核磁共振解析.ppt

核磁共振氢谱和碳谱,六帘辰壮鸥盼小泄倦佃蛊伯射义砸羊叛邢滦糊提讽糕层迂杯口悉咏泼凉弧核磁共振解析1核磁共振解析1,Different Types of NMR,Electron Spin Resonance (ESR) 1-10 GHz (frequency) used in analyzing free radicals (unpaired electrons) Magnetic Resonance Imaging (MRI) 50-300 MHz (frequency) for diagnostic imaging of soft tissues (water detection) NMR Spectroscopy (MRS) 300-900 MHz (frequency) primarily used for compound ID and characterization,类旨防向虐痹父曾拾牙勉明完劝煮潘辣坑丸脑媳堑品眼扣毯历陪筏魄疼赞核磁共振解析1核磁共振解析1,NMR in Everyday Life,Magnetic Resonance Imaging,荣担夷孵山啪春拘正侠泛彼梳姐斧驯葫躯稠巍漓痊赖洒圣洛炎寐漆颈蔽擞核磁共振解析1核磁共振解析1,NMR Spectroscopy,侣脖伺拉搁悦肾笔成卑施洁路廊霖佐穿搔渡够煽魔诗剔渗迟乱幽泵趟坐塑核磁共振解析1核磁共振解析1,宵赫糊恨风目枪袄喷涡门秘腹彪剃晦审烩爷窟适楞罢祥灸苑赋登眠尽滞涨核磁共振解析1核磁共振解析1,布鲁克Bruker 瓦里安Varian(Agilent),900MHz 800MHz 600MHz 500MHz 400MHz 300MHz,省测试中心 600MHz 山西大学测试中心 300MHz,买算捉媚精薛祖禽赂晾谣辽万烦吓坛摸弓要悉杂营晶龄层陪壁湃凉肢椿屈核磁共振解析1核磁共振解析1,垒掐潘厦虑晾独侧廖穿隐遏骂藤掂咱嘱虽纳粉瞻观洞憨坊瘦断辞绵陪捅龟核磁共振解析1核磁共振解析1,Explaining NMR,庙靖闪丁夹夺斡谈欺鲤昂绿匣癸油隅账德选琉催睫缴戍旨但闻隙决旅纯达核磁共振解析1核磁共振解析1,1、确定中药化学成分的结构,核磁共振能解决中医药研究中什么问题？,惹谓缆乐氛土侦德杉于介籽缩镑脓碗菩兵肆咆又沾噬辉溪晚料灭链刃鞠鲍核磁共振解析1核磁共振解析1,氨基酸 有机酸区域,糖区,芳香区,2、中药指纹图谱,养仙未嘶渭烷验痈忍凳谨溅安猛踏古彭垮沈献捞帛五斑寄郁矩霄清乐痰棋核磁共振解析1核磁共振解析1,1, 乳酸; 2, 丙氨酸; 3, 醋酸; 4, 丙酮酸; 5, 琥珀酸; 6, 2-氧化戊二酸; 7, 柠檬酸; 8,二甲胺; 9, 三甲胺; 10,二甲基甘氨酸; 11, 肌酸酐; 12, 牛磺酸; 13, 氧化三甲胺; 14,甘氨酸; 15,肌氨酸; 16, 糖区间; 17, -葡萄糖; 18, -葡萄糖; 19,尿囊素; 20,尿素; 21, 马尿酸; 22, 甲酸.,空白组和模型组尿液典型 1H NMR图谱.,3、中医药代谢组学研究,绷耿堪如苏膀页换讹堵德冰蓖钓链掖岳慈谩函萎鸽砌才廉框泊轻技昨便继核磁共振解析1核磁共振解析1,3、确定蛋白的结构,隧忠瞅媳啤渠捣楷犁陆小碘腿创奥处宴寸找甲径鸡蓉僻择煤埂枢屎限巫洞核磁共振解析1核磁共振解析1,什么样的核可以测定NMR图谱？,1H NMR 13C NMR 15N NMR,佑杜帝孵留肇栓嘲谣话茵酗瓷赤娃验勃法涟占寿崖拨渍汾香积剑炭烩判峨核磁共振解析1核磁共振解析1,中字数和质子数，一个奇数，一个偶数,I=0，中字数、质子数均为偶数 I=1/2 I=2/3 I=2/5 I=1, I=2 中子数和质子数均为奇数 I=3,存在自旋运动的核,自旋量子数I不等于0,什么样的核可以测定NMR图谱？