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第四章_二维核磁共振谱1

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二维NMR谱原理及解析

二维NMR谱原理及解析
H0
碳谱与氢 谱的对比
氢谱不足
不能测定不 含氢的官能 团
对于含碳较多的 有机物，烷氢的 化学环境类似， 而无法区别
碳谱补充
给出各种含碳官能团 的信息，几乎可分辨 每一个碳核，光谱简 单易辨认
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
ppm
1D 谱 分辨率可通过提高外磁场强 度和增加谱图的维数而提高. nD NMR (n=2,3,4)
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
一维核磁共振氢谱
1D NMR--脉冲序列和原理示意图
D1
核磁共振氢谱
1H NMR是应用最为广泛的核磁共振波谱。
JBC=7 Hz
B,C是磁不等价的核
JAB JAC
Hc C B
A
A
*C
*CH
*CH2 H2
*CH3 H3 H2 H1 C
H1 C C C
H1
由于一些核的自然丰度并非100%.顾此谱图中可能出现偶合分 裂的峰和无偶合的峰.氯仿中的氢谱是一个典型的例子.
H-12C H-13C
H-13C x100
105 Hz
B0
Be
原子核实际感受到的磁场: B = (1-s) B0 S：化学位移常数
化学位移
分子中的原子并不是孤立存在,它不仅在相互间发生作用也同周围环 境发生作用,从而导致相同的原子核却有不同的核磁共振频率.
化学位移
自旋-自旋偶合
Larmor
E B0
频率
e.g. B0=11.7 T,
w(1H)=500 MHz w(13C)=125 MHz 化学位移 ~ B0 » kHz 自旋-自旋偶合» Hz-kHz

二维核磁共振谱综述

二维核磁共振谱综述
1．什么是二维谱 二维核磁共振(2D NMR)方法是有Jeener 于1971年首先提出 的,是一维谱衍生出来的新实验方法.引入二维后,减少了谱线的拥 挤和重叠,提高了核之间相互关系的新信息.因而增加了结构信息, 有利于复杂谱图的解析.特别是应用于复杂的天然产物和生物大分 子的结构鉴定,2DNMR是目前适用于研究溶液中生物大分子构象 的唯一技术.一维谱的信号是一个频率的函数,记为S(ω),共振峰分 别在一条频率轴上.而二维谱是两个独立频率变量的信号函数,记 为S(ω1,ω2),共振峰分布在由两个频率轴组成的平面上.2D-NMR 的b最大特点是将化学位移,偶合常数等参数字二维平面上展开,于 是在一般一维谱中重叠在一个频率轴上的信号,被分散到两个独立 的频率轴构成的二维平面上.,同时检测出共振核之间的相互作用.
3．二维谱的表达方式
（1）堆积图(stacked plot). • 堆积图的优点是直观,具有立体感.缺点是 难以确定吸收峰的频率。大峰后面可能隐 藏小峰，而且耗时较长。 • (2)等高线（Contour plot） 等高线图类似于等高线地图，这种图的优 点是容易获得频率定量数据，作图快。缺 点是低强度的峰可能漏画。目前化学位移 相关谱广泛采用等高线。
4．2 化学位移相关谱（Correlated Spectroscopy ,COSY）
• 二维化学位移相关谱包括 • 同核化学位移相关谱（Homonuclear correlation） • 1）通过化学键：COSY, TOCSY, 2DINADEQUATE。 • 2）通过空间：NOESY, ROESY。 • 异核化学位移相关谱（Heteronuclear correlation） • 强调大的偶合常数：1H-13C –COSY • 强调小的偶合常数，压制大的偶合常数： COLOC(远程1H-13C –COSY)

