波谱分析-研究生-2D-NMR-简介及应用

2DNMR谱图:常以轮廓图表示而不用三维的方式.相同情况同样使用在地图上1020304050602040600.511.52102030405060102030405060第五节.2DNMR简介及应用

〔Two-DimensionalNMR〕两维谱图可简化图谱增加分辨率同时也可得到原子间的相关关系.1DNMR:横坐标同时表示化学位移和耦合常数两种不同的核磁共振参数。共振信号是一个频率的函数，常为f(w)2DNMR的诞生:1)自旋核调控脉冲技术2〕自旋核特性的理论开展3〕计算机技术的快速开展4〕超导磁体的开展1971年Jeener首先提出了二维核磁共振的概念1991年Ernst教授因对脉冲傅里叶变换核磁共振技术和二维核磁共振技术开展的奉献获得诺贝尔化学奖。2DNMR:是两个独立频率变量的信号函数，常为f(w1,w2)。采用不同的脉冲序列技术，得到图谱中一个坐标表示化学位移，另外一个坐标表示耦合常数，或另外一个坐标表示同核或异核化学位移，这类核磁图谱称为二维核磁共振谱。虽然2D-NMR有多种形式，但二维核磁共振实验的脉冲序列根据其时间轴可分为3或4个时期：即预备期、开展期〔演化期〕、混合期和检测期二维的主要类型1〕J分辨谱〔Jresolvedspectroscopy〕 将决定波谱共振位置的两个参数即化学位移和J耦合分开.2〕化学位移相关谱(chemicalshiftcorrelationspectroscopy) 将相互耦合的核、或具有化学交换的核、或有相互弛豫的核相关联.3〕多量子谱〔multiplequantumspectroscopy〕 检测和应用多量子跃迁同核相关谱异核相关谱二:J分辨谱分类

(一)同核J分辨谱

HomonuclearJresolvedspectroscopy(二)异核J分辨谱

Heteronuclear

JresolvedspectroscopyH1H4H5二:化学位移相关谱分类

(chemicalshiftcorrelationspectroscopy)

(一)同核相关谱

Homonuclearcorrelationspectroscopy(二)异核相关谱

Heteronuclearcorrelationspectroscopy(一).同核相关谱1)通过化学键COSYmagnitudeCOSY,phasesensitiveCOSY,DQF(MQF)-COSY,RELAY,ECOSYTOCSY2D-INADEQUATE2〕通过空间NOESYROESY(Rotation-frameOverhauserEffectSpectroscopy)1.2DCOSY(CorrelatedSpectroscopy)

NCHCHCOHHCrosspeaksexistinthe2-DCOSYspectrumwherethereisspin-spincouplingbetweenhydrogens.1H-1HCOSY谱实例:2DCOSY谱中,交叉峰f1=a,f2=d说明a与b有自旋-自旋偶合作用.投影图将给出一般的氢谱d543210543210C交叉峰s对角线峰aabbcdeecDQF-COSYSpectraofaproteinsegment(22aa)1H-1HCOSY谱实例:2.NOESY—空间相关谱(NuclearOverhauserEffectSpectroscopy)NCHCHCOHHNCHCHCOHHcorrelatenucleithroughspace(distance<0.5nm)

NOESY实例1:Noesy的交叉峰表示原子相互在空间上相邻.其强度可用来估算原子间距并以此推断分子的空间结构.HaHb012345012345fafbfcHcNOESY的谱图特征类似于COSY，一维谱中出现NOE的两个峰在二维谱中显示交叉峰。NOESY可以在一张谱图上描述出分子之间的空间关系。NOESY实例2:Noesy

经常被用来确定一些生物大分子象蛋白质,核酸,DNA,RNA的立体化学等.水中gramicidine〔短杆菌肽〕的400MHzNoesy谱.3.TOCSY—全相关谱(TotalCorrelationSpectroscopy)也称HOHAHA(homonuclearHartmann-Hahnspectroscopy)(二)异核相关谱

异核相关谱—两种模式

X-detected13C-1HCOSYHETeronuclearCORrelationCOLOC:COrrelationofLOngrangeCouplingHeteronuclearProtonRelay1Dand2DINADEQUATE

H-detectedHMQC,HSQC,HMBC,

H-detected(InverseMode)—反相模式

Low-gammalow-sensitivityXnuclei

whenlimitedamountofmaterialisavailable,thedirectdetectionofCarbon-13canbealmostimpossible

High-sensitiveprotonsBasicidea:

detectionof1Hspectraduringt2

-thedetectiontime; theXchemicalshiftisdetectedduringt1

-theevolutiontime.

1.HMQC(HeteronuclearMultipleQuantumCorrelation)TheHMQCexperimentprovidescorrelationbetweenprotonsandtheirattachedheteronucleithroughtheheteronuclearscalarcoupling.氢检测的异核多量子相关谱HMQC是将信号的振幅及相位分别依13C化学位移及1H间的同核化学耦合信息调制，并通过直接检测调制后的1H信号，获得13C-1H化学位移相关数据。它提供的信息及谱图与1H-13CCOSY完全相同—得到的是直接相连的13C与1H之间的耦合关系，不能得到季碳的结构信息。1008060402002543101H13CC-H异核相关谱给出碳氢的偶合关系-实例1:C-H异核相关谱给出碳氢的偶合关系-HMQC实例2:

异核相关谱可通过观测碳(1H-13CHetcor)或观测氢(HMQC,HSQC).观测氢的实验也称做反相实验.13C-1HHMQCofSucroseinD2O13C1HHSQC:Heteronuclear

Single

Quantum

CorrelationHMQC实例:Eachproton-carbonpairhasasinglecrosspeak.13Cnucleithathavediasteriotopicprotonshavetwocorrelations(someofthesecrosspeakpairsareboxedinthespectrumbelow).HMBC2:HMBC(HeteronuclearMultiple

Bond

Correlation)TheHMBCexperimentdetectslongrangecouplingbetweenprotonandcarbon(twoorthreebondsaway)withgreatsensitivity.C2C5COC1HMBC实例:HMBC可高灵敏度地检测到13C-1H远程耦合〔2JCH，3JCH〕,因此可得到有关季碳的结构信息及被杂原子切断的1H耦合系统之间的结构信息。三.NomenclaturePFG:

脉冲梯度场(PulsedFieldGradients)GS:

梯度场选择(GradientSelected)GRASP:

梯度增速光谱学(GradientAcceleratedSpectroscopy)GE: