二维相关谱图(课堂PPT)
有机波谱解析二维(共19张PPT)
远隔H,C-COSY:long-rang H,C-COSY或称为COLOC.
1H,13C-COSY (异核相关)
测定目的:确定(或归属)C和H之间的连接方式
这些经验对谱的解释非常有用.
目的:观察 H与2~3根化学键结合的 C的相关峰, 在用1途3:C核发的现信(或号归得属到)存归在属着情相况互下偶,合进关行系1H的核1信1H核号,的进而确定分子中各种质子的配置或连接.
CH3
Br
CC
H
CO
O
CH3
CH3 HB
MeO
CA CB
ss
CC CD
tq
1J
HA OH
在结构解析中的应用
例1. 确定羰基硒化产物的结构.
O MeO C
O C NMe2
Mox
Se P Se
Mox P
P Mox
Se Se Se
sealed tube, 80oC
X MeO C
Y C NMe2
1
2a: X =Se, Y =O ?
COLOC能够获得的信息
(箭1)头普表通示1可H能,13出C现-*C相O1应SY的个交1叉H峰核与2~3根化学键结合的13C也显示交叉峰.因此,当1H谱的归
属达到一定程度时,本法对碳骨架的决定尤为重要.
* COCLO通常与普通H,C-COSY组合使用.
COLOC能够获得的信息
相隔3根化学键的1H和13C是相关核,一般能够观察到交叉峰的存
2b: X =O, Y =Se ?
• 其它信息:MS测定以及元素分析表明只有一个羰基被转换成硒 代羰基.
以及在此基础上发展起来的其它各种特殊测定
1H,1H-COSY
X
P
二维谱
• 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
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)。
• 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 8
15
14
N 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:
10-红外光谱二维相关
1 ~ y (ν 1 )Τ ~ y (ν 2 ) Φ (ν 1 ,ν 2 ) = m −1
异步相关强度的计算(一)
• 对于异步相关强度的数值计算方法较多,其中最简单有效的方 法,是通过Hilbert变换得到 。
1 m ~ ~ Ψ (ν 1 ,ν 2 ) = y ( ν ) ⋅ z j (ν 2 ) ∑ j 1 m − 1 j =1
�
其中,
~ z j (v 2 ) = ∑ N jk ⋅ ~ y k (ν 2 )
k =1
m
�
而Njk对应于Hilbert-Noda转换矩阵中的第 j行k列元素
⎧ 0 ⎪ N jk = ⎨ 1 ⎪ ⎩π (k − j )
j=k
其他情况
异步相关强度的计算(二)
• 则异步相关强度由下式给出:
1 ~ Ψ (ν 1 ,ν 2 ) = y (ν 1 )Τ N~ y (ν 2 ) m −1
•
•
二维相关异步谱的解释
• 二维异步相关谱仍呈正方形,但无对 角线峰,仅有对角线外的峰,即交叉 峰。异步相关谱中的交叉峰表明与它 相应的两个红外吸收的偶极跃迁矩的 重定向行为是独立的,因此这种 “相关 峰”正好说明与这两个吸收相对应的官 能团没有相互连接、相互作用的 “ 相 关”。 异步相关谱也有正、负号之分,它反 映了所对应的两个偶极跃迁矩重定向 的相对快慢。一个正的交叉峰说明在 v1 处的光谱强度的变化比在 v2 处的变 化提前发生,而负的交叉峰则恰恰相 反,说明在 v2 处的光谱强度的变化比 在v1处的变化提前发生。
3600
3400 cm-1
3分子。由于被激发的分子 的驰豫过程慢于红外光谱的时标,因而可用前述的时间分 辨技术,检测动态过程,经处理得到二维红外光谱。
二维相关谱图(课堂PPT)
Fourier transform
Y~1( )
~y (n 1 , t )
e i t dt
Y~2*( )
~y(n 2 , t)
eit dt
2D correlation spectra
1
F(n1,n2 ) i Y(n1,n2 ) (Tmax Tmin )
0
Y~1( ) Y~2*( )
Applied Spectroscopy, vol. 54, no. 7, July, 2000. (Special issue on generalized 2D correlation spectroscopy)
2020/4/27
Y. Ozaki and I. Noda, Eds. Two-Dimensional Correlation Spectroscopy, AIP Conference proceedings 503, AIP: Melville, 2000.
