合常数同时出现。转动前化学位移与耦合常数同时出现。w w1: 谱线多重性谱线多重性 偶合常数偶合常数 JHH，峰组的峰数一目了然。，峰组的峰数一目了然。若为强偶合体系，其同核若为强偶合体系，其同核J谱的表现形式将比较复杂。谱的表现形式将比较复杂。同核同核J分解

12、谱分解谱 AX体系体系AXw2w1JAX体系J谱 A Xw w2w w1JAX2体系J谱同核J分解谱同核同核J分辨谱：分辨谱： AX3体系体系J谱谱H1H2H3OO45672 314567应用应用:拓普霉素六元环上的取代基是 平伏键或直立键Jaa Jae Jee1D 1H 谱裂分不清楚谱裂分不清楚J值不易求出值不易求出同核同核J 分解谱分解谱化学位移化学位移 J偶偶合合2. 异核异核J分解谱分解谱谱信息谱信息: w w2: 全去偶谱全去偶谱 化学位移化学位移 Cw w1: 谱线裂分谱线裂分 偶合常数偶合常数JCH（直接相连的氢原子耦合裂分产生）CH3 -四重峰，四重峰，CH2-三重峰，三重峰，

13、CH -双重峰。双重峰。由于由于DEPT等测定碳原子级数的方法能代替异核等测定碳原子级数的方法能代替异核J 谱，且检谱，且检测速度快，操作方便，因此异核测速度快，操作方便，因此异核J 谱较少应用。谱较少应用。2 D C-H J分解谱O145678910CH3 -四重峰（5-Me，1,1 Me, 10); CH2-三重峰(2,3,4); CH -双重峰(7,8) 。52 化学位移相关谱（化学位移相关谱（Correlated Spectroscopy ） 二维化学位移相关谱包括同核化学位移相关谱（同核化学位移相关谱（Homonuclear correlation）1）通过化学键：）通过化学键：CO

14、SY, TOCSY, 2D-INADEQUATE。2）通过空间：）通过空间：NOESY, ROESY。异核化学位移相关谱（异核化学位移相关谱（Heteronuclear correlation）强调大的偶合常数：强调大的偶合常数：1H-13C COSY强调小的偶合常数，压制大的偶合常数：强调小的偶合常数，压制大的偶合常数：COLOC(远程远程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)主要的二维核磁共振技术：同核主要的二维核磁共振技术：同核（1H）位移相关谱位移相关谱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）直接相连的直接相连的1313C-C-1 1H H相关相关（2）长程长程1313C

16、-C-1 1H H相关相关主要的二维核磁共振技术：异核位移相关谱主要的二维核磁共振技术：异核位移相关谱COLOC, H,C-COSY (13C, Correlation via LOng-range Couplings)2.1同核化学位移相关谱同核化学位移相关谱一。一。COSY(Correlated spectroscopy) 所谓的所谓的COSY系指同一自旋体系里质子之系指同一自旋体系里质子之间的偶合相关。间的偶合相关。1H-1H-COSY可以可以1H-1H之之间通过成键作用的相关信息，类似于一维间通过成键作用的相关信息，类似于一维谱同核去偶，可提供全部谱同核去偶，可提供全部1H-1H之间的

17、关联。之间的关联。1。COSY90。基本脉冲序列基本脉冲序列: 两个基本脉冲在此脉冲作两个基本脉冲在此脉冲作用下，根据发展期用下，根据发展期t1的不同，自旋体系的各个不同的跃迁的不同，自旋体系的各个不同的跃迁之间产生磁化传递，通过同核偶合建立同种核共振频率间之间产生磁化传递，通过同核偶合建立同种核共振频率间连接图。连接图。从一张同核位移相关谱可找出所有偶合体系，即等于一整从一张同核位移相关谱可找出所有偶合体系，即等于一整套双照射实验的谱图套双照射实验的谱图 。一般反映一般反映3J 耦合关系，也会出现少数长程耦合的相关峰。耦合关系，也会出现少数长程耦合的相关峰。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试归属各质子信号123456对角线信号重叠严重对角线信号重叠严重, ,掩盖某些信号掩盖某些信号2。COSY-45 基本脉冲：90 。 t1-45 。 -ACQ.在COSY-90的基础上，将第二脉冲改变成45 。 许多的天然产物的直接连接跃迁谱峰在对角线附近，许多的天然产物的直接连接跃迁谱峰在对角线附近，导致谱线相互重叠，不易解析。采用导致谱线相互重叠，

