二维核磁共振谱ppt课件
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仪器分析课件11.5 二维核磁共振波谱
间二硝基苯 1H-1H 相关谱
2020/7/7
1H-13C相关谱
2020/7/7
薄荷醇
1H-13C相 关谱
2020/7/7
内容选择
11.1 核磁共振原理 11.2 核磁共振波谱仪 11.3 1H核磁共振波谱 11.4 13C核磁共振波谱 11.5 二维核磁共振波谱 第十二章
结束
2020/7/7
通过记录一系列的1D NMR 谱图获得的，每个1D NMR实验的差别仅在于在脉冲序列引入时间增量Δt （t1= t +Δt）。
2020/7/7
11.5.2 2D NMR相关谱
1.1H-1H 相关谱 (1～4)
2020/7/7
1H-1H 相关谱 (ppm6.8～8.6）
2020/7/7
2D NMR 相关谱
第十一章 核磁共振波谱法
Nuclear magnetic resonance spectroscopy; NMR
第五节 二维核磁 共振波谱
2D NMR
11.5.1 概述 11.5.2 2D NMR谱
2020/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/7
脉冲序列
在x轴施加不同脉冲角度的射频宏观磁化强度矢量M的 变化情况。
2020/7/7
自旋回波的脉冲序列
90x
180x
DE
DE
AQT
自旋回波的脉冲序列为90x°—DE—180x°—DE— AQT，DE表示某一固定的时间间隔（delay）；AQT表示 测定信号的采样时间 。
2020/7/7
1D NMR的脉冲序列和原理示意图
2020/7/7
傅 里 叶 变 换
2020/7/7
2D NMR
2020/7/7
1H-13C相关谱
2020/7/7
薄荷醇
1H-13C相 关谱
2020/7/7
内容选择
11.1 核磁共振原理 11.2 核磁共振波谱仪 11.3 1H核磁共振波谱 11.4 13C核磁共振波谱 11.5 二维核磁共振波谱 第十二章
结束
2020/7/7
通过记录一系列的1D NMR 谱图获得的，每个1D NMR实验的差别仅在于在脉冲序列引入时间增量Δt （t1= t +Δt）。
2020/7/7
11.5.2 2D NMR相关谱
1.1H-1H 相关谱 (1～4)
2020/7/7
1H-1H 相关谱 (ppm6.8～8.6）
2020/7/7
2D NMR 相关谱
第十一章 核磁共振波谱法
Nuclear magnetic resonance spectroscopy; NMR
第五节 二维核磁 共振波谱
2D NMR
11.5.1 概述 11.5.2 2D NMR谱
2020/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/7
脉冲序列
在x轴施加不同脉冲角度的射频宏观磁化强度矢量M的 变化情况。
2020/7/7
自旋回波的脉冲序列
90x
180x
DE
DE
AQT
自旋回波的脉冲序列为90x°—DE—180x°—DE— AQT，DE表示某一固定的时间间隔（delay）；AQT表示 测定信号的采样时间 。
2020/7/7
1D NMR的脉冲序列和原理示意图
2020/7/7
傅 里 叶 变 换
2020/7/7
2D NMR
第四章 二维核磁共振谱
第四章二维核磁共振谱4．1二维核磁共振的概述1．什么是二维谱二维核磁共振(2D NMR)方法是有Jeener 于1971年首先提出的,是一维谱衍生出来的新实验方法.引入二维后,减少了谱线的拥挤和重叠,提高了核之间相互关系的新信息.因而增加了结构信息,有利于复杂谱图的解析.特别是应用于复杂的天然产物和生物大分子的结构鉴定,2DNMR是目前适用于研究溶液中生物大分子构象的唯一技术.一维谱的信号是一个频率的函数,记为S(ω),共振峰分别在一条频率轴上.而二维谱是两个独立频率变量的信号函数,记为S(ω1,ω2),共振峰分布在由两个频率轴组成的平面上.2D-NMR的最大特点是将化学位移,偶合常数等参数字二维平面上展开,于是在一般一维谱中重叠在一个频率轴上的信号,被分散到两个独立的频率轴构成的二维平面上.,同时检测出共振核之间的相互作用.原则上二维谱可以用概念上不同的三种实验获得,(如图 4.1),(1).频率域实验(frequency- frequency) (2).混合时域(frequency-time)实验(3). 时域(time-time)实验.它是获得二维谱的主要方法,以两个独立的时间变量进行一系列实验,得到S(t1,t2),经过两次傅立叶变换得到二维谱S(ω1,ω2).通常所指的2D-NMR均是时间域二维实验.图4.1 2D-NMR 三种获得方式2．二维谱实验二维谱实验中，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四个区间。