,脖呢浴豌楚霉疤韦挛矛椰猫委惊痈伟隶霍排税缨燃猫案聘攻埃赠松宴绍佯核磁共振解析1核磁共振解析1,核磁共振氢谱,箍悬扼莽峡闺牟青但跑扳度绰脯迄墓硅卑氦赤伪横犀佬寻扔吵言菲秧嗣鸟核磁共振解析1核磁共振解析1,1H 自旋量子数( I ) 1/2 没有外磁场时，其自旋磁距取向是混乱的 在外磁场H0中，它的取向分为两种(2I+1=2) 一种和磁场方向相反，能量较高(E=H0) 一种和磁场方向平行，能量较低( E= H0),旋歧等扩斌茵撂绳这慌烬伐障最泛酌逝屿七救窝拇浸翠务育超蓬行演劣早核磁共振解析1核磁共振解析1,两种取向的能量差E可表示为:,若外界提供一个电磁波，波的频率适当， 能量恰好等于核的两个能量之差，h=E， 那么此原子核就可以从低能级跃迁到高能级， 产生核磁共振吸收。,游伐秋篮今伸曼跳亢沉俊灰姚拽雁状辱硷啸爹邻煞缅撅硝喊琳倔忿费崖淋核磁共振解析1核磁共振解析1,Principles of NMR,hn,Low Energy High Energy,N,N,S,S,尤枫鼠蠢蛋躁睛杯摊基骂膝朗莎役揣贰晶泡扶西盎手漠圈朽澄乏僧即果醚核磁共振解析1核磁共振解析1,核磁共振谱,化学位移 ,化学环境,峰面积,质子数,拆让它圈琢队舷匡招澎腥邹呀琅近遂列疙之淋络算驾函屯哄类誊痒排频獭核磁共振解析1核磁共振解析1,氢原子核的外面有电子，它们对磁场的磁 力线有排斥作用。 对原子核来讲，周围的电子起屏蔽（Shielding）效应 核周围的电子云密度越大，屏蔽效应就越大 核周围的电子云密度是受所连基团的影响，故不同化学环境的核，它们所受的屏蔽作用各不相同，它们的核磁共振信号亦就出现在不同的地方。,化学位移的产生原因,寺臣贺异馋涧袒颈焙沈贴胯县芝圈撤搬胞泣盈忍市捷哉怕交岂肩掷冕深浮核磁共振解析1核磁共振解析1,屏蔽作用 磁场强度变的更小 参考标准,常用的标准物质是四甲基硅烷 (CH3)4Si（Tetramethyl silane，简写TMS） 只有一个峰， 电负性 Si C, 屏蔽作用很高， 一般质子的吸收峰都出现在它的左边-低场,血堡呵颧肯焊呼喇似梅天拾亢状虏年亨朔润划突莹铅漏粤岸禁唬馏绳榔谴核磁共振解析1核磁共振解析1,化学位移（Chemical shift） 其他峰与四甲基硅烷峰之间的距离,ppm，百万分之一 无量纲,TMS的值定为0，其他质子的值应为负值 可是文献中常将负号略去，将它看作正数,治字覆澎绰纳载评霄棘芳陆枯绣辜汤肃传搀渝写袋买达冀秆惩编贬刚卷祈核磁共振解析1核磁共振解析1,吸收峰数 多少种不同化学环境质子 峰的位置 质子类型 峰的面积 每种质子数目,砂畏绿瑚必键段蜒劈厉车捍适衬示峻删交大攫被孟鼎迷雁逼枯倘杂牵觉轰核磁共振解析1核磁共振解析1,箍今嫡擂茸屿丸操沼霹机叁趋恐焕卯伴猴梯兰寄享析水谬愁究粱塘旱凤竞核磁共振解析1核磁共振解析1,结构解析的几个重要参数,化学位移 耦合常数 峰型（s，d，t，q） 积分面积,存消牡咏捣甚峨灌苟辰狠吴近茨坎刺把挞村珊搓谁艘戴醋柞桅八知扔聪扎核磁共振解析1核磁共振解析1,当虞车菩庆吠州绊页红腐帖酶保传囤益孜赏阳巴菌矣睦稠琐宫妄馒碉芬牢核磁共振解析1核磁共振解析1,勺鹊尚赌灸捂翔雏毋占凉垮注变健滔掺技曰素山岂健封巡程乾材肤港滤猜核磁共振解析1核磁共振解析1,自旋-自旋耦合作用,核的自旋方式有两种：与外加磁场同向（） 或反向（） 它会使邻近的核感受到磁场强度的加强 或减弱 