第七章二維核磁共振譜,1二維J分解譜（2DJ-resolvedSpectroscopy,2DJ）2二維化學位移相關譜（Two-DimesionalChemicalShiftCorrelationSpectroscopy）1H,1H化學位移相關譜（1H,1HCOSY）Heteronuclearmultiple-quantumcorrelation(HMQC)Heteronuclearmultibondcorrelations:HMBC2DNMRhomonuclearthroughspacecorrelations:ROESY,NOESY,1H-1HCOSY譜：是最常用的同核位移相關譜。一般反映的是鄰碳氫的偶合關系，從而可知同一自旋體系里質(zhì)子之間的偶合關系，是歸屬譜線、推導結構強有力的工具。以乙酸乙酯的1H-1H相關譜（1H-1HCOSY）為例，橫軸及縱軸均為該化合物的1HNMR譜。同一1H核信號將在對角線上相交，交點稱對角峰（diagonalpeak）。圖上對角線兩側(cè)呈對稱分布的兩個點叫相關峰（crosspeak,或correlationpeak）。相互偶合的兩個/組1H核信號將在相關峰上相交。,(2)13C-1HCOSY譜和COLOC譜常規(guī)的13C-1HCOSY譜是反映直接鍵連的CH間的偶合關系，對于信號的指定非常有效。一般譜圖的一軸為化合物的1HNMR譜，另一軸為13CNMR譜。直接鍵連的13C和1H信號會在圖中出現(xiàn)相關點。COLOC譜，即遠程偶合的異核位移相關譜。它顯示2JCH、3JCH以上的13C-1H相關，從功能來看，其與遠程偶合13C-1HCOSY譜相近，但效果更好。,(3)HMQC譜和HMBC譜：屬檢測1H的異核位移相關譜。HMQC把1H核和與其直接相連的13C核關聯(lián)起來，所提供的信息及譜圖與13C-1HCOSY譜完全相同。HMBC可高靈敏地檢測13C-1H遠程偶合，由此可以得到有關季碳的結構信息及因雜原子存在而被切斷的1H偶合系統(tǒng)之間的結構信息。它同HMQC一樣也是通過測定靈敏度高的1H核來檢測13C-1H之間的遠程偶合相關信息，靈敏度比傳統(tǒng)的遠程偶合13C-1HCOSY高得多。,(4)NOESY譜和ROESY譜：屬NOE類的二維核磁共振譜。NOE主要用來確定兩個質(zhì)子在分子立體空間結構中是否距離相近，若存在NOE則表示兩者接近，NOE值越大，則兩者在空間的距離就越近。NOE對確定有機化合物的結構、構型和構象具有重要作用。NOESY譜采用二維方式檢測NOE，顯示1H核之間的NOE相關。ROESY是旋轉(zhuǎn)坐標系中的NOESY。,(5)總相關譜總相關譜（TotalCorrelationSpectroscopy,TOCSY）把COSY的作用延伸，從任一氫的峰組可以找到與該氫核在同一耦合體系的所有氫核的相關峰。這對于研究包含幾個自旋耦合體系的化合物特別有用，因TOCSY可把幾個體系相互區(qū)別。TOCSY的外型與COSY相似，但交叉峰的數(shù)目大大增加。另可見到HOHAHA(HomonuclearHartmann-HahnSpectroscopy)這一名稱的二維核磁共振譜。它的基本原理與TOCSY相近，作用則完全相同。,(6).2DINADEQUATEINADEQUATE是incrediblenaturalabundancedoublequantumtransferexperiment的縮寫，它確定碳原子的連接順序。它測定的是13C13C之間的耦合。13C的同位素豐度是1.1，因而兩個13C相連的幾率就近似為110000了，因此這是一個很弱的信號。最先發(fā)展起來的是一維的INADEQUATE，它有若干缺點，后來發(fā)展為二維的INADEQUATE，即2DINADEQUATE。在這樣的二維譜中，橫座標刻度（2）為碳譜化學位移，在該譜上方有常規(guī)碳譜?？v座標為雙量子頻率1，在2DINADEQUATE譜中有一條122的準對角線。所有耦合的（相鄰的）一對碳-13核會在同一水平線上（1相同），左右對稱地處于準對角線的兩側(cè)，且2分別等于它們的值處有相關峰。據(jù)此可以找出相鄰的兩碳原子，進而可以連出整個分子的碳原子骨架。采用微量樣品管，魔角旋轉(zhuǎn)，特殊軟件，2DINADEQUATE的用樣量及累加時間可大大減少。