（如图所示）图4.2 一般二维谱实验（1）预备期：预备期在时间轴上通常是一个较长的时期，使核自旋体系回复对平衡状态，在预备期末加一个或多个射频脉冲，以产生所需要的单量子或多量子相干。
（2）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。
（3）在此期间通过相干或极化的传递，建立检测条件。
第四章 二维核磁共振谱
第四章二维核磁共振谱4．1二维核磁共振的概述1．什么是二维谱二维核磁共振(2D NMR)方法是有Jeener 于1971年首先提出的,是一维谱衍生出来的新实验方法.引入二维后,减少了谱线的拥挤和重叠,提高了核之间相互关系的新信息.因而增加了结构信息,有利于复杂谱图的解析.特别是应用于复杂的天然产物和生物大分子的结构鉴定,2DNMR是目前适用于研究溶液中生物大分子构象的唯一技术.一维谱的信号是一个频率的函数,记为S(ω),共振峰分别在一条频率轴上.而二维谱是两个独立频率变量的信号函数,记为S(ω1,ω2),共振峰分布在由两个频率轴组成的平面上.2D-NMR的最大特点是将化学位移,偶合常数等参数字二维平面上展开,于是在一般一维谱中重叠在一个频率轴上的信号,被分散到两个独立的频率轴构成的二维平面上.,同时检测出共振核之间的相互作用.原则上二维谱可以用概念上不同的三种实验获得,(如图 4.1),(1).频率域实验(frequency- frequency) (2).混合时域(frequency-time)实验(3). 时域(time-time)实验.它是获得二维谱的主要方法,以两个独立的时间变量进行一系列实验,得到S(t1,t2),经过两次傅立叶变换得到二维谱S(ω1,ω2).通常所指的2D-NMR均是时间域二维实验.图4.1 2D-NMR 三种获得方式2．二维谱实验二维谱实验中，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四个区间。
（如图所示）图4.2 一般二维谱实验（1）预备期：预备期在时间轴上通常是一个较长的时期，使核自旋体系回复对平衡状态，在预备期末加一个或多个射频脉冲，以产生所需要的单量子或多量子相干。
（2）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。
（3）在此期间通过相干或极化的传递，建立检测条件。
第三章 二维核磁谱解析ppt课件
从NOESY 谱可以判断分子组装:
从NOESY 谱可以判断分子组装:
通过氢谱也可以识别，因为前者结构中两个－ Ph 是等价的 ，化学位移相同，而后者不同。
从NOESY 谱可以判断分子组装:
从NOESY 谱可以判断分子组装:
H1ROESY 光谱清楚地显示了环糊精内腔的H-3, H-5 质子与 呋喃环质子的NOE 相关峰(峰A, B, C, D, E, F), 表明呋喃环 进入了环糊精的空腔 . 图中呋喃环上的质子 (HF5,HF4)与环糊 精空腔质子(H-3)的较强相关峰(A, C), 强于质子(HF5, HF4)与 环糊精空腔质子 (H-5) 的相关峰 (B, D); 这些质子相关峰的强 弱说明了取代基呋喃环更靠近环糊精的质子H-3, 即呋喃环位 于环糊精的第二面羟基.同时在谱图中我们能看到, 呋喃环质 子HF3 与H-3 之间存在较弱的相关峰(E), 以及HCH2 与H-3 的弱相关峰 (F),这进一步说明了呋喃环是从环糊精第二面羟 基进入了另外一个环糊精的空腔, 如图4b 所示
COS Y 谱中的对角线把 COSY 谱分为两个部分 . 因为常见
COSY 谱的对角线从左下到右上， 所以COSY 谱的这两部 分就是左上和右下. 由于COSY 谱中的相关峰是沿着对角线 对称分布的， 四此 COSY 谱中两个部分所含的信息相同， 只分析其中的任一部分即可.