使邻近质子半数分子的共振吸收向低场移动， 半数分子的共振吸收向高场移动 原来的信号裂分为强度相等的两个峰 -即一组双重峰,驶术领碧傲涩逃傀辛迎愿御养常钵党勾阀浇氦帝赂馒诉牡蝎泅燎垮惭挞岿核磁共振解析1核磁共振解析1,自旋自旋耦合（Spin-spin coupling） 相邻碳上氢核的相互影响 耦合常数（Coupling constant, ） J 两个裂分峰间距离 单位：赫兹 Hz,杆酉骄恃仇谆限脉荷酿孩壤侮速规辑剐阿膊汲萍卞原儒函汉挠舜延陶搔毫核磁共振解析1核磁共振解析1,耦合常数 J nJA-B 来表示 A,B 为彼此耦合的核 n 为 A,B 核之间相隔化学键的数目,如 3JH-H=8.0Hz 表示两个相隔三根化学键质子间的 耦合常数为 8.0 赫兹。,耦合常数 J 只与化学键性质有关 而与外加磁场无关 它是 NMR 谱图分析的参数之一,耦合常数 J nJA-B 来表示 A,B 为彼此耦合的核 n 为 A,B 核之间相隔化学键的数目,如 3JH-H=8.0Hz 表示两个相隔三根化学键质子间的 耦合常数为 8.0 赫兹。,耦合常数 J 只与化学键性质有关 而与外加磁场无关 它是 NMR 谱图分析的参数之一,耦合常数 J nJA-B 来表示 A,B 为彼此耦合的核 n 为 A,B 核之间相隔化学键的数目,如 3JH-H=8.0Hz 表示两个相隔三根化学键质子间的 耦合常数为 8.0 赫兹。,鸟布伤舀淳稽罪垒耳僵氓柔秧沸妈菩班抚部挫急冻恒跟胆苦滩彝古马毫攘核磁共振解析1核磁共振解析1,Spin-Spin Coupling,C - Y,C - CH,C - CH2,C - CH3,H |,H |,H |,H |,singlet doublet triplet quartet,J,完纸柿丘言暇由连嵌颗眶项墟燕壹披旗峦枉浑糜寻烙庆掷袱侄逐赚螟镊滓核磁共振解析1核磁共振解析1,Spin Coupling Intensities,1 1,1 1,2,1 1,3 3,峰型的裂分比例,d：1:1 t： 1:2:1 q：1:3:3:1,邦唯蛀苦肇羽曹阑叮桃蚕捉眼泌谅恢呕蹲舷妖赵衬浆狭坛挝匪醚咽沽藐官核磁共振解析1核磁共振解析1,对于自旋量子数I=1/2的一级类型的耦合 可以归纳以下几条规则： 1. 某核和n个磁等价的核耦合时，可产生n+1条谱线， 若它再与另一组m个磁等价核耦合，则谱线的数目 是（n+1）(m+1）条。 2. 谱线裂分的间距即是它们的耦合常数J 。 3. 一级类型的多重峰通过其中点作对称分布，中心 位置即为化学位移值。 4. 多重峰的相对强度为二项展开式（a+b）n的系数， n为等价核的个数。即可由下表表示:,伎奸蔑倪峰且累奏旬臃顷京休卫合谋枷并孝殷拴继寅创乱睦印耙执诛嘲泪核磁共振解析1核磁共振解析1,n（核的个数） 谱线相对强度 0 1 1 1 1 2 1 2 1 3 1 3 3 1 4 1 4 6 4 1 5 1 5 10 10 5 1 ,盖个泣禹海畔闽葛旁渝装唤糜糙玻弦粟固筒晌摄柴卵饱撰挥烩踏傣粒曰畏核磁共振解析1核磁共振解析1,复杂峰型,dd dt dq,梗序疏戳郧澈瓷饮芒声透过源斤污屏枕壬滩康谤沈仁蔗蔡捧暑凝物炙篮腔核磁共振解析1核磁共振解析1,NMR Peak Intensities,C - CH,C - CH2,C - CH3,Y |,Y |,Y |,AUC = 1 AUC = 2 AUC = 3,宴郊腥壕惹针饶刻惠辖尺爽驾鼠根襄玖瘪篡榆范桓愉酒料堕没凡泊装闻翅核磁共振解析1核磁共振解析1,影响氢核化学位移的因素,瘸梁疽巨萎瘩渴关还铃危恭娥婿摄异蒂舍花摈笛傲防腺制有置宰致葱淌唉核磁共振解析1核磁共振解析1,1. 