二维谱

• 但若要对有兴趣的基团或谱峰均进行选择性辐照，不 仅是费时费力的，还有可能遗漏，因而若以二维谱的 方式，用一张二维谱表示出所有基团间的NOE作用， 纵然灵敏度稍差，也是很具有吸引力的方法。
• 由于NOE对确定有机化合物结构、构型和构象 的作用及对生物分子能提供重要信息（如确定 蛋白质分子在溶液中的二级结构），故NOE类 二维谱在二维谱中占有重要的地位。 • 二维NOE谱简写为NOESY（Nuclear Overhauser Effect SpectroscopY）
二维谱
2D-NMR
COSY
• 氢氢相关
H,C-COSY
• HETCOR ，即HETero- nuclear CORrelation spectroscopy • 其相关谱表示该碳与对应的氢直接相连
• -紫罗兰酮的结构为：
10 H Me 7 9 6 2 1 8 O 3 5 4
其C-H COSY为：
?如果为典型的易识别化合物类型首先检索原药用植物或中药化学成分研究报道通过与已知化合物的氢谱数据对比若不超出核磁共振波谱仪的误差范围又有质谱数据对照的基本上可以鉴定结构1hnmr测定包括化学位移裂分情?13cnmr经氢谱辨明化合物纯度较好又不能判断其初步结构需要进一步的结构信息这时必须测定13cnmr波谱首先测定13c全去偶谱从13c看首先能进一步验证化合物是否为单一化合物
• 下图为化合物Brucine的HSQC谱。 Brucine 的化学结构为：
17 18
CH 3O OH3C
21 3 4
6
16
5
7 815Fra bibliotek14N 19
20
21
N9
10
13
O
12 11
22
O
24
23
HMBC
• HMBC[(1H-detected) heteronuclear multiple-bond correlation，（检出1H 的）异核多键相关]，把1H核和远程耦合 的13C核关联起来，它的作用相应于长 程H,C-COSY或COLOC。 • Brucine的HMBC谱（高场部分）如图所 示：
• 13C同位素的天然丰度只有1.1%，两个13C核 相连的几率就只有万分之一了。这也就是说 INADEQUATE实验的灵敏度很低，需要很多 样品（几十乃至上百毫克），且需要很长的实 验时间（有时候需要一周），因此目前的应用 受到了限制。 • 完成INADEQUATE的关键就是抑制掉单个 13C（无13C-13C耦合）的信号。
• 在二维谱实验中， F2的分辨率比F1维的分辨 率好得多，因为的F2分辨率决定于所用数据点 的多少而F1维的分辨率决定于t1的数目，后者 远小于前者，因此二维谱F1方向的分辨率比 F2维要差得多。 HMQC的F1维（ C ）分辨 率差是其较大的缺点，因而若是样品量较多， 宜做H,C-COSY。
根据部分结构可能判断是否为已知化合物，现有天然 产物大约80%以上是已知化合物，查阅文献，同类化 合物1H、13C-data比较→鉴定→已知化合物结构，必 符合三个条件：①1H谱数据一致，②13C谱数据一致， ③MS数据一致。
未见报道或未能推出较完整结构的继续测二维核磁共 振波谱或低分辨EI-MS
HMBC波谱图 立轴为氢谱，横 轴为碳谱，可以看 到，多个氢与同一 个碳有HMBC相关
O HO O H5
7 9 10 8 6 5 6" 6' 1' 5' 4' 3' 2' 4"
OH
4 CH3 3
1 2
CH3 O
11 11a 12 13 11b
H4
Lasalocid-A 的结构
O
16 16a 15
1
4
2
3
5
6
7
F2
6-7
F1
5-6
4-5
2-3
3-4 1-2 HO 2 1 OH
3
4
5
6
7
NOE类二维核磁共振谱
• 检测NOE可以采用一维方式或二维方式。 • 如采用一维方式，需选定某峰组，进行选择性辐照， 然后纪录此时的谱图，由扣去未辐照时的常规氢谱而 得的差谱，得到NOE信息（差谱中某些谱峰的区域呈 正峰或负峰）。由于预先的选择性辐照以使该跃迁达 到饱和，是一种稳定态下的实验，故灵敏度高。
• 除上述原因之外，在HMQC谱的F1方向还会显 示1H，1H之间的耦合裂分，它进一步降低F1 维的分辨，也使灵敏度下降。由于这个原因， HMQC近来常由HSQC所代替。
HSQC
• HSQC[(1H-detected) heteronuclear single-quantum coherence,（检出1H 的）异核单量子相干]谱 • HSQC在F1维方向不反映1H，1H之间的 耦合裂分；HMQC在F1维方向有1H，1H 之间的耦合裂分。 • HMQC和HSQC谱除在F1维可能有微小 的差别之外，二者外观是很近似的。
HSQC-TOCSY
• 将碳—氢相关与氢—氢 相关结合而得到的谱图， 不仅从一张谱图上得到 两种类型的结构信息， 而且能够方便地读出与 特定-CH-相耦合的所有 氢。见右图，注意相关 峰的颜色。 • 红色的相关峰是C-H相 关峰，黑色的为TOCSY 相关峰。
有机波谱测定和解析的一般程序
1H-NMR测定 ① 判断化合物的纯度 根据各共振峰的积分值的比例是 否为整数来判断，特别是低磁场处的共振峰信号。 ② 判断化合物结构类型，→分析是否需要做13C谱纯化 学单体 →读取部分1H数据，包括化学位移，裂分情 况，s, d, t, dd, 以及 J 值。初步判断官能团 →决定： 是否做13C谱。 • 如果为典型的易识别化合物类型，首先检索原药用植 物或中药化学成分研究报道，通过与已知化合物的氢 谱数据对比，若不超出核磁共振波谱仪的误差范围， 又有质谱数据对照的，基本上可以鉴定结构
2D-NMR
一般根据经验：首先由1H-NMR中得到的结构 信息中的未知部分，比如要了解不同氢的偶合 关系，可以测定H-H COSY, 即要解决或要搞 清楚那一部分结构相关的信息，通过获得的结 构信息进一步推断为之化合物的可能结构。可 以优先测定如1H-1HCOSY, 13C-1HCOSY, (HSQC), HMBC。