第四章核磁共振谱-1HNMR

第四章核磁共振谱-1HNMR
原子核的质量和所带电荷:原子核由质子和中子组成，其中质子 数目决定了原子核所带电荷数，质子与中子数之和是原子核的质量。 原子核的质量和所带电荷是原子核最基本的属性。
原子核一般的表示方法是在元素符号的左上角标出原子核的质 量数，左下角标出其所带电荷数（有时也标在元素符号右边，一般 较少标出）。如：11H, 21D, 126C等。
(2)
m 是原子核的磁量子数，磁量子数m的值取决于自旋量子数 I，可取 I、I 1、 I -2… -I，共 2I +1 个不连续的值。这说明 P 是空间方向量子化的。
原子核的磁性和磁矩
带正电荷的原子核作自旋运动，就好比是一个通电的线 圈，可产生磁场。因此自旋核相当于一个小的磁体，其磁 性可用核磁矩u来描述。u也是一个矢量，其方向与P的方 向重合，大小由下式决定：
发展历史
1. 仪器向更高的磁场发展，以获得更高的灵敏度和分辨率， 现己有300、400、500、600MHz，甚至1000MHz的超导 NMR谱仪；
2. 利用各种新的脉冲系列，发展了NMR的理论和技术，在 应用方面作了重要的开拓；
3. 提出并实现了二维核磁共振谱以及三维和多维核磁谱、 多量子跃迁等NMR测定新技术，在归属复杂分子的谱线 方面非常有用。瑞士核磁共振谱学家R.R.Ernst因在这 方面所作出的贡献，而获得1991年诺贝尔化学奖；
原子核的自旋和自旋角动量
与宏观物体旋转时产生角动量（或称为动力矩）一样，原子核 在自旋时也产生角动量。角动量P的大小与自旋量子数I有以下关系：
自旋角动量 P= h/2 I(I+1)1/2
(1)
自旋角动量P是一个矢量，不仅有大小，而且有方向。它在直角
坐标系z轴上的分量Pz由下式决定：
Pz= h/2 *m

第四章 核磁共振波谱-本科

第四章 核磁共振波谱-本科

第四章核磁共振波谱(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR) 1946年发现核磁共振，1952年获诺贝尔物理学奖，1950年发现化学位移，1991年获诺贝尔化学奖。

4.1 核磁共振的基本原理4．1．1 原子核的磁矩原子核是带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩只有存在自旋运动的原子核才具有磁矩→核磁共振。

具有自旋运动的原子核都具有一定的自旋量子数（I），I=n×1/2, n=0,1,2,3… (取整数)（1）I=0：核电荷数和核质量数均为偶数的原子核没有自旋现象，如12C，16O，28S等，没有自旋现象，也没有磁矩（2）I=1/2：核电荷数为奇数或偶数，核质量数为奇数，如1H、13C、15N、19F、31P等（I=1/2），这类原子核具有自旋现象。

（3）I为整数的原子核：核电荷数为奇数，核质量数为偶数，如2H、14N也有自旋现象I≠0的原子核都有自旋现象，其自旋角动量P的大小与I有关不同类型的核具有不同的磁矩μ，其大小与自旋角动量P和磁旋比γ有关μ=γP磁旋比是原子核的特征常数，不同类型的核其磁旋比不同。

I=1/2的原子核，其核磁共振谱线较窄，最适合于核磁共振检测I＞1/2的原子核，其核磁共振的信号很复杂有机化合物的基本元素1H、13C、15N、19F、31P等（I=1/2），广泛用于有机化合物的结构测定4．1．2 自旋核在磁场中的取向和能级具有磁矩的核在外磁场中的自旋取向是量子化的，用磁量子数m表示核自旋不同的空间取向，其数值可取：m=I, I-1, I-2,…, -I, 共有2I+1个取向。

例如，1H核，I=1/2，则有m=1/2和-1/2两种取向，分别代表低能态和高能态。

根据电磁理论，磁矩μ在外磁场中与磁场的作用能E为E=-μB oBo为磁场强度。

可见，外加磁场越强，高低能态的能级差越大。

4．1．3 核的回旋和核磁共振在磁场B o中，核会自旋，同时绕外磁场的方向进行回旋，这种运动称为Larmor进动。

二维核磁共振谱技术及其基本原理

二维核磁共振谱技术及其基本原理

二维核磁共振谱技术及其基本原理二维核磁共振谱技术是核磁共振成像技术的一种重要分支，它通过在两个磁场方向上分别对样品进行核磁共振测量，得到更为丰富的信息，包括化学位移、耦合常数、相互作用等。

