第三部分：二维核磁共振谱简介

预备 期

发 展 期混 合 期

检 出 期

第二章 二维核磁共振谱(三部分)

二维核磁共振谱(two-dimensional NMR spectra ，即2D NMR)简称二维谱，可以看成是一维核磁共振谱的自然推广，在引入一个新的维数后必然会大大增加新的信息量，提高解决问题的的新途径。

4.1 概述

4.1.1 二维核磁共振谱的形成

二维谱是两个独立频率变量的信号函数S （ω1 ω2)，如果一个自变量是频率，另一个自变量是时间、温度或浓度等其他物理化学参数就不属于我们所指的2D NMR 谱。实际上我们所指的2D NMR 谱首先是由2个独立的时间变量（FID 信号是时域函数）进行一系列的实验，得到信号S （t 1 t 2）。经两次傅立叶变换得到两个独立频率变量的信号函数S （ω1 ω2)。通常，第一个时间变量(t 1)是脉冲序列中变化的时间间隔，第二个时间变量(t 2)是采样时间。t 1与t 2 是两个不相关的独立变量。

4.1.2 二维核磁共振时间轴示意方快图

预备期——使体系恢复到玻耳兹蔓平衡态（在时间轴上通常是相对较长的时

期）。

发展期(t 1)——由一个或多个脉冲使体系激发态。发展期的时间(t 1)是变化

的。

混合期——建立信号检出的条件(并不是必不可少的，根据二维谱的种类而

定)。

检出期(t 2)——以通常方式检出FID 信号。

4.2二维核磁共振谱的分类

J分解谱（J resolved spectroscopy）：又称J谱或δ-J谱。用于把化学位移与自旋偶合的作用分辨开来。

包括：同核J谱和异核J谱。

化学位移相关谱(chemical shift spetroscosy):又称δ-δ相关。它能表证核磁共振信号的相关特性，是二维谱的核心。

包括：同核相关谱、异核相关谱、NOE相关谱。

多量子谱(multiple quantum spectroscopy):跃迁时Δm为大于1 的整数(常规NMR谱为单量子跃迁，Δm＝±1)。

4.3 二维核磁共振谱的表现形式

二维核磁共振谱的表现形式有两种：堆积图和等高线图

(b)

(a)堆积图(b)等高线图

图4.1 CHCl3的H-H COSY谱

堆积图——由许多条“一维”谱线紧密排列构成的。堆积图的优点是直观，有立体感。缺点是难以定出吸收峰的频率、容易丢失强峰后的小峰和作图费时费材。

等高线图——相当于堆积图的横切面。优点是易于找出峰的频率，作图快。中心圈表示位置，圈数表示强度。

8.03

8.76

7.16

7.90

7.35

7.55

7.60

N

2

3

4

78

10

11

12

O

C OCH

3

N

O

1

6

79

(a)堆积图(b)等高线图

图4.2 喹啉的H-H COSY谱

* * * * * * * * * * * * 一维谱（1H-NMR、D2O交换谱、13C-NMR谱、DEPT谱）虽然能提供许多

的重要信息，为解析有机化合物的结构起到了很重要的作用。但是对复杂化合

物或结构未知的化合物要完全归属所有的H、C峰还是有困难的。

为了对常用二维谱解决结构问题的方法有一个大概的理解，首先对结构不是

很复杂的化合物的常规一维谱作必要的分析。

茴拉西坦结构式

2 3

4

78

10

1112

O C OCH

3

N O

1

6

79

2

3

4

78

10

1112

O C OCH

3

N O

1

6

79

茴拉西坦1H-NMR谱

茴拉西坦1H-NMR谱扩展1

2 3

4

78

10

1112

O C OCH

3

N O

1

6

79

2

3

4

78

10

1112

O C OCH

3

N O

1

6

79茴拉西坦1H-NMR谱扩展2

茴拉西坦13C-NMR谱

135

90

茴拉西坦DEPT谱

根据被检样品1H-NMR谱中的化学位移、偶合裂分模式、偶合常数、积分值可以对各组峰给予明确的归属。

δ7.640[2H；m；9.0Hz]：7(11)—H

δ6.892[2H；m；9.0Hz]：8(10)—H

典型的对位取代苯特征共振吸收峰（AA＇BB＇自旋系统）。

δ3.921[2H；t；7.5 Hz]：4-H，受3-H的偶合而裂分为三重峰(2J H-H = 7.5 Hz) δ2.588[2H；t；8.0 Hz]：2-H，受3-H的偶合而裂分为三重峰(2J H-H = 7.5 Hz) δ2.114[2H；t；7.5 Hz]：3-H，同时受到2-H和4-H的偶合，由于2-H和

4-H对3-H的偶合常数相同，符合n + 1规律，

裂分为五重峰。

δ3.841[3H；S]：12-H，典型的OCH3峰。

13C—NMR谱给出10个碳共振吸收峰

DEPT谱表明有：

4个季碳：δ174.486[1 C]、169.883[1 C]、162.769[1 C]、126.106[1 C]。

2个CH碳：δ131.569[2 CH]、112.960[2 CH]，其强度为其他碳共振吸