3.3 NOESY 谱和ROESY谱 NOESY 谱和ROESY 谱都属于NOE 类相关谱. 这俩种 二维谱的原理和效果有些差别，主要根据所研究的有机化合 物选择.但是这两种二维谱的外形和解析方法是一样的. 在测定常规核磁共振氢谱之后， 如果化合物的结构中有 两个H，它们之间的空间距离比较近（小于5X10-10 m) ，照 射其中一个H的峰组时测定氢谱. 与该H相近的另外一个H的 峰组面积会变化，这就是NOE 效应. 做NOE 差谱，把后面 测得的氢谱减去原来的 ( 常规）氢谱，面积有变化的地方就 会出峰，这就可以发现NOE 效应. 上述的方法是用一维谱的 方式测定NOE 效应. 如果一个化合物中有若干成对的氢原子 空间距离相近，需要照射若干次， 这样显然不方便. NOE 类 的二维谱则是通过一张 NOE 类的二维谱找到 - 个化合物内所 有空间距离相近的氢原子对.
二维核磁共振谱课件
第二章 二维核磁共振谱
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。
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。
核磁课件 二维谱
第五章 二维核磁共振波谱
Two-dimentional NMR spectra
1
1971年J. Jeener 首次提出了二维核磁共振的概念；Ernst教 授进行了大量卓有成效的研究，推动了二维核磁共振的发展， 再加上他对脉冲-傅立叶变换核磁共振的贡献，获1991年诺 贝尔化学奖 提供相互偶合的观察核之间的相关关系信息 研究分子与分子之间相互作用 确定复杂分子（如生物分子）的结构，了解生物分子在溶液 状态时的空间结构（X-单晶衍射无法做到）
13
H-H二维谱需进行对称处理，去掉不对称的噪声峰。
H-H COSY二对称处理前后的谱图 H-H COSY, TOCSY ；HMQC, HSQC； HMBC
14
2.1、1H-1H COSY
• H-H COSY (H-H correlated spectroscopy) 同核位移相关谱
15
1H-1H COSY谱中的相关峰表示与该峰相交的两个峰之间有 自旋－自旋偶合（J－Coupling）存在。
9
10
11
二. 化学位移相关谱 （COSY）
Two-Dimesional Chemical Shift Correlation Spectroscopy
COSY作用：给出不同化学位移吸收峰之间的空间相关性。 包括同核COSY(通常为H-H耦合)和异核COSY(通常为H-C耦合)。 给出的信息：可以获得H-H之间的2J和3J耦合信息，甚至长程耦合信
通常在化学结构上，两个峰之间有自旋－自旋偶合表示产生 该峰的两个原子之间相隔的化学键数在三键以下。（当它们 之间有双键或三键存在时，四键或五键之间的原子也会有J偶 合存在）
相关峰的强弱(高低)与偶合常数J 值的大小有关，J 值越大相 关峰越强；当偶合常数（J 值）很小时，一维谱上可能表现 不出峰的偶合裂分，但二维谱上仍可能表现出相关峰。
Two-dimentional NMR spectra
1
1971年J. Jeener 首次提出了二维核磁共振的概念；Ernst教 授进行了大量卓有成效的研究，推动了二维核磁共振的发展， 再加上他对脉冲-傅立叶变换核磁共振的贡献，获1991年诺 贝尔化学奖 提供相互偶合的观察核之间的相关关系信息 研究分子与分子之间相互作用 确定复杂分子（如生物分子）的结构，了解生物分子在溶液 状态时的空间结构（X-单晶衍射无法做到）
13
H-H二维谱需进行对称处理，去掉不对称的噪声峰。
H-H COSY二对称处理前后的谱图 H-H COSY, TOCSY ；HMQC, HSQC； HMBC
14
2.1、1H-1H COSY
• H-H COSY (H-H correlated spectroscopy) 同核位移相关谱
15
1H-1H COSY谱中的相关峰表示与该峰相交的两个峰之间有 自旋－自旋偶合（J－Coupling）存在。
9
10
11
二. 化学位移相关谱 （COSY）
Two-Dimesional Chemical Shift Correlation Spectroscopy
COSY作用：给出不同化学位移吸收峰之间的空间相关性。 包括同核COSY(通常为H-H耦合)和异核COSY(通常为H-C耦合)。 给出的信息：可以获得H-H之间的2J和3J耦合信息，甚至长程耦合信