二维核磁共振谱技术在化学、生物医学等领域有着广泛的应用，能够提供样品的结构信息，是一种非常有用的分析工具。

本文将对二维核磁共振谱技术的基本原理进行介绍。

核磁共振谱是利用核磁共振现象对样品进行分析的一种方法。

当样品置于外磁场中时，样品中的原子核会受到外磁场的影响，核自旋会在外磁场的作用下产生共振信号。

这些共振信号可以通过调节外磁场的频率来探测，并且能够提供关于样品成分和结构的信息。

一维核磁共振谱是最基本的核磁共振谱技术，它通过在一个磁场方向上进行核磁共振测量来获取样品的信息。

然而，一维核磁共振谱的信息有限，无法提供样品内部的分子间相互作用信息。

为了获取更为丰富的信息，科学家们开发了二维核磁共振谱技术。

二维核磁共振谱技术通过在两个磁场方向上进行核磁共振测量，能够获取关于样品内部原子核之间相互作用的信息。

二维核磁共振谱技术的基本原理可以用二维傅里叶变换来解释。

当样品置于两个垂直的外磁场中时，样品中的原子核会在这两个磁场的作用下产生多重共振信号。

通过调节两个外磁场的频率，可以得到关于样品内部核之间相互作用的二维核磁共振谱数据。

为了更好地理解二维核磁共振谱技术的原理，我们可以将其分为三个步骤：样品制备、谱图获取和数据分析。

在样品制备阶段，需要对待测样品进行溶解、稀释等处理，以便在核磁共振仪中进行测量。

在谱图获取阶段，需要在两个垂直的外磁场中对样品进行核磁共振测量，得到二维核磁共振谱数据。

在数据分析阶段，需要进行傅里叶变换等数学处理，将原始的谱数据转换为易于理解的谱图。

通过对得到的二维核磁共振谱数据进行分析，可以获取关于样品内部结构和相互作用的信息。

二维核磁共振谱技术有着广泛的应用。

在化学领域，二维核磁共振谱技术可以用来对化合物进行结构鉴定和结构澄清。

2D核磁共振谱

2D核磁共振谱

t1
t2
2D NMR Pulse Sequence
The 2D NMR Spectrum
Pulse Sequence
t1
t2
Spectrum
Before mixing
Coupled spins
After mixing
The Power of 2D NMR: Resolving Overlapping Signals
丙烯酸丁酯的同核J分解谱
2 D J 分解 1H NMR谱

Mugineic acid 是存在于禾本科植物中，具有输送铁 的功能的一种物质
COO 1' + NH
-
COO1'' + N H2 OH
COOH OH
异核 J 谱

异核 J 谱常见的为碳原子与氢原子之间产生偶合的 J 分解谱，它的
2方向（水平轴）的投影如同全去偶碳谱。 1方向（垂直轴）反映
O
8
10 4 6
7
15
HO
用以区别偕偶和邻偶的COSY-45谱
H-H COSY
COSY-45
11 1 2 3 12 13 14
O
8
10 4 6
7
15
HO
NOESY 和ROESY

二维 NOE 谱简称为 NOESY，它反映了有机化合物结构中核与核之间空间距离的关 系，而与二者间相距多少根化学键无关。因此对确定有机化合物结构、构型和构
2D 核磁共振谱
胡立宏 研究员
2004-2
Slide number
二维 FT-NMR

是八十年代经 Ernst和 Freeman 等小组的努力发展起来的 NMR新技术，是NMR软件开发和应用最新技术的结果。 二维核磁共振谱的出现对鉴定有机化合物结构来说，解决 问题更客观、可靠，而且提高了所能解决的难度和增加了 解决问题的途径。 化学位移和偶合常数: (H)- (H)， (H)-(C), (C)-(C), (H)-J, (C)-J 采用软件对对二维谱进行自动解析

核磁二维谱图

第1页/共19页
4.5.1二维共振谱的形成
• 信号函数s(w1,w2)两个独立的变量都必须是频率。如果其中一个变量是时间， 温度，浓度等，则不属于二维核磁。
预备期
发展期
混合期
检出期
回复平 衡态
1个或 几个脉 冲使体 系激发
建立信 号检出 条件
第2页/共19页
检出 FID信 号
二维核磁的分类
• 1）J分解谱 • －J谱：化学位移和自旋耦合作用分辨开，异核J谱和同核J谱 • 2）化学位移相关谱：－谱，同核偶合，异核偶合，NOE和交换偶合。 • 3）多量子谱 • 二维核磁的表现形式：堆积图，等高线图
7
6
3
4
OH
23
5
4
1
第6页/共19页
6 78 9
第7页/共19页
9
8 7
6O
6
8
5
7
9
1 2
3 4
OH
3
2
9 8
7 6
6
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O
5
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1 2
3 4
OH
3
2
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2
3
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9
8
7
6
8
O
5
7
9
6 3 12
1 2
3 4
OH
4
5 第9页/共19页
小蠹烯醇1H NMR
第10页/共19页
小蠹烯醇13C NMR
第11页/共19页
小蠹烯醇1H-1H COSY
第12页/共19页
小蠹烯醇双量子滤波1H-1H COSY(DQF-COSY)
第13页/共19页