19、不易解析。采用COSY-45 。由由于大大限制了多重峰内间接跃迁，重点反映多重峰于大大限制了多重峰内间接跃迁，重点反映多重峰间的直接跃迁，减少了平行跃迁间的磁化转移强度，间的直接跃迁，减少了平行跃迁间的磁化转移强度，即消除了对角线附近的交叉峰，使对角线附近清晰。即消除了对角线附近的交叉峰，使对角线附近清晰。对角线对角线峰沿峰沿对角线的宽对角线的宽度降低，度降低，有利于发现有利于发现强耦合体系强耦合体系之间相关峰之间相关峰从从COSY-45可判别耦合可判别耦合常数的符号。常数的符号。谱中任意一个交叉峰含两个紧靠的矩形谱中任意一个交叉峰含两个紧靠的矩形（它们共同形成一个交叉峰），（它们共同形成一个

20、交叉峰），通过稍下的矩形中心往稍上的矩形中心连线，通过稍下的矩形中心往稍上的矩形中心连线，可得到一倾斜的箭头。箭头指向左上为正可得到一倾斜的箭头。箭头指向左上为正(通过通过偶数键偶合偶数键偶合)，箭头指向右上为负，箭头指向右上为负(奇数键偶合奇数键偶合)。化合物化合物A的的COSY45o谱，对角线峰显著简谱，对角线峰显著简化，谱峰清晰。由交叉峰所显示的倾斜度化，谱峰清晰。由交叉峰所显示的倾斜度识别出只有识别出只有1、2位存在同碳氢耦合，其余位存在同碳氢耦合，其余为邻碳氢耦合。为邻碳氢耦合。4-甲氧羰基金刚烷-2,6-双酮3-107-101-8,1-97-10121413765,118相邻峰相互

21、重叠相邻峰相互重叠, ,交叉峰的精细结构看不清楚交叉峰的精细结构看不清楚N-乙酰-5-甲氧基色胺3.相敏相敏COSY谱谱COSY谱，由于谱线信号色散分量作用，相谱，由于谱线信号色散分量作用，相邻的峰容易相互部分重叠，交叉峰的精细结邻的峰容易相互部分重叠，交叉峰的精细结构看不清楚，不便读出偶合常数。构看不清楚，不便读出偶合常数。相敏相敏COSY谱的相位很复杂，相位调节的质谱的相位很复杂，相位调节的质量直接影响偶合常数的检测即信号灵敏度。量直接影响偶合常数的检测即信号灵敏度。在在COSY谱中对角线与交叉峰相位总是相差谱中对角线与交叉峰相位总是相差90。相敏。相敏COSY谱中，磁化转移地结果产生谱中

22、，磁化转移地结果产生一对交叉峰相位相差一对交叉峰相位相差180。以。以AX体系为例。体系为例。其交叉峰为纯吸收线形，对角线为色散型。其交叉峰为纯吸收线形，对角线为色散型。谱图黄色圆圈为正吸收峰，橙色为负吸收峰。谱图黄色圆圈为正吸收峰，橙色为负吸收峰。注：横向注：横向M在旋转在旋转坐标系坐标系xy平面上的平面上的取向决定信号类型。取向决定信号类型。Y和和-y轴上分别为轴上分别为正负吸收信号；正负吸收信号；x和和-x轴则为正负色轴则为正负色散信号散信号。谱图正负峰以不同的颜色表示（下图蓝色圆圈为正谱图正负峰以不同的颜色表示（下图蓝色圆圈为正峰，红色为负峰）。也可以用实心表示正峰，空心峰，红色为负峰