通常在化学结构上，两个峰之间有自旋－自旋偶合表示产生 该峰的两个原子之间相隔的化学键数在三键以下。（当它们 之间有双键或三键存在时，四键或五键之间的原子也会有J偶 合存在）
相关峰的强弱(高低)与偶合常数J 值的大小有关，J 值越大相 关峰越强；当偶合常数（J 值）很小时，一维谱上可能表现 不出峰的偶合裂分，但二维谱上仍可能表现出相关峰。
第4章二维核磁共振谱
量进行一系列实验,得到S(t1,t2),经过两次傅立 叶变换得到二维谱S(ω1,ω2).通常所指的2DNMR均是时间域二维实验
图4.1 2D-NMR 三种获得方式
B) 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）
是一种旋转坐标系实验（自旋锁定实验），自旋锁定是把 COSY序列中的第二脉冲以及NOESY序列中最后两个脉冲 （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，在这种情况下不存在化学位移差，通过发 生标量偶合的磁化转移，导致了全部相关。TOCSY也有称之为 HOHAHA.可以提供自旋系统中偶合关联信息。
但是由于13C天然丰度仅仅为1.1%，出现13C13C偶合的几率为0。01％，13C-13C偶合引起的 卫线通常离13C强峰只有20Hz左右，其强度又仅 仅是13C强峰的1/200，这种弱峰往往出现在强 13C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，使1JC-C测试非常困难。 利用双量子跃迁的相位特性可以压住强线，突出卫 线求出JC-C,并根据Jc-c确定其相邻的碳。一个碳 原子最多可以有四个碳与之相连，利用双量子跃迁 二维技术测量偶合碳的双量子跃迁的频率。13C13C同核偶合构成二核体系（AX,AB）两个偶合的 13C核能产生双量子跃迁，孤立的碳则不能。
图4.3 堆积图
等高线
4．二维谱峰的命名
（1）交叉峰（cross peak）:出现在 ω1≠ω2处，（即非对角线上）。从峰的 位置关系可以判断哪些峰之间有偶合关系， 从而得到哪些核之间有偶合关系，交叉峰 是二维谱中最有用的部分。
（2）对角峰（Auto peak）:位于对角线 （ω1＝ω2）上的峰，称为对角峰。对角 峰在F1和F2轴的投影。
图4.1 2D-NMR 三种获得方式
B) 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）
是一种旋转坐标系实验（自旋锁定实验），自旋锁定是把 COSY序列中的第二脉冲以及NOESY序列中最后两个脉冲 （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，在这种情况下不存在化学位移差，通过发 生标量偶合的磁化转移，导致了全部相关。TOCSY也有称之为 HOHAHA.可以提供自旋系统中偶合关联信息。
但是由于13C天然丰度仅仅为1.1%，出现13C13C偶合的几率为0。01％，13C-13C偶合引起的 卫线通常离13C强峰只有20Hz左右，其强度又仅 仅是13C强峰的1/200，这种弱峰往往出现在强 13C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，使1JC-C测试非常困难。 利用双量子跃迁的相位特性可以压住强线，突出卫 线求出JC-C,并根据Jc-c确定其相邻的碳。一个碳 原子最多可以有四个碳与之相连，利用双量子跃迁 二维技术测量偶合碳的双量子跃迁的频率。13C13C同核偶合构成二核体系（AX,AB）两个偶合的 13C核能产生双量子跃迁，孤立的碳则不能。
图4.3 堆积图
等高线
4．二维谱峰的命名
（1）交叉峰（cross peak）:出现在 ω1≠ω2处，（即非对角线上）。从峰的 位置关系可以判断哪些峰之间有偶合关系， 从而得到哪些核之间有偶合关系，交叉峰 是二维谱中最有用的部分。
（2）对角峰（Auto peak）:位于对角线 （ω1＝ω2）上的峰，称为对角峰。对角 峰在F1和F2轴的投影。
4.二维核磁共振谱1(12)
磁场
交变磁场
角速度0
旋转坐标系（rotating frame）x'y'z' z'与实验室坐标系（xyz）的z轴重合，但x'y'绕z轴旋 转，其旋转角速度为圆偏振磁场的旋转角速度。