第四章 核磁共振-氢谱


4.1.3 核的回旋和核的共振
当一个原子核的核磁矩处于磁场HO中，由于核自身的旋 转，而外磁场又力求它取向于磁场方向，在这两种力的作用 下，核会在自旋的同时绕外磁场的方向进行回旋，这种运动称 为Larmor进动。
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=μH0) 一种和磁场方向平行，能量较低 ( E= 0)
前言 过去50年，波谱学已全然改变了化学家、生物学家和生 物医学家的日常工作，波谱技术成为探究大自然中分子内部 秘密的最可靠、最有效的手段。NMR是其中应用最广泛研 究分子性质的最通用的技术：从分子的三维结构到分子动力 学、化学平衡、化学反应性和超分子集体、有机化学的各个 领域。 1945年 Purcell（哈佛大学） 和 Bloch（斯坦福大学） 发现核磁共振现象，他们获得1952年Nobel物理奖。 1951年 Arnold 发现乙醇的NMR信号，及与结构的关 系。 1953年 美国Varian公司试制了第一台NMR仪器。
4.2.4 核磁共振图谱
CHCl3
低场
向左
（δ 增大）
磁场强度
向右
（δ 减小）
高场
图3-5 乙醚的氢核磁共振谱
4.3. 氢的化学位移
4.3.1 化学位移
在一固定外加磁场(H0)中，有机物的1H核磁共 振谱应该只有一个峰，即在:
= E / h = · ( 1/2)· H0
分子中各种质子（原子核）由于所处的化学环 境不同，而在不同的共振磁场下显示吸收峰的 现象，称为化学位移，表示：δ/ppm。
核磁共振的条件:
ΔE = h v迴= h v射= hH0/2π 或 v射= v迴= H0/2π

4.二维核磁共振谱1(12)


磁场
交变磁场

角速度0
旋转坐标系（rotating frame）x'y'z' z'与实验室坐标系（xyz）的z轴重合，但x'y'绕z轴旋 转，其旋转角速度为圆偏振磁场的旋转角速度。
B0
Z 旋转快 旋转慢

M Y
X/ B1
X
Y/
B1
在此旋转坐标系中，圆 偏振磁场成为一固定磁 场，以B1表示。设它沿x' 方向。在z'方向则有B0。 经证明，在 z'还存在着 另一矢量ω/γ，ω为旋转 坐标系的角速度矢量。 这一项的产生是因旋转 坐标系而引起。
按上式计算的谱线宽度就自然宽度。实际谱 线宽度远宽于自然宽度，这是因为磁场的不均匀 性也对横向弛豫有贡献，因此产生表观横向弛豫 时间T'2，T'2 < T2。
1 T2
三、脉冲-傅立叶核磁共振波谱仪
所谓脉冲是指在微秒期间内周期性地施加的射频。 如以tp代表脉冲宽度，tr代表脉冲间隔，υ0为发射 器频率，则该脉冲系列可展开成以υ0为中心的连续 的频率振动，简称频谱。
自旋-晶格弛豫（纵向弛豫）
Spin-Spin Relaxation (T2)
自旋-自旋弛豫（横向弛豫）
核磁共振谱线宽度
Heisenberg 测不准原理
E t h
Δt是粒子停留在某一能级上的时间，在NMR 中决定于自旋-自旋的相互作用。
E T2 h E h 1 T2
ν0
频率为ν0的连续、等幅的射频波 周期为tr，每次持续 时间为tp，强度为A 的方波
调制后的射频脉冲
时畴信号和频畴谱，二者之间的傅立叶变换

二维谱


• 但是由于13C天然丰度仅仅为1.1%，出现13C-13C偶合 的几率为0。01％，13C-13C偶合引起的卫线通常离13C 强峰只有20Hz左右，其强度又仅仅是13C强峰的 1/200，这种弱峰往往出现在强13C峰的腋部，加上 旋转边带，质子去偶不完全，微量杂质的影响等因 素，使1JC-C测试非常困难。
三。NOESY（Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy)
NOESY的谱图特征类似于COSY谱，一维谱中出现出现NOE 的两个核在二维谱显示交叉峰。NOESY可以在一张谱图上 描绘出分子之间的空间关系。
COSY OF PBF
NOESY of PBF
Codeine的NOESY
O
COSY of 2－丁烯酸乙酯
A
O
B
二.天然丰度的双量子13C谱 INDEQUATE (13C-13CCOSY)
这是二维碳骨架直接测定法，是确定碳原子连 接顺序的实验，一种双量子相干技术。是一种 13C-13C化学位移相关谱。在质子去偶的13C谱 中，除了13C信号外，还有比它弱200倍的13C13C偶合卫星峰，13C-13C偶合含有丰富的分子 结构和构型的信息。由于碳是组成分子骨架， 它更能直接反映化学键的特征与取代情况。
H-11 to C-14 and/or C-15 H-18 to C-16, C-11 H-13 to C-17, C-14 and/or C-15, C-11 H-14 to C-13 and C-11 H-18' to C-11 H-17 to C14 and/or C-15, C-13
A
• • • •
7.7 8.15 7.4 7.5
111.6 120.6 122.6 127
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与t2轴对应的ω2（ν轴），通常是频率轴，与t1轴对应的 ω1是什么，取决于在发展是何种过程。