,各信號的歸屬如下：1.41(dt,H-2a),1.17(dt,H-2e),2.001.98(br.s,二個H-3),5.44(br.s,H-5),2.23(d,H-6),6.56(dd,H-7),5.99(d,H-8),2.20(s,H-10),1.51(s,5-Me),0.87(s,1-Me),0.78(s,1-Me)。,3.二維核磁共振譜的解析基于二維核磁共振譜推導未知物結構可歸納為三套方法:,一、以位移相關譜為核心推導未知物結構這是目前應用最多，也是發(fā)展最成熟的方法。1.確定未知物中所含碳氫官能團結合氫譜、碳譜、DEPT，H,C-COSY可以知道未知物中所含的所有碳氫官能團及它們在何處出峰。2.確定未知物中各耦合體系由于COSY可反映所有鄰碳氫的耦合關系，因而從COSY的交叉峰可以把耦合關系一個個找出來。即從耦合體系的一起點開始，依次找到鄰碳氫，直至最后一個鄰碳氫。耦合體系終止于季碳或雜原子。,3.確定未知物中季碳原子的連接關系季碳原子上不直接連氫，因此COSY上沒有與其對應的交叉峰。要把季碳原子和別的耦合體系連接起來需要COLOC或HMBC。4.確定未知物中的雜原子，并完成它們的連接從碳譜、氫譜有可能確定雜原子的存在形式，如CN，C=N，OH，OCH3等。從c，H的數(shù)值，可判斷碳氫官能團與雜原子的連接關系。從碳-氫長程相關譜可確定雜原子與碳氫官能團之間的連接，因碳-氫長程耦合可跨過雜原子。5.通過對譜圖的指認來核實結構,二、以2DINADEQUATE為核心推導未知物結構從2DINADEQUATE可以確定未知物中所有碳原子的連接關系。再按前述原則把雜原子加進去，未知物的結構就完整了。以這種方法所得結構的準確性是很高的。隨著譜儀的進步及有關技術，專用探頭和軟件的應用，它的應用將不斷推廣。,三、以HMQC-TOCSY為核心推導未知物結構HMQC的作用相當于H,C-COSY，但樣品的用量可大大減少。作TOCSY實驗時，其中有個重要參數(shù)是等頻混合時間。當它逐漸增長時（也就是說要作幾次實驗，得出對應不同等頻混合時間的譜圖），相關峰的數(shù)目逐漸增加，從某個碳原子或氫原子出發(fā)所找出的有耦合關系的碳、氫原子也就越來越多。用這樣的方法，逐步得到未知物的結構。,以化合物A的結構解析為例：其HRMS顯示其分子式為C6H11NO，不飽和度為2。IR顯示在1665,1680(strong),3250cm-1有吸收峰，表明可能有酰胺基團存在。,化合物A的1HNMR譜,化合物A的13CNMR譜,化合物A的HMQC譜,化合物A的HMBC譜,分析一維1H譜，根據(jù)譜圖中化學位移值、耦合常數(shù)值、峰形和峰面積找出一些特征峰。,解析過程,化合物A的1HNMR譜的初步解析,-CH=,CH2=,對照13C譜和DEPT譜確定各碳原子的級數(shù)。按照化學位移分區(qū)的規(guī)律，大致確定各譜線所屬的區(qū)域。,化合物A的13CNMR譜的初步解析,溶劑峰,借助二維核磁共振譜，從已確定的碳氫譜線出發(fā)，找到與之相關的各氫碳譜線，由此完成對一些未知譜線的指認。確定各基團片斷的連接次序，并對NMR譜圖中的各峰進行歸屬。,通過對HMQC譜進行同碳氫相關的解析，對同碳氫進行指認：包括兩個化學環(huán)境相同的CH3（dH1.20,d,6H;dC19.4q）；一個飽和CH（dH2.44,m,1H;dC35.5d）；一個雙鍵CH（dH6.98,ddd,1H;dC128.9d）和一個末端雙鍵CH2（dH4.39,d,1H;dH4.64,d,1H;dC95.2t）,通過HMBC譜進行遠程碳氫相關解析確定化合物A由以下BCD三個片斷構成,B,D,C,進一步分析HMBC譜圖，發(fā)現(xiàn)飽和CH和雙鍵CH均與羰基碳相關。另外，CH3也和羰基碳相關（如下圖），表明片斷B與羰基碳直接相連。結合其它碳氫相關最終確定連接次序，從而確定化合物A的結構如下：,對化合物A的各峰進行歸屬,例1.某黃酮苷的核磁共振波譜數(shù)據(jù)，試推斷其化學結構，并將核磁共振譜數(shù)據(jù)歸屬。