23、）。也可以用实心表示正峰，空心表示负峰。表示负峰。其交叉峰为纯吸收线形，对角线为色散型其交叉峰为纯吸收线形，对角线为色散型从相敏从相敏COSY可以直接读出可以直接读出J值。这里需要辨认主动值。这里需要辨认主动偶合和被动偶合。所谓的偶合和被动偶合。所谓的主动偶合就是交叉峰相应主动偶合就是交叉峰相应两个核组之间的偶合两个核组之间的偶合。其余为被动偶合其余为被动偶合。主动偶合。主动偶合的每一对峰总是一正一负。被动偶合的交叉峰是相的每一对峰总是一正一负。被动偶合的交叉峰是相位相同（同为正或同为负）位相同（同为正或同为负）AMX主动偶合的每一对峰总是一正一负。主动偶合的每一对峰总是一正一负。被动偶合的交

24、叉峰是相位相同（同为正或同为负）被动偶合的交叉峰是相位相同（同为正或同为负）二二.天然丰度的双量子天然丰度的双量子13C谱谱 INADEQUATE (13C-13C-COSY)碳骨架直接测定法，是确定碳原子连接顺序的碳骨架直接测定法，是确定碳原子连接顺序的实验，一种双量子相干技术。是一种实验，一种双量子相干技术。是一种13C-13C化化学位移相关谱。在质子去偶的学位移相关谱。在质子去偶的13C谱中，除了谱中，除了13C信号外，还有比它弱信号外，还有比它弱200倍的倍的13C-13C偶合卫星峰，偶合卫星峰，13C-13C偶合含有丰富的分子结构和构型的信息。偶合含有丰富的分子结构和构型的信息。由于

25、碳是组成分子骨架，它更能直接反映化学由于碳是组成分子骨架，它更能直接反映化学键的特征与取代情况键的特征与取代情况。 由于由于13C天然丰度仅仅为天然丰度仅仅为1.1%，出现，出现13C-13C偶合的几率偶合的几率为为0.01.13C-13C偶合引起的卫线通常离偶合引起的卫线通常离13C强峰只有强峰只有20Hz左右，左右，其强度又仅仅是其强度又仅仅是13C强峰的强峰的1/200，这种弱峰往往出现在，这种弱峰往往出现在强强13C峰的腋部，加上旋转边带，质子去偶不完全，微峰的腋部，加上旋转边带，质子去偶不完全，微量杂质的影响等因素，量杂质的影响等因素，1JC-C测试非常困难。测试非常困难。利用双量子

26、跃迁的相位特性可以压住强线，突出卫线求利用双量子跃迁的相位特性可以压住强线，突出卫线求出出JC-C,并根据并根据Jc-c确定其相邻的碳。确定其相邻的碳。一个碳原子最多可以有四个碳与之相连，利一个碳原子最多可以有四个碳与之相连，利用双量子跃迁二维技术测量偶合碳的双量子用双量子跃迁二维技术测量偶合碳的双量子跃迁的频率。跃迁的频率。13C-13C同核偶合构成二核体系同核偶合构成二核体系（AX,AB）两个偶合的）两个偶合的13C核能产生双量子跃核能产生双量子跃迁，孤立的碳则不能。迁，孤立的碳则不能。双量子指跨越两个能级的跃迁。两个耦合的双量子指跨越两个能级的跃迁。两个耦合的13C核的两个自旋体系核的两

27、个自旋体系和和两个能级的相两个能级的相干性，称为双量子相干性。干性，称为双量子相干性。2D INADEQUATE的的2种形式种形式 F F2 2域为化学位移，域为化学位移，F F1 1域为双量子跃迁频率，相互耦合的域为双量子跃迁频率，相互耦合的2 2个碳个碳原子作为一对双峰排列在平行于原子作为一对双峰排列在平行于F F2 2域的同一水平线上。域的同一水平线上。一对耦合的碳（相当于一对耦合的碳（相当于AX体系）具有相同的双量子跃体系）具有相同的双量子跃迁频率，用水平连线示出，迁频率，用水平连线示出，如：如：C1-C2, C2-C3, C3-C4。由于双量子频率为偶合的一由于双量子频率为偶合的一对

28、对13C13C的单量子频率之的单量子频率之和，连线的中心落在和，连线的中心落在F1=2F2的准对角线上。的准对角线上。谱信息：谱信息：F2 是碳谱，单量子频率是碳谱，单量子频率F1是双量子频率，为偶是双量子频率，为偶合的一对合的一对13C13C的的 单量子频率之和单量子频率之和一对一对13C13C处于水平线处于水平线上，左右对称地处于准对上，左右对称地处于准对角线（角线（F1=2F2)两侧。两侧。 F2域和域和F1域均为域均为13C化学位移，类似于化学位移，类似于H, H COSY谱，相互耦谱，相互耦合的合的2个碳原子作为个碳原子作为一对双峰出现在对角一对双峰出现在对角线两侧对称的位置上。线两