B0
Z 旋转快 旋转慢
M Y
X/ B1
X
Y/
B1
在此旋转坐标系中，圆 偏振磁场成为一固定磁 场，以B1表示。设它沿x' 方向。在z'方向则有B0。 经证明，在 z'还存在着 另一矢量ω/γ，ω为旋转 坐标系的角速度矢量。 这一项的产生是因旋转 坐标系而引起。
按上式计算的谱线宽度就自然宽度。实际谱 线宽度远宽于自然宽度，这是因为磁场的不均匀 性也对横向弛豫有贡献，因此产生表观横向弛豫 时间T'2，T'2 < T2。
1 T2
三、脉冲-傅立叶核磁共振波谱仪
所谓脉冲是指在微秒期间内周期性地施加的射频。 如以tp代表脉冲宽度，tr代表脉冲间隔，υ0为发射 器频率，则该脉冲系列可展开成以υ0为中心的连续 的频率振动，简称频谱。
自旋-晶格弛豫（纵向弛豫）
Spin-Spin Relaxation (T2)
自旋-自旋弛豫（横向弛豫）
核磁共振谱线宽度
Heisenberg 测不准原理
E t h
Δt是粒子停留在某一能级上的时间，在NMR 中决定于自旋-自旋的相互作用。
E T2 h E h 1 T2
ν0
频率为ν0的连续、等幅的射频波 周期为tr，每次持续 时间为tp，强度为A 的方波
调制后的射频脉冲
时畴信号和频畴谱，二者之间的傅立叶变换
2D核磁共振谱PPT课件
WDW
QSINE
SSB
0
LB
0.00 Hz
GB
0
32
HMBC 与HMQC的区别
HMQC是通过异核多量子相干实验把1H核和与其直接相连的 13C核关联起来。
HMBC则是通过异核多量子相干实验把1H核和远程偶合的13C 核关联了起来，其作用类似于COLOC谱
.
H1 H2 H3 H4 —C1 —C2 —C3—C4 —
氢－氢化学位移相关谱 (H,H-COSY) 氢－碳化学位移相关谱 (H,C-COSY) 二维接力相关谱2D RELAYED 总相关谱(TOCSY谱)
20
(1) 氢-氢相关谱 H,H-COSY（同核相关）
V icinal
HH
Ge m inal
CCH
.
21
AX自旋体系的H,HCOSY 示意图
5 CDCl3
32 1
ppm
32 1
30
CDCl3
O
3
CH3
40 50
1 H 3C N 8 4 N
60 70
7
5H
80
O
N6 N
90
4
CH3
100
2
110
120
130
876 5
140
150
160
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
3.5
ppm
.
Current Data Parameters
4.3.1 二维J分解谱
二维J分解谱一般不提供比一维NMR谱更多的
信息，只是将谱峰的化学位移和偶合常数分 别在两个不同的坐标轴上展开，便于解析复 杂谱峰的偶合常数。
二维核磁共振谱ppt课件
.
• 1。COSY－90。的基本脉冲序列包括两个基本脉 冲在此脉冲作用下，根据发展期t1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连接图。此图的 二个轴都是1H的δ在ω1＝ω2的对角线上可以找 出一维1H谱相对应谱峰信号。通过交叉峰分别作 垂线及水平线与对角线相交，即可以找到相应偶 合的氢核。因此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 。
.
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,(如图4.1),(1).频率域实验 (frequency- frequency) (2).混合时域 (frequency-time)实验(3). 时域(time-time) 实验.它是获得二维谱的主要方法,以两个独 立的时间变量进行一系列实验,得到S(t1,t2), 经过两次傅立叶变换得到二维谱S(ω1,ω2). 通常所指的2D-NMR均是时间域二维实验
干转移的COSY交叉峰，正确选择D2可以衰减大 J产生的相关峰，有可能检测到4～5键质子间的 偶合（0.1～0.5Hz）.
.
.
.
• 在解析LRCOSY中一定要 将COSY与LRCOSY共同比较， 确定哪些是大的 偶合，（2J，3J) 哪些是远程偶合。
.
• 与COSY有关的实验自旋回波 COSY(SECSY),双量子相干谱（DQCCOSY）,同核接力相干谱（RCT）.有兴趣 的同学，可以阅读有关的书籍。
.