相干(ccherence):是描述自旋体系状态的波函数 之间关系的一种物理量。，它通常没有简单的模 型，它是横向磁化及相位的量。（不仅包括 ⊿m=1, 而且包括⊿m=0, ⊿m=2状态之间关系) 它可以通过射频脉冲的作用传递。 C .实验过程：用固定时间增量⊿t1依次递增t1进 行系列实验，反复叠加，因t2时间检测的信号 S(t2)的振幅或相位受到s(t1)的调制，则接收的 信号不仅与t2有关，还与t1有关，每改变一个t1， 记录S(t2),因此得到分别以时间变量t1,t2为行列 排列数据矩阵，即在检测期获得一组FID信号， 组成二维时间信号S(t1,t2)。因t1,t2是两个独立 时间变量，可以分别对它们进行傅立叶变换，一 次对t2,一次对t1,两次傅立叶变换的结果，可以 得到两个频率变量函数S(ω1,ω2)。如图
4．2 化学位移相关谱（Correlated Spectroscopy ,COSY）


二维化学位移相关谱包括 同核化学位移相关谱（Homonuclear correlation） 1）通过化学键：COSY, TOCSY, 2DINADEQUATE。 2）通过空间：NOESY, ROESY。 异核化学位移相关谱（Heteronuclear correlation） 强调大的偶合常数：1H-13C –COSY 强调小的偶合常数，压制大的偶合常数： COLOC(远程1H-13C –COSY)
图4.3 堆积图
等高线
4．二维谱峰的命名


（1）交叉峰（cross peak）:出现在 ω1≠ω2处，（即非对角线上）。从峰的 位置关系可以判断哪些峰之间有偶合关 系，从而得到哪些核之间有偶合关系， 交叉峰是二维谱中最有用的部分。 （2）对角峰（Auto peak）:位于对角线 （ω1＝ω2）上的峰，称为对角峰。对角 峰在F1和F2轴的投影。
hm
ed
cd bc fh
hk
ci
c fe d e f k
i b a h m
ab af
e
H f h
a OH k
b
C
d
OH
i m


它只有一个双量子跃迁，其频率正比于两个偶 合的13C核的化学位移之和的平均值。所以如果 两个碳具有相同的双量子跃迁频率，即可以判 断，它们是相邻。 在INADEQUATE谱图中F1与F2分别代表双量子 跃迁频率和13C的卫线，依次代表双量子和单量 子跃迁频率。谱图中一个轴是13C的化学位移， 一个为双量子跃迁频率，其频率正比于两个偶 合的13C核的化学位移之和的平均值。因此谱图 中F1=2F2的斜线两侧对称分布着两个相连的13C 原子信号，表示碳偶合对的单量子平均频率与 双量子频率间的关系，水平连线表明一对偶合 碳具有相同的双量子跃迁频率，可以判断它们 是直接相连的碳。依此类推可以找出化合物中 所有13C原子连接顺序。

3.相敏COSY谱


COSY谱，由于谱线信号色散分量作用，相邻的 峰容易相互部分重叠，交叉峰的精细结构看不清 楚，不便读出偶合常数。 相敏COSY谱的相位很复杂，相位调节的质量直 接影响偶合常数的检测即信号灵敏度。在COSY 谱中对角线与交叉峰相位总是相差90。。相敏 COSY谱中，磁化转移地结果产生一对交叉峰相 位相差180。以AX体系为例。其交叉峰为纯吸收 线形，对角线为色散型。谱图黄色圆圈为正峰， 红色为负峰。