29、侧对称的位置上。蔗糖Codeine可待因可待因18 - 11 - 16 - 15 - 17 - 13. 三。三。NOESY（Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy)o核间磁化传递是通过核间磁化传递是通过非相干作用传递非相干作用传递，这种传递是靠交叉驰，这种传递是靠交叉驰豫和化学交换来进行。即样品间偶极偶极传递的。它的基本豫和化学交换来进行。即样品间偶极偶极传递的。它的基本脉冲是：脉冲是：o/2-t1-/2-tm-/2-ACQNOESY的基本序列在的基本序列在COSY序列的基础上，加一个固定延迟序列的基础上，加一个固定延迟和第三脉冲，以检测和第三脉冲，以检测

30、NOE和化学交换的信息。混合时间和化学交换的信息。混合时间tm是是NOESY实验的关键参数，实验的关键参数，tm的选择对检测化学交换或的选择对检测化学交换或NOESY效果有很大影响。选择合适的效果有很大影响。选择合适的tm,可在最后一个脉冲，产生最可在最后一个脉冲，产生最大的交换，或建立最大的大的交换，或建立最大的NOE. tm应根据核的弛豫时间而定。应根据核的弛豫时间而定。由于由于 NOESY 实验是由实验是由 COSY 实实验发展而来为的，因此验发展而来为的，因此在图谱中在图谱中往往出现往往出现 COSY 峰，即峰，即 J偶合交偶合交叉峰，故在解析时需对照它的叉峰，故在解析时需对照它的1H

31、-1H COSY 谱将谱将J 偶合交叉峰扣除偶合交叉峰扣除。在相敏在相敏 NOESY 谱图中交叉峰有谱图中交叉峰有正峰和负峰，分别表示正的正峰和负峰，分别表示正的 NOE 和负的和负的 NOECOSY OF PBFNOESY of PBF化学位移和积分面积COSY 判断相邻连接关系531091611Codeine的的NOESY7, 8359101211Codeine在高场放大的在高场放大的NOESY131318181617171114161118131411, 13, 14, 18是空间距离相近是空间距离相近,非化学键相连非化学键相连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大环菌素相敏相敏NOESY与与COSY类似，类似，NOESY也适用于相敏形也适用于相敏形式。在这种相敏谱上，分辨率高，容易式。在这种相敏谱上，分辨率高，容易辨认信号峰，而且谱线比非相敏形式的辨认信号峰，而且谱线比非相敏形式的谱线狭窄，从而限制了假峰的产生，有谱线狭窄，

33、从而限制了假峰的产生，有效增加了灵敏度。效增加了灵敏度。NONOphase-sensitive NOESY of strychnine.马钱子四 TOCSY TOCSY脉冲序列：是一种旋转坐标系实验（自旋锁定实验），自旋锁定是一种旋转坐标系实验（自旋锁定实验），自旋锁定是把是把COSY序列中的第二脉冲以及序列中的第二脉冲以及NOESY序列中最序列中最后两个脉冲（包括混合时间），用一个长射频脉冲取后两个脉冲（包括混合时间），用一个长射频脉冲取代，把自旋沿着旋转坐标系的一个锁定，在这种情况代，把自旋沿着旋转坐标系的一个锁定，在这种情况下不存在化学位移差，通过发生标量偶合的磁化转移，下不存在化学位移

34、差，通过发生标量偶合的磁化转移，导致了全部相关。导致了全部相关。TOCSY也有称之为也有称之为HOHAHA.可可以提供自旋系统中偶合关联信息。以提供自旋系统中偶合关联信息。总相关谱 TOCSY对于对于AMX自旋系统自旋系统相关谱的相关峰：相关谱的相关峰：A-MM-X总相关谱相关峰为总相关谱相关峰为A-MM-XA-XHOHAHA是通过交叉极化产生Hartmann-Hahn能量转移，从而观察较低旋磁比核一种方法。它是通过增加混合时间，使一个质子的磁化矢量将重新分布到同一偶合网络的所有质子，得到多次的接力信息。增加混合时间，灵敏度降低，需采用高分辨相敏方法，交叉峰和对角峰都是吸收型，特别适用于具有独