d
F(n1, n2) synchronous spectrum Y(n1, n2) asynchronous spectrum
2020/4/27
9
Practical Computational Method
Discrete spectral sampling
~y j
(n
)
y
j
(n
) 0
y(n
• DOP aliphatic chains move asynchronously (independently)
with respect to PS phenyl rings
21
2020/4/27
Remola Model of Plasticization
二维核磁共振谱课件
脉冲-傅里叶变换核磁共振波谱仪的问世使同位素丰度 低、灵敏度低的同位素的核磁共振测定得以实现。核磁 共振二维谱的出现开创了核磁共振波谱学的新时期。对 鉴定有机化合物结构来说,解决问题更客观、可靠,而 且大大地提高了所能解决 的难度和增加了解决问题途径 的多样性。由于二维谱的脉冲序列不断涌现,有人称之 为“自旋工程”。 为了能对二维谱有一个比较深入的认识,以便能较好地 识谱,将阐述脉冲序列和二维谱的理论。
F S F和S相对2πν是对称分布的,此处2πν为横向磁化矢量平均的转动角速 2πν 2πν 度,相应于该核化学位移值。 随着时间的增加,F和S散开的角度也增大,到DE终点c时由于绕x’轴 的180º脉冲的作用,F和S的前后位置相互颠倒,在d时刻,F处于2πν之 后,S处于2πν之前,但F比S旋转快;随着旋转,F和S逐渐向中心(2w) 靠拢,在第二个DE中发生变化恰是第一个DE中发生的逆过程。在第 二个DE的终点e,F、S和2 πν会聚在一起,形成一个回波,即自旋回 波.这个过程也可称为重聚集。 当样品混有蛋白质、高聚物时,采用自旋回波可保留样品信号,消去大分 子的信号。因大分子的T2小,经过若干次自旋回波之后,其信号消失,以 后的自旋回波仅反映样品(小分子)的信号。 ·
矢 量一直沿着y‘轴方向,与13C 相 连的氢有两个磁化矢量将从Y ’ 轴方向开始,分别以2π ·1JCH/ 的角速度沿顺时针、反时针方 向旋转。到(c)点时α,β均转动 了 2π /2,亦即α,β二磁化矢量分 别沿X ‘和- X ’轴方向。与12C相连的氢的磁化矢量仍沿Y ‘轴。对1H 施加180º X ‘脉冲,沿Y ’轴的磁化矢量转到- Y ’轴,沿± X ‘轴的磁 化矢量保持不动。紧接着就施加对13C的180 X ‘脉冲, α,β的旋转方向改 变(e点)。在(f)点,与12C相连的氢的磁化矢量会聚于Y ’轴,而与13C相 连的氢的磁化矢量沿着-Y ’轴方向。经90 X ‘脉冲的作用( g点),与12C 相连的氢的磁化矢量沿Z轴方向,与13C相连的氢的磁化矢量则沿-Z轴。
核磁共振波谱-二维谱(研)归纳.ppt
演示课件
4.4.2 二维核磁共振谱的分类
15
(1)J分解谱 (J resolved spectroscopy)把化学位 移和自旋偶合的作用分辨开来,包括异 核和同核J谱。
(2)化学位移相关谱 (chemical shift correlation spectroscopy)是二维谱 的核心,通常所指的二维谱就是化学位移相关谱。
二维核磁共振谱
(2D-NMR)
化工与环境学院
2
目录
4.4.1 二维核磁共振谱基础知识 4.4.2 二维核磁共振谱的分类 4.4.3 常见二维核磁共振谱的原理及解析 4.4.4 核磁共振谱的综合解析
演示课件
NMR
射频脉 冲
一
预备期
维
实 验 过 程
检测期 (t2)
S (t2)
傅立叶 变换
S (2)
演示课件
发展期(演化期)(t1) Evolution period
混合期 Mixing period
在t1开始时由一个脉冲或几个脉冲使体系激发,此 时间系控制磁化强度运动,并根据各种不同的化 学环境的不同进动频率对它们的横向磁化矢量作 出标识。
通过相干或极化的传递,建立检测条件。
检测期(t2) Detection period
17
H(1)(δ5.85)有四个点,反 映了其分别与H(2)和H(3)耦 合,从图中可直接读出耦合常数 分别为J1,2=2Hz和J1,3=10Hz。同样 H(4)(δ4.20)与H(5) (δ1.70)耦合,有三个点, J4,5=6.5Hz;H(5)则分别与H(4) 和H(6)耦合,有9个点(其中有 两个部分重合),J4,5=6.5Hz, J5,6=8.0Hz。
波谱分析课件:第4章 二维核磁共振谱1
同核二维J分解氢谱
异核二维J分解碳谱
4.2.1 同核二维J分解氢谱
脉冲序列为
同核AX体系的自旋回波示意图
紫草素的部分1H-NMR谱和二维J分解氢谱
Hax
7
Heq O H
5 1 4 10 11
a b
Hax
3
H3eq 3.69ddd
H
9
H O
H H 1
Heq
Hz 20 10 F1 10 20
二维核磁共振的关键是引入了第二个时间变量:演化期t1
。当样品中核自旋被激发后,它以确定频率进动,并且这 种进动行为将延续一段时间。表征这一特性的是横向弛豫 时间T2。对液体来说,T2一般为几秒。
通过检测期可以记录演化期 t1内核自旋的行为:在演化期 内从t1 = 0 开始,用某个固定的时间增量t1逐步延迟时 间t1进行一系列实验,每一个t1产生一个单独的FID,得 到Ni个FID。这样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)。