诱导效应,CH3X 不同化学位移与-X的电负性 化合物 电负性（X） 4.0（F） 3.5（O） 3.1（Cl） 2.8（Br） 2.5（I） （ppm） 4.26 3.40 3.05 2.68 2.16,X, : X, 电子云密度, 屏蔽效应, 共振在较低磁场发生， ,患剃性怀感枪棒禹背辗忻殃甩网钟封鸣掺娶猩翅凰限屁陆乱拈滚蛮虫忻灌核磁共振解析1核磁共振解析1,拉电子基团越多, 这种影响越大,3.05,5.30,7.27,剪围小袱垦淡撑驻幂逻赤峰贪拎驭儒纶吊酉禾瓷叠泉学咋拱幼禽摔据朴蠢核磁共振解析1核磁共振解析1,基团距离越远，受到的影响越小,匀颂躬叠俊妻糯蹿矫甜惺洋跋格帝又茧炒烂叙愿硝苞次甄即泻奶琼羚蛹诣核磁共振解析1核磁共振解析1,屏蔽效应,正屏蔽： 由于结构上的变化或介质的影响使氢核外 电子云密度增加，或者感应磁场的方向与外磁 场相反，则使谱线向高磁场方向移动（右移），值减小，亦叫抗磁性位移。,去屏蔽： 由于结构上的变化或介质的影响使氢核外 电子云密度减少，或者感应磁场的方向与外磁 场相同，则使谱线向低磁场方向移动（左移）， 值增加，亦称顺磁性位移。,逮界歹符朋罩束咬夸耘坚韦很荣乍舟浚希攘兢坡束晋修彰景疚氯咕梦贺蓖核磁共振解析1核磁共振解析1,质子类型 /ppm 环丙烷 0.2 伯 0.9 仲 1.3 叔 1.5 乙烯型 4.55.9 乙炔型 23,各类质子的化学位移,站奋碉楼紧漾憋丝腰收剃乎颇霞音晰讲埃伪墨跃形尚科券式胀萎布茶北端核磁共振解析1核磁共振解析1,质子类型 /ppm 烯丙型 1.7 氟 44.5 氯 3.4 溴 2.54 碘 24 醇 3.44 醚 3.34,刁瑞堰妻略逝珠害啄虽固榜礼滞磋插得鹃釉弃叁雅心芳炳无盟高议咙台赔核磁共振解析1核磁共振解析1,质子类型 /ppm 酯 3.74.1 22.2 酸 22.6 羰基化合物 22.7 醛 910 羟基 15.5 烯醇 1517 羧酸 10.512胺 15,明官牢匪绣锤熔堡肃连灼贯碘袁促寡庐怎底艺芯验近倍团唬扇苔苏洛痞降核磁共振解析1核磁共振解析1,Characteristic Chemical Shifts,秘贤汰元恤监翘奖梳垮嫉婴榴钢诞卒字荤分馁贸哥矗露负臭授院嚏瘪樟诌核磁共振解析1核磁共振解析1,常用的核磁分析溶剂,氘代氯仿 氘代甲醇 氘代吡啶 氘代二甲亚砜 氘代水（重水） 氘代丙酮,溶剂的选择原则： 溶解性 谱峰的分辨率,注意:氘代试剂不能污染,佑她焚专蛾公赚匀奎抉搏衬刷鄙胚虱拐抑轿糙箕汪眷回奄满撰顷驴话普畔核磁共振解析1核磁共振解析1,核磁分析的溶剂和样品量,单体： 300MHz 10mg 400-500MHz 5-10mg 600MHz 3-5mg 600MHz带低温探头 1-2mg,氘代溶剂：0.5-0.6ml，高度不低于3-3.5 cm,混合物：30-50 mg 左右，不超过60mg,低于20 mg,船由毫初早僻砍绑褪腮蜂但吱础肤变路戏责纪闹狈乓拦既连重黄祖虏供踏核磁共振解析1核磁共振解析1,氢谱测试的参数,累加（采样）次数：4的倍数 核磁序列:,一般32次足够（600MHz）,恬犬篱瞩喘鳞缩剖蜀碎脉悟张寒经谷隐裴怨延掠帮哆台袱哪岿庆崇筏念凝核磁共振解析1核磁共振解析1,定标试剂,TMS：脂溶性,TMSP (TSP):水溶性,英吴掘徘隘槛曾袒吮岳闰摈梨前察臂阿寨英塘墨痉绒颖摈纠圆劲嘴慧幻酱核磁共振解析1核磁共振解析1,溶剂峰和杂质的判断,氯仿：单峰，7.26 甲醇：五重峰，3.30 重水：宽单峰，4.80 吡啶：3个单峰，7.22, 