35、立自旋体系的大分子，可进一步判断证实COSY中因信号严重重叠而造成的不确定结果。选择适当的参数可通过一次实验得到独立自旋体系所有质子相关信息。质子质子 a, b, c 和和 d 构成构成 自旋体系自旋体系, CH3CH2构构成另外一个网络系统，这是两个独立的自旋成另外一个网络系统，这是两个独立的自旋体系体系 ， COSY spectrum, CH2 a与与 CH2 b.相相关而在关而在 TOCSY spectrum,它不仅显示与质它不仅显示与质子子b相关，而且也与相关，而且也与 it would also show correlations to 两个（两个（CH2） c and d.相相关。

36、关。 混合时间变长, 跨多键的偶合出现交叉峰对粘度小的小分子，核的弛豫时间较长，设置长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)若采用一个弱自旋锁场一个弱自旋锁场，则在旋转坐标体系中产生交叉驰豫NOE,得到ROESY谱（Rotating NOE),即旋转坐标系中的NOE增强谱。又称之CAMELSPIN谱。它类似于NOESY，能提供空间距离相近的核的相关信息。它的基本序列与TOCSY相似，但采用低采用低功率自旋锁场功率自旋锁场，可由连续波照射或一系列小脉冲角脉冲组成混合脉冲。基本序列：/2-t1-(CW)X-ACQROESY 与NOESY区别：NOESY在分子量大和小的分子体系中，

38、灵敏度很高。小分子的快速运动，产生NOE,大分子或降温产生负NOE.而中等分子（3001500）或特殊形状分子，在NOESY中得不到交叉峰。而ROESY交叉峰与分子量的大小无关。由于ROESY是低的功率实验，可以检测到小的相互作用。当遇到中等大小的分子时（分子量约为 1000-3000），由于此时 NOE 的增益约为零，无法测到NOESY 谱中的相关峰（交叉峰），此时测定旋转坐标系中的 NOESY 则是一种理想的解决方法，这种方法称为 ROESY（ Rotating frame Overhause Effect Spectroscopy），由此测得的图谱称为 ROESY谱。ROESY 谱的解析

39、方法与 NOESY 相似，同样 ROESY 谱中的交叉峰并不全都表示空间相邻的关系，有一部分则是反映了耦合关系，因此在解谱时需注意。突出表现NOE效应的NOESY谱异香草醛异香草醛NOE交叉峰：醛基氢交叉峰：醛基氢a与芳与芳环上环上b、c位置上的氢空间相位置上的氢空间相关，甲氧基氢关，甲氧基氢e与芳环上与芳环上d位位置上的氢空间相关，置上的氢空间相关，对照其对照其H, H COSY谱，谱，c, d的交叉峰为的交叉峰为J偶合峰，而非偶合峰，而非NOE交叉峰，应予以扣除。交叉峰，应予以扣除。3 异核化学位移相关谱-Heteronuclear Correlation of chemical shif

40、t所谓异核化学位移相关谱是两个不同核的频率通所谓异核化学位移相关谱是两个不同核的频率通过标量偶合建立起来的相关谱过标量偶合建立起来的相关谱.应用最广泛的是应用最广泛的是1H-13C COSY. 1.1H-13C COSY.常规的常规的1H-13C COSY是指直接相连的是指直接相连的C-H之间的偶之间的偶合相关（合相关（1JCH）。）。基本脉冲：该该实验的关键是选择一个适合的混合期，以使实验的关键是选择一个适合的混合期，以使13C核和氢核的信息充分核和氢核的信息充分转移，即选择合适的转移，即选择合适的12。1H-13C-COSY谱图中F2为13C化学位移，F1为1H化学位移，没有对角峰，其交叉

41、峰表明C-H偶合的信息。解析时，可以从一已知的氢核信号，根据相关关系，即可找到与之相连的13C信号，反之亦然。可以从谱图中得到1JC-H的结构信息。1H化化学学位位移移13C 化学位移化学位移C，H COSY谱谱13C 化学位移化学位移1H化化学学位位移移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序列基本一样，只是在序列基本一样，只是在COLOC谱中的谱中的1，2对应于远程对应于