• 断 面 图
20 0 20 Hz H3ax 4.08 dd (a) 4.2 4.1 4.0 3.9
(b)
4.2 H7ax 3.72 ddd
4.0
3.8
F2
3.6
3.4
3.2 ppm
H3eq
H7eq 3.42 ddd
3.8 3.7 360MHz
1
3.6 H NMR
3.5
3.4
3.3 ppm
化合物2的同核二维J分解氢谱 (a)部分1H-NMR谱 (b) 堆积图 (c) 投影图 (d) 断面图
二维核磁共振谱概述 ppt课件
ppt课件
2
二维谱的表现方式
等高线图中最中心的圆圈 表示峰的位置,圆圈的数 目表示峰的强度。
等高线图
ppt课件
3
化学位移相关谱
同核位移相关谱
异核位移相关谱 NOE
ppt课件
4
同核位移相关谱
1H-1H
COSY ,COSY是correlated spectroscopy的缩写。
交叉峰或 相关峰 对角峰或 自相关峰
ppt课件 7
3
1
4
5
6
ppt课件 2-己酮 H-HCOSY
8
1
1 234 56 7
23
56
7
4
3 2
H H
H 4 5 6 7 C=C-O-CH2-CH2-CH2-CH3
1
ppt课件
9
ppt课件
10
ppt课件
11
异核位移相关谱
C-H COSY 是13C 和1H 核之间的位移相关谱。 它反映了13C和1H 核之间的关系。
二维核磁共振谱概述
什么是二维核磁共振谱?
二维核磁共振谱:
是有两个时间变量,经两次傅利叶变换得到 的两个独立的频率变量的谱图。一般用第二个时 间变量 t2 表示采样时间,第一个时间变量 t1 则是 与 t2 无关的独立变量,是脉冲序列中的某一个变 化的时间间隔。
ppt课件
1
二维谱的分类
J分解谱 J Resolved Spectroscopy, d-J 谱 同核 (homonuclear), 异核(heteronuclear) 化学位移相关谱 Chemical Shift Correlation Spectroscopy, d- d 谱 同核耦合, 异核耦合, NOE 和化学交换 多量子谱 Multiple Quantum Spectroscopy
二维谱
二维核磁共振二维傅立叶变换核磁共振(2D-FT-NMR)是八十年代发展起来的核磁共振新技术。
二维谱是将NMR提供的信息,如化学位移和偶合常数,氢化学位移和碳化学位移等在二维平面上展开绘制成的图谱。
二维谱可分为同核化学位移相关谱和异核化学位移相关谱前者如1H-1H COSY谱,13C-13C COSY谱,后者则为各种13C-1H COSY谱等。
一、1H-1H COSY谱氢-氢相关谱(1H-1H COSY谱)是二维谱中最常用的。
在氢-氢相关谱上的横轴和纵轴均设定成为氢的化学位移,两个坐标轴上则画有通常的一维谱。
(1)对角峰与相关峰下面是乙酸乙酯的1H-1H COSY谱•在相关谱中,位于对角线的峰叫做对角峰如图中信号3•因相邻两原子间或有远程偶合关系的原子间的偶合而引起的,出现在对角线两侧对称的位置上的峰叫做相关峰。
如图中a和a’(2)偶合关系的确定偶合关系的确定有四种方式:▪A方式:从信号2向下引一条垂线和相关峰a相遇,再从a向左划一水平线和信号1相遇,则可确定信号1和2之间存在着偶合关系。
▪B方式:先从信号2向下划一垂线和a相遇,再从a向右划一水平线至对角峰[1],再由[1]向上引一垂线至信号1,即可确定偶合关系。
▪C方式:按照与B方式相反方向进行。
▪D方式:从1H-1H COSY谱的高磁场侧解析时,除C方式外,也常常采用D 方式。
即从1向下引一条垂线,通过对角峰[1]至a’,再从a’向左划一条水平线,即和1的偶合对象(2)的对角峰[2]相遇,从[2]向上划一垂线至信号2即可确定。
应用1H-1H COSY谱解析化合物的结构就是基于分子中相互偶合的氢之间在谱中会出现相关峰,出现相关峰的质子之间可以是间隔3个键的邻偶,也可以是间隔4个键以上的远程偶合,特别是偶合常数较小的远程偶合,在一维氢谱中有时很难观察到,因而成为1H-1H COSY谱的一个优势。
N H HO O COOH12345678H8H7H5H3在该化合物的二维1H-1H COSY谱中,H-7和H-8的相关峰最强,H-5和H-7的相关峰强度次之,H-5和H-8的相关峰最弱,这也说明两个质子之间的偶合常数越大,相关峰越强,两个原子之间的偶合常数越小,相关峰越弱,这也是1H-1H COSY谱的普通规律。
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Applied Spectroscopy, vol. 54, no. 7, July, 2000. (Special issue on generalized 2D correlation spectroscopy)
2020/4/27
Y. Ozaki and I. Noda, Eds. Two-Dimensional Correlation Spectroscopy, AIP Conference proceedings 503, AIP: Melville, 2000.
readily observable in conventional 1D spectra ▪ Sign of cross peaks to determine relative direction of intensity changes and
