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 COOH

12345678H8H7H5H3

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。

一般说来，在解析1H-1H COSY谱时，应首先选择一个容易识别，有确切归属的质子，以该质子为起点，通过确定各个质子间的偶合关系，指定分子中全部或大部分质子的归属，这就是我们通常所说的“从头开始”法。

在此基础上，再根据其13C-1H直接相关谱，确定有关碳的归属，而季碳一般要通过各种13C-1H远程相关谱归属。

14

β紫罗兰酮的1H-1H COSY 图谱

二、HMQC谱和HSQC谱

由于对偶合常数范围做了设定，

图谱上表现出来的只是1J CH 范围内的偶

合关系。

在二维图谱的一侧设定为1H的化学

位移，而另一侧设定为13C的化学位移，

则所得二维谱称作13C-1H相关谱

16

13C-1H COSY Spectrum （HMQC ）

HMQC ：

归属直接相连的碳氢之间关系。

13C-1H直接相关谱是异核相关谱中最主要的一种。异核相关谱中确定偶合关系只要顺着碳、氢信号分别向下和水平方向引直线，其交点处出现的信号峰即为相关峰，在13C-1H直接相关谱中相关峰则表示与此相应的碳氢直接相连。

常规的13C-1H直接相关谱样品的用量较大，测定时间较长。HMQC技术很好地克服了上述缺点，HMQC是通过多量子相干间接检测低磁旋比核13C的新技术。

HMQC 的F1维（δ

C ）分辨率差是其

较大的缺点。此外，在HMQC谱的F1方向还会显示1H，1H之间的偶合裂分，它进一步降低F1维的分辨率，也使灵敏度下降。由于这个原因，近年来，HSQC常用来代替HMQC，它不会显示F1方向1H，1H之间的偶合裂分。

HMQC和HSQC 除在F1维可能有微小的差别之外，二者外观是很近似的。

HMQC和HSQC，尤其是HSQC由于测试要求的样品量相应减少，特别适用于中药和天然药物有效成分的结构测定，是目前国内外获得碳氢直接连接信息最主要的手段。

▪伯碳（CH

3）只与一组氢（3个H）出

现一个相关峰（氢被裂分除外），▪叔碳（CH）也只与相应的一个氢出现相关峰。

▪仲碳（CH

2）在有些情况下，如连接

着不对称碳原子，可能与两个化学位移值相差较大的不等价质子出现两个相关峰。

在HSQC和HMQC谱中

三、HMBC谱

最早应用的碳氢远程相关谱是13C-1H Long Range COSY谱，随后进一步开发应用了COLOC谱。这两种技术存在灵敏度低，需要样品量大，测试时间长的缺点。近年开发并得到广泛应用的HMBC谱则克服了上述不足，是迄今为止最强有力、而且应用最普遍的二维核磁共振技术。

HMBC为1H检测的异核多键相关谱，是通过多量子相干间接检测低磁旋比核13C的新技术。

其目的是突出表现相隔2个键（2J

CH ）和相

隔3个键（3J

CH

）的碳氢之间的偶合。

但由于技术上的原因，尚不能完全去掉直

接相连的碳氢之间的偶合（1J

CH ）解析图谱时

要注意区别。

HMBC谱特别方便地应用于结构中存在较多角甲基的三萜和甾体等类化合物的结构研究。

下图是三萜化合物lycoclavanol的HMBC谱