2D核磁共振谱(稻谷书店)
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8
高级教学
4.2 二维核磁共振谱的表现形式
堆积图 等高线图 断面图 投影图
9
CHCL3的H, H-COSY谱 (A) 堆积图
(B) 等高线图
60 50 40 30 20 10
10
20
30
40
50
60
10
高级教学
F1 F1
F2
F2
高级教学
11
高级教学
断面图：从二维图中取出某一个谱 峰作垂直截面而表现出的谱图。这 种图易于准确读取偶合常数。
高级教学
1
高级教学
2
高级教学
第四章 2D 核磁共振谱
3
高级教学
二维核磁共振谱的基本原理 常用的2D NMR 实验方法及用途 结构解析
4
高Βιβλιοθήκη Baidu教学
4.1 二维核磁共振谱的基本原理
一维核磁共振：一个脉冲过后，就立即进行数据采集， 得到FID ( 自由感应衰减，Free Induced Decay )信号只 是一个频率的函数，可表示为S（F）。
2.80
F1 3.00
3.20
3.40
CH(2)
3.60 3.80
4.00
4.00 3.80 3.60 3.40 3.20 3.00 2.80 2.60 2.40 2.20 ppm
F2
高级教学
23
HO 9
OH
OH
8
6
7
AcHN 5
4
HO
OCH 3
2 CO2CH3 1
3
高级教学
24
高级教学
25
(2) 碳-氢化学位移相关 （C,H-COSY,异核相关）
15
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。
高级教学
同核二维J分解氢谱
异核二维J分解碳谱
16
（1 ） 同核二维J分解氢谱
断 面 图
紫草素的部分1H-NMR谱和二维J分解氢谱
29
76
8
5
O
N1
4
2
3 O
10 9
10
9
高级教学
30
12 13
20 21 19 18 22
17
OH
30
25
11 26
28
29
14
21
9 10 8
16 15
HO
3 4
7 56
27
HO
24 23
10
高级教学
31
Gradient HMBC
5 CDCl3
32 1
ppm
32 1
30
CDCl3
O
3
CH3
27
HSQC 与HMQC的比较 HSQC谱的F1域的分辨率比HMQC的高
HSQC谱的不足之处是脉冲序列比HMQC复杂
高级教学
28
（C） HMBC (1H检测的异核多键相干实验）
H1
AQ
C1
C2
C3
C4
高级教学
H1
C1
X
C2
C3
用于季碳或自旋系统之间连接点的归属，
对应于COLOC谱，间接建立C-C间的关联
二维化学位移相关谱是二维核磁共振谱的核 心，它表明核磁共振信号的相关性。
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）
Vicinal
HH
40 50
1 H3C 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
高级教学
Current Data Parameters
NAME
cfyhmbc
EXPNO
1
PROCNO
(A) HSQC——获得C-H直接相连信息
10
5 46 3 21
OH
7
8
9
薄荷醇的HMQC谱
高级教学
26
高级教学
（B）HMQC（1H检测的异核单量子相干实验）
H1 H2 H3 H4 —C1 —C2 —C3—C4 —
HSQC 与HMQC的谱图相同， 都是显示1H核和与其直接相连的
13C核的相关峰，
Geminal
CCH
高级教学
21
AX自旋体系的H,HCOSY 示意图
vX
F2
高级教学
δ
vA
对角峰
F1
vA
交叉峰
vA
δ
22
谷氨酸的H, H-COSY 谱（500MHZ）
1
HOOC
2
CH
3
CH2
4
CH2
5
COOH
CH(2)
NH2
4
CH2(4)
CH2(3)
CH2(3)
ppm 2.20
CH2(4)
2.40 2.60
1
F2 - Acquisition Parameters
预备期D1：使自旋体系恢复Boltzmann分布，处于初始热平 衡状态。理论上应取D1≥5T1（T1为纵向弛豫时间），但为节 省时间，实验中一般取D1=（2～3）T1。
演化期t1：在预备期末，施加一个或多个90o脉冲，使系统建 立非平衡状态。演化时间t1是以某固定增量△t1为单位，逐 步延迟t1。每增加一个△t1，其对应的核磁信号的相位和幅 值不同。
高级教学
17
用二维J分解氢谱有一个前提条件，即谱图 必须属于一级谱，才能清楚地显示各峰形
某ABX体系的二维J分解氢谱
(a) 200MHz
(b) 600MHz
高级教学
18
（2 ） 异核二维J分解碳谱
10
5 46 3 21
OH
7
8
9
薄荷醇的异核二维J分解碳谱
高级教学
19
高级教学
4.3.2 二维相关谱 2D COSY
混合期tm：由一组固定长度的脉冲和延迟组成。 检测期t2：在检测期t2期间采集的FID信号是F2域的时间函7 数
高级教学
二维核磁共振的关键是引入了第二个时间变量： 演化期t1。
通过检测期可以记录演化期 t1内核自旋的行为： 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）。
投影图：一维谱形式，相当于宽带 质子去偶的氢谱，用来准确读取化 学位移值。
12
高级教学
13
(a)部分1H-NMR谱 (b) 堆积图 (c) 投影图 (d) 断面图
高级教学
4.3 2D NMR 谱的分类
J分解谱 化学位移相关谱 多量子谱
14
高级教学
多量子谱
通常所测定的核磁共振谱为单量子跃迁（△m = ±1）。用特定的脉冲序列可以检测出多量子跃迁， 得到多量子跃迁的二维核磁共振谱。
二维核磁共振：一个脉冲过后，经过一段时间的延迟 再进行下一个脉冲，才开始数据采集，这样会得到自 旋核之间一些有用的信息。
5
二维NMR实验的脉冲序列
高级教学
预备期（preparation）
演化期t1（evolution)
( 混合期τm )
检测期t2 (data acquisition)
6
高级教学
高级教学
4.2 二维核磁共振谱的表现形式
堆积图 等高线图 断面图 投影图
9
CHCL3的H, H-COSY谱 (A) 堆积图
(B) 等高线图
60 50 40 30 20 10
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20
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40
50
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高级教学
F1 F1
F2
F2
高级教学
11
高级教学
断面图：从二维图中取出某一个谱 峰作垂直截面而表现出的谱图。这 种图易于准确读取偶合常数。
高级教学
1
高级教学
2