sequential order of events ▪ Comparison of different spectral data via hetero-correlation
2020/4/27
3
Generalized 2D Correlation Spectroscopy
Perturbation-based 2D correlation spectroscopy
I. Noda, Appl. Spectrosc., 47, 1329 (1993).
2020/4/27
4
Reference Literature
1
F(n1,n2 ) m 1
m j 1
~y j (n1) ~y j (n2 )
1
Y(n1,n2 ) m 1
m j 1
~y j (n1) ~z j (n2 )
2020/4/27
8
Generalized 2D Correlation Formalism
Dynamic spectrum
~y (n,
t)
y(n
,
t
) 0
y(n
)
for Tmin t Tmax otherwise
where
y(n) 1
Tmax y(n , t) dt.
T T max
min Tmin
Fourier transform
Y~1( )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
~y (n 1 , t )
e i t dt
Y~2*( )
~y(n 2 , t)
eit dt
2D correlation spectra
1
F(n1,n2 ) i Y(n1,n2 ) (Tmax Tmin )
0
Y~1( ) Y~2*( )
▪ Generally applicable to a broad range of spectroscopic techniques ▪ Based on a set of spectral data from a system under some perturbation ▪ Either time-dependent or static spectra may be used ▪ Enhance spectral resolution by spreading peaks along the second dimension ▪ Selective development of 2D peaks provides better access to information not
)
for 1 j m otherwise
Discrete Hilbert transform
y(n ) 1
m
m
y j (n )
j 1
m
~z j (n2 ) N jk ~yk (n2 )
k 1
where
0
N jk
1
/
(k
j)
if j k otherwise
2D correlation spectra
d
F(n1, n2) synchronous spectrum Y(n1, n2) asynchronous spectrum
2020/4/27
9
Practical Computational Method
Discrete spectral sampling
~y j
(n
)
y
j
(n
) 0
y(n
Perturbation
S(t)
Input
I(n)
System
Output
~y (n1,t)
~y(n 2,t) ...
~y (n n ,t)
Comparison of two signals
measured at different n along t
Cross-correlation function
2008年中国科大
Two-Dimensional (2D) Correlation Spectroscopy
2020/4/27
武培怡
复旦大学高分子科学系
1
2020/4/27
Two-Dimensional (2D) Spectroscopy
2020/4/27
2
2020/4/27
Generalized 2D Correlation Spectroscopy
Temperature, pressure, time, concentration, electromagnetic field ……
2D Correlation Spectra
Acquisition of 2D Correlation Spectra
2020/4/27
7
7
2D Correlation Analysis
5
Book
2020/4/27
6
Generalized Two-Dimensional Correlation Spectroscopy
Electromagnetic Probe IR, NIR, laser ……
Chemical System
Dynamic Spectra
External Perturbation
(n1,n2) ~y(n1,t) ~y(n2,t')
= F(n1,n2) + i Y(n1,n2)
Synchronous spectrum F(n1,n2) = Similarity of signal dependence on t
Asynchronous spectrum Y(n1,n2) = Dissimilarity of signal dependence on t