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• 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， 空心表示负峰。
• 其交叉峰为纯吸收线形，对角线为色散型 • 从相敏COSY可以直接读出J值。这里需要辨认主
• 1。COSY－90。的基本脉冲序列包括两个基本脉 冲在此脉冲作用下，根据发展期t1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连接图。此图的 二个轴都是1H的δ在ω1＝ω2的对角线上可以找 出一维1H谱相对应谱峰信号。通过交叉峰分别作 垂线及水平线与对角线相交，即可以找到相应偶 合的氢核。因此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 。
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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,(如图4.1),(1).频率域实验 (frequency- frequency) (2).混合时域 (frequency-time)实验(3). 时域(time-time) 实验.它是获得二维谱的主要方法,以两个独 立的时间变量进行一系列实验,得到S(t1,t2), 经过两次傅立叶变换得到二维谱S(ω1,ω2). 通常所指的2D-NMR均是时间域二维实验
干转移的COSY交叉峰，正确选择D2可以衰减大 J产生的相关峰，有可能检测到4～5键质子间的 偶合（0.1～0.5Hz）.
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• 在解析LRCOSY中一定要 将COSY与LRCOSY共同比较， 确定哪些是大的 偶合，（2J，3J) 哪些是远程偶合。
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• 与COSY有关的实验自旋回波 COSY(SECSY),双量子相干谱（DQCCOSY）,同核接力相干谱（RCT）.有兴趣 的同学，可以阅读有关的书籍。
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• 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， 空心表示负峰。
• 其交叉峰为纯吸收线形，对角线为色散型 • 从相敏COSY可以直接读出J值。这里需要辨认主
二维核磁共振谱概述 ppt课件
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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
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3
化学位移相关谱
同核位移相关谱
异核位移相关谱 NOE
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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
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1
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5
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ppt课件 2-己酮 H-HCOSY
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1 234 56 7
23
56
7
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3 2
H H
H 4 5 6 7 C=C-O-CH2-CH2-CH2-CH3
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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。
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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
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图4.1 2D-NMR 三种获得方式
3
B) 二维核磁共振时间分割
4
• 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四个区间。 （如图所示）
• （1）预备期：预备期在时间轴上通常是一个较长的时期，使 核自旋体系回复对平衡状态，在预备期末加一个或多个射频脉 冲，以产生所需要的单量子或多量子相干。
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图4.3 堆积图
等高线
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Hale Waihona Puke 4．二维谱峰的命名• （1）交叉峰（cross peak）:出现在 ω1≠ω2处，（即非对角线上）。从峰的 位置关系可以判断哪些峰之间有偶合关系， 从而得到哪些核之间有偶合关系，交叉峰 是二维谱中最有用的部分。
• （2）对角峰（Auto peak）:位于对角线 （ω1＝ω2）上的峰，称为对角峰。对角 峰在F1和F2轴的投影。
correlation） • 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：
COLOC(远程1H-13C –COSY)
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4.2.1同核化学位移相关谱
一。COSY(Correlated spectroscopy)
• 所谓的COSY系指同一自旋体系里质子之 间的偶合相关。1H-1H-COSY可以1H-1H之 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1H-1H之间的关 联。因此1H-1H-COSY是归属谱线，推导 结构及确定结构的有力工具。