高级教学
第四章 2D 核磁共振谱
3
高级教学
二维核磁共振谱的基本原理 常用的2D NMR 实验方法及用途 结构解析
4
高Βιβλιοθήκη Baidu教学
4.1 二维核磁共振谱的基本原理
一维核磁共振：一个脉冲过后，就立即进行数据采集， 得到FID ( 自由感应衰减，Free Induced Decay )信号只 是一个频率的函数，可表示为S（F）。
2.80
F1 3.00
3.20
3.40
CH(2)
3.60 3.80
4.00
4.00 3.80 3.60 3.40 3.20 3.00 2.80 2.60 2.40 2.20 ppm
F2
高级教学
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HO 9
OH
OH
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6
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AcHN 5
4
HO
OCH 3
2 CO2CH3 1
3
高级教学
24
高级教学
25
(2) 碳-氢化学位移相关 （C,H-COSY,异核相关）
15
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。
高级教学
同核二维J分解氢谱
异核二维J分解碳谱
16
（1 ） 同核二维J分解氢谱
断 面 图
紫草素的部分1H-NMR谱和二维J分解氢谱
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76
8
5
O
N1
4
2
3 O
10 9
10
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高级教学
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12 13
20 21 19 18 22
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OH
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9 10 8
16 15
HO
3 4
7 56
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HO
24 23
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高级教学
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Gradient HMBC
5 CDCl3
32 1
ppm
32 1
30
CDCl3
O
3
CH3
27
HSQC 与HMQC的比较 HSQC谱的F1域的分辨率比HMQC的高
HSQC谱的不足之处是脉冲序列比HMQC复杂
高级教学
28
（C） HMBC (1H检测的异核多键相干实验）
H1
AQ
C1
C2
C3
C4
高级教学
H1
C1
X
C2
C3
用于季碳或自旋系统之间连接点的归属，
对应于COLOC谱，间接建立C-C间的关联
二维化学位移相关谱是二维核磁共振谱的核 心，它表明核磁共振信号的相关性。
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）
Vicinal
HH
40 50
1 H3C 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
高级教学
Current Data Parameters
NAME
cfyhmbc
EXPNO
1
PROCNO
(A) HSQC——获得C-H直接相连信息
10
5 46 3 21
OH
7
8
9
薄荷醇的HMQC谱
高级教学
26
高级教学
（B）HMQC（1H检测的异核单量子相干实验）
H1 H2 H3 H4 —C1 —C2 —C3—C4 —
HSQC 与HMQC的谱图相同， 都是显示1H核和与其直接相连的
13C核的相关峰，
Geminal
CCH
高级教学
21
AX自旋体系的H,HCOSY 示意图
vX
F2
高级教学
δ
vA
对角峰
F1
vA
交叉峰
vA
δ
22
谷氨酸的H, H-COSY 谱（500MHZ）
1
HOOC
2
CH
3
CH2
4
CH2
5
COOH
CH(2)
NH2
4
CH2(4)
CH2(3)
CH2(3)
ppm 2.20
CH2(4)
2.40 2.60
1
F2 - Acquisition Parameters
预备期D1：使自旋体系恢复Boltzmann分布，处于初始热平 衡状态。理论上应取D1≥5T1（T1为纵向弛豫时间），但为节 省时间，实验中一般取D1=（2～3）T1。
演化期t1：在预备期末，施加一个或多个90o脉冲，使系统建 立非平衡状态。演化时间t1是以某固定增量△t1为单位，逐 步延迟t1。每增加一个△t1，其对应的核磁信号的相位和幅 值不同。
高级教学
17
用二维J分解氢谱有一个前提条件，即谱图 必须属于一级谱，才能清楚地显示各峰形
某ABX体系的二维J分解氢谱
(a) 200MHz
(b) 600MHz
高级教学
18
（2 ） 异核二维J分解碳谱
10
5 46 3 21
OH
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薄荷醇的异核二维J分解碳谱
高级教学
19
高级教学
4.3.2 二维相关谱 2D COSY
混合期tm：由一组固定长度的脉冲和延迟组成。 检测期t2：在检测期t2期间采集的FID信号是F2域的时间函7 数
高级教学
二维核磁共振的关键是引入了第二个时间变量： 演化期t1。
通过检测期可以记录演化期 t1内核自旋的行为： 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）。
投影图：一维谱形式，相当于宽带 质子去偶的氢谱，用来准确读取化 学位移值。
12
高级教学
13
(a)部分1H-NMR谱 (b) 堆积图 (c) 投影图 (d) 断面图
高级教学
4.3 2D NMR 谱的分类
J分解谱 化学位移相关谱 多量子谱
14
高级教学
多量子谱
通常所测定的核磁共振谱为单量子跃迁（△m = ±1）。用特定的脉冲序列可以检测出多量子跃迁， 得到多量子跃迁的二维核磁共振谱。
二维核磁共振：一个脉冲过后，经过一段时间的延迟 再进行下一个脉冲，才开始数据采集，这样会得到自 旋核之间一些有用的信息。
5
二维NMR实验的脉冲序列
高级教学
预备期（preparation）
演化期t1（evolution)
( 混合期τm )
检测期t2 (data acquisition)
6
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