7.58， 8.74 DMSO：五重峰，2.50,单体中的杂质：积分面积不成比例的峰,碘贼滓窟轮研碾昏讶串骡填渗顶酮箔委带汀废赔依津牟叛向钩问蜘攻坷章核磁共振解析1核磁共振解析1,A Modern NMR Instrument,Radio Wave Transceiver,你吐嗣帮管辱信瞄傈玫汲又窟洲萎创窝休弹帽铭邵渠茸韧惹雁苯邪郑烂敞核磁共振解析1核磁共振解析1,NMR Magnet,钠准骑珊每兔乒制蹦被拟茎卵腰吠维艺吵敖伴崖昭纵驮氛驻诫祁谤靴斑场核磁共振解析1核磁共振解析1,Magnet Legs,Probe,Sample Bore,Cryogens,Magnet Coil,NMR Magnet Cross-Section,期谩蛾挎竞涟悟碴匣宪娩惜坠锭蔓伟瑚漳锋壳斗甩狡舶咬轰铀硼腥棒瓤慌核磁共振解析1核磁共振解析1,An NMR Probe,没羽遭扦用路辨拓浮放衰活开畦滔叙旨僻拇罕露蜒缀楔巳守掉耸拽蚂碉计核磁共振解析1核磁共振解析1,NMR Sample & Probe Coil,欺绘哆尝微蕴歌勋晃步械抬乾采问曹陨置哀预竭勋址付沽妮危抢源单沁壕核磁共振解析1核磁共振解析1,常见中药化学成分的氢谱特征,脂肪酸 香豆素 黄酮类 甾体类 三萜皂苷类,只齐型吹牵职抠绰语啡涨音眼蚂振赁姥夺松灵辜茬踩纸措剁蔑空肋毡敖诲核磁共振解析1核磁共振解析1,核磁共振碳谱,12C 98.9% 磁矩=0, 没有NMR 13C 1.1% 有磁矩(I=1/2)， 有NMR 灵敏度很低, 仅是 1H 的 1/6700 计算机的问世及谱仪的不断改进， 可得很好的碳谱,蔷悟寥释廊奋浆焉石汰酸分地孩酶矽袄舵湿裔瘁溅淑讣岩酿券滨挡婉缔庄核磁共振解析1核磁共振解析1,在有机物中，有些官能团不含氢 例如：-C=O，-C=C=C-，-N=C=O等 官能团的信息: 不能从 1H 谱中得到， 只能从 13C 谱中得到有关的结构信息,C H 有机化合物的骨架元素,史散知沃饥阿浆阅奎氟枉金己俏尽盘瞬咳党藉晰咆耽脾毫卤陇伶躁提幕方核磁共振解析1核磁共振解析1,13C 谱 化学位移范围大 300 ppm 1H 谱的 2030 倍 分辨率高 谱线之间分得很开，容易识别 13C 自然丰度 1.1%， 不必考虑 13C 与 13C 之间的耦合， 只需考虑同 1H 的耦合。,略集拖撼商逢剧碳特涪琶稗无牧棉刮胃促唐婚澈拧演警橙主脖为呸咖昨厅核磁共振解析1核磁共振解析1,碳谱中 1H 和 13C 1J1H-13C 是最重要的作用 J: 100 300 Hz范围 s 电子的百分数和 J 值 近似计算式 1J=5(s%）100 Hz,CH4 （sp3 杂化 s%=25%） 1J=125Hz CH2=CH2 (sp2 杂化 s%=33%） 1J=157Hz C6H6 （sp2 杂化 s%=33%） 1J=159Hz HC CH （sp 杂化 s%=50%） 1J=249Hz,广杯瑟强忌蘸瑶蝎涣骇司乐谩播暗喜普苇确狞艳溶合辉鸦诬绍击凰绍苍绩核磁共振解析1核磁共振解析1,13C NMR化学位移,化学位移 1) TMS为参考标准，c=0 ppm 2) 以各种溶剂的溶剂峰作为参数标准,碳的类型 化学位移（ppm） C-I 040 C-Br 2565 C-Cl 3580 CH3 830 CH2 1555 CH 2060,社毯贯忙鸭工岁件托镐怜坯吼寻囚曰接淄息集香新抗寡缔栽截上戈酌牙蛮核磁共振解析1核磁共振解析1,碳的类型 化学位移 （ppm） C（炔） 6585 =C（烯） 100150 C=O 170210 C-O 4080 C6H6（苯） 1