• C .实验过程：用固定时间增量⊿t1依次递增t1进 行系列实验，反复叠加，因t2时间检测的信号 S(t2)的振幅或相位受到s(t1)的调制，则接收的 信号不仅与t2有关，还与t1有关，每改变一个t1， 记录S(t2),因此得到分别以时间变量t1,t2为行列 排列数据矩阵，即在检测期获得一组FID信号， 组成二维时间信号S(t1,t2)。因t1,t2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t2,一次对t1,两次傅立叶变换的结果，可以 得到两个频率变量函数S(ω1,ω2)。如图
• （2）发展期：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。
• （3）混合期：在此期间通过相干或极化的传递，建立检测条 件。
4）检测期：在此期间检测作为t2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t1函数的调制。
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• 1。COSY－90。的基本脉冲序列包括两个基本脉 冲在此脉冲作用下，根据发展期t1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连接图。此图的 二个轴都是1H的δ在ω1＝ω2的对角线上可以找 出一维1H谱相对应谱峰信号。通过交叉峰分别作 垂线及水平线与对角线相交，即可以找到相应偶 合的氢核。因此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 。
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图 。 典 型 二 维 谱 示 意 图
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5．二维谱的分类
• 二维谱可分为三类： • 1）J 分辨谱（ J resolved spectroscopy ） • J 分辨谱亦称J谱或者δ－J谱。它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
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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,(如图4.1),(1).频率域实验 (frequency- frequency) (2).混合时域 (frequency-time)实验(3). 时域(time-time) 实验.它是获得二维谱的主要方法,以两个独 立的时间变量进行一系列实验,得到S(t1,t2), 经过两次傅立叶变换得到二维谱S(ω1,ω2). 通常所指的2D-NMR均是时间域二维实验
spectroscopy) • 化学位移相关谱也称δ－δ谱，是二维谱的核心，通常所
指的二维谱就是化学位移相关谱。包括同核化学位移相关 谱，异核化学位移相关谱，NOESY和化学交换。 • 3）多量子谱（multiple quantum spectroscopy）用脉 冲序列可以检测出多量子跃迁，得到多量子二维谱 。
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7
3．二维谱的表达方式
（1）堆积图(stacked plot). • 堆积图的优点是直观,具有立体感.缺点是
难以确定吸收峰的频率。大峰后面可能隐 藏小峰，而且耗时较长。 • (2)等高线（Contour plot） 等高线图类似于等高线地图，这种图的优 点是容易获得频率定量数据，作图快。缺 点是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。
与t2轴对应的ω2（ν轴），通常是频率轴，与t1轴对应的ω1 是什么，取决于在发展是何种过程。
5
• 相干(ccherence):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
型，它是横向磁化及相位的量。（不仅包括 ⊿m=1, 而且包括⊿m=0, ⊿m=2状态之间关系)它 可以通过射频脉冲的作用传递。
第四章 二维核磁共振谱 4．1二维核磁共振的概述
1．什么是二维谱 二维核磁共振(2D NMR)方法是有Jeener 于1971年首先提出 的,是一维谱衍生出来的新实验方法.引入二维后,减少了谱线的拥 挤和重叠,提高了核之间相互关系的新信息.因而增加了结构信息, 有利于复杂谱图的解析.特别是应用于复杂的天然产物和生物大分 子的结构鉴定,2DNMR是目前适用于研究溶液中生物大分子构象 的唯一技术.一维谱的信号是一个频率的函数,记为S(ω),共振峰分 别在一条频率轴上.而二维谱是两个独立频率变量的信号函数,记 为S(ω1,ω2),共振峰分布在由两个频率轴组成的平面上.2D-NMR 的b最大特点是将化学位移,偶合常数等参数字二维平面上展开,于 是在一般一维谱中重叠在一个频率轴上的信号,被分散到两个独立 的频率轴构成的二维平面上.,同时检测出共振核之间的相互作用.
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4．2 化学位移相关谱（Correlated Spectroscopy ,COSY）
• 二维化学位移相关谱包括 • 同核化学位移相关谱（Homonuclear
correlation） • 1）通过化学键：COSY, TOCSY, 2D-
INADEQUATE。 • 2）通过空间：NOESY, ROESY。 • 异核化学位移相关谱（Heteronuclear
图4.1 2D-NMR 三种获得方式
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B) 二维核磁共振时间分割
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• 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四个区间。 （如图所示）
• （1）预备期：预备期在时间轴上通常是一个较长的时期，使 核自旋体系回复对平衡状态，在预备期末加一个或多个射频脉 冲，以产生所需要的单量子或多量子相干。
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图4.3 堆积图
等高线
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Hale Waihona Puke 4．二维谱峰的命名• （1）交叉峰（cross peak）:出现在 ω1≠ω2处，（即非对角线上）。从峰的 位置关系可以判断哪些峰之间有偶合关系， 从而得到哪些核之间有偶合关系，交叉峰 是二维谱中最有用的部分。