13C-NMR
经氢谱辨明化合物纯度较好，又不能判断其初 步结构，需要进一步的结构信息，这时必须测定13CNMR波谱，首先测定13C全去偶谱 从13C看首先能进一步验证化合物是否为单一化合物。
整理数据：13C数，CH、CH2 、CH3 、C数结合1H， 进一步判断化合物结构类型，初步确定结构
• 2D INADEQUATE谱的F2方向是碳谱， F1方 向是双量子频率。该频率正比与相互耦合的一 对碳原子的化学位移的平均值。 • 在2D INADEQUATE谱中有一条1=2 2的准 对角线，所有耦合的（相邻的）一对碳-13核， 在同一水平线上（ 1相同），左右对称地处 于准对角线的两侧且2分别等于它们的值处 有相关峰。据此可以找出相邻的两碳原子，进 而可以连出整个分子的碳原子骨架。
• NOESY的外观与COSY类似，其差别仅在与对角线外的交叉 峰不是表示的耦合关系而是NOE关系。
(f1) Hc
Hb Ha
C Hc
Hb (f2) Ha
• 交叉峰的大小决定于核间距离。
• aphanamol-I的结构和NOESY谱为：
11
1 2
O
9 8
5
6
10
3
12
4
7
13
14
15
OH
11 3
14 15a 15b
HO
HMBC
可以看到，多 个氢与同一个 碳有HMBC相 关
2D INADEQUATE
• INADEQUATE(incredible natural abundance double quantum transfer experiment)是确定碳原子 连接顺序的实验。 • 从鉴定有机化合物结构的观点来看，用实验直接确定 碳原子的连接顺序是最富吸引力的方法。前面已讨论 过的COSY加上H，C-COSY，可以找出碳原子的相互 连接关系，但这需要完成两个实验，且当连接链中存 在季碳原子时，会产生困难。用异核接力相关谱也可 以找出碳原子的连接顺序，但接力的传递未见得完全。 因此从方法学的角度来看， INADEQUATE，特别是 2D INADEQUATE是最理想的方法。 INADEQUATE 通过13C-13C的耦合从而找到它们之间的连接关系。
HMQC
• HMQC [(1H-detected) heteronuclear multiple-quantum coherence，（检出1H的） 异核多量子相干谱]. • HMQC谱和H,C-COSY谱是相应的，都表示直 接相连的1H和13C的相关。 • 二者的差别在与HMQC的F2维是H ，F1维是 C 。而H,C-COSY谱中F2维是C ，F1维是 H 。
• 在实际研究工作中不断积累经验（包括各种结 构的波谱特征），结合各种核磁共振波谱手段 才能逐步具备对未知有机化合物结构解析的能 力；同时，有机波谱也不是万能的，还需要一 些化学反应和半合成（在手性中心的鉴定尤是 如此），还有X-ray单晶衍射方法等。总之， 要尽可能利用多种方法、多种途径多方验证， 这样才能使鉴定的化合物结构正确。
总相关谱
• 总相关谱有两种不同的实验方式，其一为TOCSY(total correlation spectroscopy)， 另一为HOHAHA(homonuclear Hartmann-Hahn spectroscopy)。 TOCSY 和 HOHAHA脉冲序列不同

，但谱图是完全一样的，都是使处于同一耦合体系的所有氢核都出现相关峰（尽管某 些氢核之间的耦合常数可能为零）。
H
4 5
H H
H 8 H O
15
OH
HOESY
• HOESY是异核NOE谱（heteronuclear NOE spectroscopy)的缩写。 • HOESY和NOESY是相近的，只不过后者找出空间位 臵相近的氢核，前者则是找出空间位臵相近的两个种 类不同的核。
• HOESY的谱图则与H,C-COSY相似，差别在与后者的 交叉峰反映的是13C与1H之间的键连耦合关系，而 HOESY的交叉峰则反映的13C和 1H之间的NOE关系， 即它们在空间的距离是相近的。