1H-NMR（400MHz，CDCOCD3）（ppm）：7.78(d,8.0),6.86(d,8.0),6.52(s),6.40(s),5.07(d,11.7,2.5),3.79(d,br,9.9),3.65(q,6.1),3.57(br,s),2.13(q,11.7),1.76(d,11.7),1.27(d,6.1).13C-NMR（100MHz，CDCOCD3）（ppm）：183.9(s),166.5(s),166.0(s),163.2(s),159.5(s),158.5(s),129.4(2C,d),123.0(s),117.2(2C,d),111.4(s),103.6(d),96.3(d),76.7(d),73.0(d),71.6(d),70.6(d),33.3(t),17.7(q).HMQC譜中有下列相關(CH):103.6(d)6.52(s),96.3(d)6.40(s),129.4(2C,d)7.78(d,8.0),117.2(2C,d)6.86(d,8.0),73.0(d),5.07(d,11.7,2.5),76.7(d)3.65(q,6.1),71.6(d)3.57(br,s),70.6(d)3.79(d,br,9.9),33.3(t)2.13(q,11.7),1.76(d,11.7),17.7(q)1.27(d,6.1).,HMBC譜中有下列相關(CH):33.3(t)5.07(d,11.7,2.5),3.79(d,br,9.9);71.6(d)3.79(d,br,9.9),3.65(q,6.1);17.7(q)3.65(q,6.1);111.4(s)5.07(d,11.7,2.5);123.0(s)6.52(s);183.9(s),166.5(s)6.52(s);166.0(s)6.40(s);,例4：從茛科鐵破鑼屬(Beesia)植物中分離到一新化合物gbc-26，為白色無定形粉末，mp.274-276(CHCl3-MeOH，c，D20十2.6；MeOH，c，0.12)，Liebermann-Burchard反應陽性，Molish反應陽性、薄層水解檢識有木糖。FAB-MS顯示m/z683M+H+，結合1H和13CNMR譜數(shù)據(jù)推測其分子式為C37H62O11，不飽和度為7。IR譜在3600-3100及1040，1090出現(xiàn)強吸收；在1720，1260cm-1顯示強吸收帶。,1HNMR0.26d(3.9)，0.50d(3.9)1.83s，1.50s，1.53s，1.28s，1.01s，1.08s，1.47s4.82d(7.4)，3.97t(8.0)，4.10t(8.6)，4.15m，3.69t(10.6)，4.32dd(11.2,5.1)5.56d(3.5)，4.69dd(8.3,3.5)，2.29d(8.3)1.21m，1.54m，2.03s，1.90m，2.30m，3.47(11.6，4.1)，1.30m，0.65q(12.3)，1.44m，1.05m，1.30m，1.801.75m，1.85m，2.72m，2.02m，2.15m，2.02m，3.76br.d(9.0),13CNMR76.43，72.81，80.3488.49，90.75，79.94107.39，75.42，78.42，71.19，66.98171.5632.40，30.03，41.29，47.58，21.05，26.18，47.83，19.77，26.45，26.05，34.23，48.71，47.58，54.09，21.39，30.48，26.00*，42.48，27.16，25.97，26.00，25.77，15.37，13.51，21.29，,HMBC：（CH)80.341.53s；27.16，42.483.76br.d(9.0)；76.43，26.00*，54.091.47s；88.494.82d(7.4),HMQC：(CH)32.401.21m，1.54m；30.031.90m，2.30m；88.493.47(11.6，4.1)；47.581.30m；21.050.65q(12.3)；26.181.44m；47.831.05m，1.30m；19.771.8034.231.75m，1.85m；90.755.56d(3.5)；79.944.69dd(8.3,3.5)；54.092.29d(8.3)；21.391.83s；30.480.26d(3.9)，0.50d(3.9)26.00*1.47s；42.482.72m，2.02m；27.162.15m，2.02m；80.343.76br.d(9.0)；25.971.50s；26.001.53s；25.771.28s；15.371.01s；13.511.08s21.292.03s107.394.82d(7.4)；75.423.97t(8.0)；78.424.10t(8.6)；71.194.15m；66.983.69t(10.6)，4.32dd(11.2,5.1),IR譜在3600-3100及1040，1090cm-1出現(xiàn)強吸收，示苷類化合物；在1720，1260cm-1顯示強吸收帶，提示分子結構中含乙?