42、远程C-H偶合常数偶合常数nJ(2JCH,3JCH),而不是而不是1JCH.得到一键以上的得到一键以上的CH偶合相关信息，偶合相关信息，建立建立C-C之间的关联，可以跃过之间的关联，可以跃过N,O等其它官能团。成为推导结构归属信号，等其它官能团。成为推导结构归属信号，解决由于屏蔽效应难以解决的季碳归属的有力工具。由于该方法能够将季解决由于屏蔽效应难以解决的季碳归属的有力工具。由于该方法能够将季碳和相邻碳的质子相关，对于确定碳和相邻碳的质子相关，对于确定C-C连接非常有效。连接非常有效。常规的1H-13C-COSY没有季碳和其它质子的相关峰。COLOC 谱图类似于C-H-COSY,两个坐标（F1

43、,F2)是化学位移，交叉峰也类似于C-H-COSY，只是出现了小偶合的相关峰。COLOC最大的缺点是相关峰中包含所有的1JCH信号。解析谱图时一定要对照C-H-COSY。确定1JCH,分辨出2JCH,3JCH.COLOC 谱（远程C-H COSY）与与2D INADEQUATE相比，相比， 2 D 远程远程C-H COSY样品用量少，样品用量少，省时间，灵敏度高。省时间，灵敏度高。F1域：域：1H化学位移，化学位移，F2域：域：13C化学位移化学位移,先分别从先分别从F1F2域找到域找到CHO、OCH3、4位位C的相应信号的相应信号由香草醛由香草醛COLOC谱中谱中3J(H8 , C3)相关峰

44、可以决相关峰可以决定定OCH3连在连在C-3上，由上，由3J(H7 , C2)和和3J(H6, C7)相相关峰可以指认关峰可以指认CHO与与C1相连。相连。4位碳因连有位碳因连有OH，其化学，其化学位移处于次低场（羰基碳位移处于次低场（羰基碳在最低场），加上在最低场），加上2J(H5, C4)和和 3J(H6, C4)相关峰可相关峰可以指认以指认OH连在连在C-4上。上。3J(H8 , C3)2J(H5C4)3J(H6C4)3J(H6C7)3J(H7C2)H2,C7)(H2,C4)全去偶碳谱去偶氢谱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多量子跃迁谱常见的核磁是选择m=1的单量子跃迁。在偶极相互作用及其影响下，自旋体系的能级不再由单一态波函数，而变成混合态，可能出现m=0，2，3。的跃迁，称之为多量子跃迁。多量子跃迁指的是不满足选择m =

46、 1跃迁。其中m表示体系的总磁量子数，它们按照m 2, 3。称为n量子跃迁，而不问具体含几个跃迁。常见的多量子跃迁谱有HMQC,HMBC.与1H-13CCOSY,COLOC谱相似。由于多量子相干转移，使其灵敏度大大提高。对于测定时间相等的条件下所需的样品量为：INADEQUATE 200mg (400mM)1H-13CCOSY 510mg(20mM)COLOC 510mg(20mM)HMQC 1mg(5mM)HMBC 23mg(7mM)1 HMQC (1-bond CH correlation)1H检测的异核多量子相干谱HMQC是将1H信号的振幅及相位分别依13C化学位移及1H间的同核化学偶合

47、信息调制，并通过直接检测调制后的1H信号，获得13C-1H化学位移相关数据。它所提供的信息及谱图与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这个实验有一个变化，显示CH2与CH,CH3有不同的相位。CH2显示负的相位，在下图中用红色表示。在Codeine中的三个CH2很容易辨认。这种技术称之为HSQC-DEPT spectrum. HSQC-DEPT of CodeineHMBC (multiple-bond CH correlation) HMBC是一种测定远程1H-13C相关的十分灵敏的方法，给出远程1H-13C相关信息。特别是适用于检测与甲基有远程偶合的碳（2JCH,3JCH).基本原理：通过1H检测异核多量子相干调制，选择性地增加某些碳信号的灵敏度，是孤立的自旋体系相关联，而组成一个整体分子。抑制了直接偶合的1JCH信号强度