• （2）对角峰（Auto peak）:位于对角线 （ω1＝ω2）上的峰，称为对角峰。对角 峰在F1和F2轴的投影。
correlation） • 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：
COLOC(远程1H-13C –COSY)
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4.2.1同核化学位移相关谱
一。COSY(Correlated spectroscopy)
• 所谓的COSY系指同一自旋体系里质子之 间的偶合相关。1H-1H-COSY可以1H-1H之 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1H-1H之间的关 联。因此1H-1H-COSY是归属谱线，推导 结构及确定结构的有力工具。
• C .实验过程：用固定时间增量⊿t1依次递增t1进 行系列实验，反复叠加，因t2时间检测的信号 S(t2)的振幅或相位受到s(t1)的调制，则接收的 信号不仅与t2有关，还与t1有关，每改变一个t1， 记录S(t2),因此得到分别以时间变量t1,t2为行列 排列数据矩阵，即在检测期获得一组FID信号， 组成二维时间信号S(t1,t2)。因t1,t2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t2,一次对t1,两次傅立叶变换的结果，可以 得到两个频率变量函数S(ω1,ω2)。如图
• （2）发展期：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。
• （3）混合期：在此期间通过相干或极化的传递，建立检测条 件。
4）检测期：在此期间检测作为t2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t1函数的调制。
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• 1。COSY－90。的基本脉冲序列包括两个基本脉 冲在此脉冲作用下，根据发展期t1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连接图。此图的 二个轴都是1H的δ在ω1＝ω2的对角线上可以找 出一维1H谱相对应谱峰信号。通过交叉峰分别作 垂线及水平线与对角线相交，即可以找到相应偶 合的氢核。因此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 。
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图 。 典 型 二 维 谱 示 意 图
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5．二维谱的分类
• 二维谱可分为三类： • 1）J 分辨谱（ J resolved spectroscopy ） • J 分辨谱亦称J谱或者δ－J谱。它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
1
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,(如图4.1),(1).频率域实验 (frequency- frequency) (2).混合时域 (frequency-time)实验(3). 时域(time-time) 实验.它是获得二维谱的主要方法,以两个独 立的时间变量进行一系列实验,得到S(t1,t2), 经过两次傅立叶变换得到二维谱S(ω1,ω2). 通常所指的2D-NMR均是时间域二维实验
spectroscopy) • 化学位移相关谱也称δ－δ谱，是二维谱的核心，通常所
指的二维谱就是化学位移相关谱。包括同核化学位移相关 谱，异核化学位移相关谱，NOESY和化学交换。 • 3）多量子谱（multiple quantum spectroscopy）用脉 冲序列可以检测出多量子跃迁，得到多量子二维谱 。
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3．二维谱的表达方式
（1）堆积图(stacked plot). • 堆积图的优点是直观,具有立体感.缺点是
难以确定吸收峰的频率。大峰后面可能隐 藏小峰，而且耗时较长。 • (2)等高线（Contour plot） 等高线图类似于等高线地图，这种图的优 点是容易获得频率定量数据，作图快。缺 点是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。
与t2轴对应的ω2（ν轴），通常是频率轴，与t1轴对应的ω1 是什么，取决于在发展是何种过程。
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• 相干(ccherence):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
型，它是横向磁化及相位的量。（不仅包括 ⊿m=1, 而且包括⊿m=0, ⊿m=2状态之间关系)它 可以通过射频脉冲的作用传递。
第四章 二维核磁共振谱 4．1二维核磁共振的概述
1．什么是二维谱 二维核磁共振(2D NMR)方法是有Jeener 于1971年首先提出 的,是一维谱衍生出来的新实验方法.引入二维后,减少了谱线的拥 挤和重叠,提高了核之间相互关系的新信息.因而增加了结构信息, 有利于复杂谱图的解析.特别是应用于复杂的天然产物和生物大分 子的结构鉴定,2DNMR是目前适用于研究溶液中生物大分子构象 的唯一技术.一维谱的信号是一个频率的函数,记为S(ω),共振峰分 别在一条频率轴上.而二维谱是两个独立频率变量的信号函数,记 为S(ω1,ω2),共振峰分布在由两个频率轴组成的平面上.2D-NMR 的b最大特点是将化学位移,偶合常数等参数字二维平面上展开,于 是在一般一维谱中重叠在一个频率轴上的信号,被分散到两个独立 的频率轴构成的二维平面上.,同时检测出共振核之间的相互作用.
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4．2 化学位移相关谱（Correlated Spectroscopy ,COSY）
• 二维化学位移相关谱包括 • 同核化学位移相关谱（Homonuclear
correlation） • 1）通过化学键：COSY, TOCSY, 2D-
INADEQUATE。 • 2）通过空间：NOESY, ROESY。 • 异核化学位移相关谱（Heteronuclear