；?。1H和13CNMR譜提示該化合物為9，19環(huán)菠蘿蜜烷型三萜單糖苷，含有一個乙?；鵋2.03(3H，s)，c17l.563。1HNMR譜高場區(qū)顯示一對AB系統(tǒng)質(zhì)子的信號0.29(1H，d、J3.9Hz，19-H)，0.50(1H，d，J3.9Hz，19-H)，七個叔甲基質(zhì)子的單峰信號1.01，1.08，l.28，1.47，1.50，1.53，1.833，還顯示一組木糖的5個質(zhì)子信號3.69(1H，t，J106Hz，5-H)，3.97(1H，t，J8.0Hz，2-H)，4.10(1H，t，J86Hz，3一H)，4.15(1H，m，4一H)，432(1H，dd，J11.2，5.1Hz，5一H)，4.82(1H，d，J7.4Hz，1-H)；根據(jù)端基氫的偶合常數(shù)可判斷苷鍵為構型。,1HNMR譜低場區(qū)顯示一個ABX系統(tǒng)連氧碳上的質(zhì)子信5.56(1H，d，J3.5Hz，Ha)4.69(1H，dd，J8.3，3.5Hz，Hb)，2.29(1H，d，J83Hz，Hx)。HMQC譜中，Ha(H-15)，Hb(H-16)和Hx(H-17)三質(zhì)子信號分別與碳譜中90.75(C-15)，79.94(C-16)和54.09(C-17)相先考慮到Ha(H-15)化學位移處于較低場，推測15位連有乙酰氧基，該化合物具有部分結構B。,13CNMR譜共顯示37個碳信號；一組碳信號107.39，75.42，78.42，71.19，66.98可歸屬為木糖的C-1C-5。88.49可歸屬為C-3。該化合物的不飽和度為7，扣除9，19環(huán)菠蘿蜜烷型A-D環(huán)骨架、一個糖環(huán)和一個乙?；鸬牟伙柡投?，分子中不再有其它環(huán)系。因此17位應連有一個8碳開環(huán)側(cè)鏈。13CNMR譜低場區(qū)除了C-3、C-15，C-16和木糖碳信號外，還顯示3個連氧碳信號80.34，76.43，72.81，說明分子中還有3個羥基。,1HNMR譜中甲基信號均為單峰，說明有一羥基位于25位，連氧碳信號72.81可歸屬為C-25。H-17只與H-16偶合呈雙峰，提示C-20為季碳，說明有一羥基連在20位碳原子上，連氧碳信號76.43可歸屬為C-20。從生源上推測，另一羥基位于24位，1HNMR譜中低場區(qū)出現(xiàn)一質(zhì)子信號3.76(1H，br，d，J9.0Hz，H-24)，HMQC譜中，H-24與80.34相關HMBC譜中，H-27與C-24遠程相關，H-24與C-23，C-22遠程相關，H-21與C-17，C-20，C-21遠程相關(Fig1)，證明了3個羥基位于C-20、(C24和C-25位。FAB-MS出現(xiàn)基峰m/143(100)，107，可解釋為17位側(cè)鏈部分分別失去一分子和三分子水所致。以上證據(jù)說明分子中存在部分結構A。,1HNMR譜中3位氫出現(xiàn)在3.47(1H，dd，J116，41Hz)，根據(jù)其偶合常數(shù)和裂分方式可判斷3位氫為構型。HMBC譜中的，4.82(H-1)與88.49(C-3)相關證明木糖連在C-3位。結合HMQC，HMBC，所有碳信號和大部分氫信號都得以歸屬；因此該化合物的平面結構得以確定。,C-15，16和17的立體化學是通過研究1H-1H偶合常數(shù)(J15,163.5，J16,178.3Hz)確定的。H-16和H-17之間偶合常數(shù)為8.3Hz，說明16位羥基與17位側(cè)鏈處于順式位置，即16位羥基為構型；H-15和H-16之間偶合常數(shù)為3.5Hz，說明15位乙?；鶚嬓?若15位取代基為構型，則J15,169H