谱图正负峰以不同的颜色表示（下图蓝色圆圈为 正峰，红色为负峰）。也可以用实心表示正峰， 空心表示负峰。 其交叉峰为纯吸收线形，对角线为色散型 从相敏COSY可以直接读出J值。这里需要辨认 主动偶合和被动偶合。所谓的主动偶合就是相关 交叉峰直接的偶合。其余为被动偶合。主动偶合 的每一对峰总是一正一负。被动偶合的交叉峰是 相位相同（同为正或同为负）
18 --> 11 --> 16 --> 15 --> 17 --> 13.
三。NOESY（Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy)
核间磁化传递是通过非相干作用传递，这种传递是靠 交叉驰豫和化学交换来进行。即样品间偶极－偶极传递 的。它的基本脉冲是： π/2-t1-π/2-tm-π/2-ACQ NOESY的基本序列在COSY序列的基础上，加一个固 定延迟和第三脉冲，以检测NOE和化学交换的信息。混 合时间tm是NOESY实验的关键参数，tm的选择对检 测化学交换或NOESY效果有很大影响。选择合适的tm, 可在最后一个脉冲，产生最大的交换，或建立最大的 NOE. NOESY的谱图特征类似于COSY谱，一维谱中出现出 现NOE的两个核在二维谱显示交叉峰。NOESY可以在 一张谱图上描绘出分子之间的空间关系。
A
M
X

与COSY有关的实验自旋回波 COSY(SECSY),双量子相干谱（DQCCOSY）,同核接力相干谱（RCT）.有兴趣 的同学，可以阅读有关的书籍。
二.天然丰度的双量子13C谱 INDEQUATE (13C-13C-COSY)
这是二维碳骨架直接测定法，是确定碳原子连 接顺序的实验，一种双量子相干技术。是一种 13C-13C化学位移相关谱。在质子去偶的13C谱 中，除了13C信号外，还有比它弱200倍的13C13C偶合卫星峰，13C-13C偶合含有丰富的分子 结构和构型的信息。由于碳是组成分子骨架， 它更能直接反映化学键的特征与取代情况。
2。二维谱实验

A.原则上二维谱可以用概念上不同的三种 实验获得,(如图4.1),(1).频率域实验 (frequency- frequency) (2).混合时域 (frequency-time)实验(3). 时域(time-time) 实验.它是获得二维谱的主要方法,以两个 独立的时间变量进行一系列实验,得到 S(t1,t2),经过两次傅立叶变换得到二维谱 S(ω1,ω2).通常所指的2D-NMR均是时间 域二维实验

1。COSY－90。的基本脉冲序列包括两个基本脉 冲在此脉冲作用下，根据发展期t1的不同，自旋 体系的各个不同的跃迁之间产生磁化传递，通过 同核偶合建立同种核共振频率间连接图。此图的 二个轴都是1H的δ在ω1＝ω2的对角线上可以找 出一维1H谱相对应谱峰信号。通过交叉峰分别作 垂线及水平线与对角线相交，即可以找到相应偶 合的氢核。因此从一张同核位移相关谱可找出所 有偶合体系，即等于一整套双照射实验的谱图 。
第四章 二维核磁共振谱 4．1二维核磁共振的概述

1．什么是二维谱 二维核磁共振(2D NMR)方法是有Jeener 于1971年 首先提出的,是一维谱衍生出来的新实验方法.引入二维后, 减少了谱线的拥挤和重叠,提高了核之间相互关系的新信 息.因而增加了结构信息,有利于复杂谱图的解析.特别是 应用于复杂的天然产物和生物大分子的结构鉴 定,2DNMR是目前适用于研究溶液中生物大分子构象的 唯一技术.一维谱的信号是一个频率的函数,记为S(ω),共 振峰分别在一条频率轴上.而二维谱是两个独立频率变量 的信号函数,记为S(ω1,ω2),共振峰分布在由两个频率轴 组成的平面上.2D-NMR的b最大特点是将化学位移,偶合 常数等参数字二维平面上展开,于是在一般一维谱中重叠 在一个频率轴上的信号,被分散到两个独立的频率轴构成 的二维平面上.,同时检测出共振核之间的相互作用.
3．二维谱的表达方式
（1）堆积图(stacked plot). 堆积图的优点是直观,具有立体感.缺点是 难以确定吸收峰的频率。大峰后面可能 隐藏小峰，而且耗时较长。 (2)等高线（Contour plot） 等高线图类似于等高线地图，这种图的优 点是容易获得频率定量数据，作图快。 缺点是低强度的峰可能漏画。目前化学 位移相关谱广泛采用等高线。
O
COSY of 2－丁烯酸乙酯
A
O
B
2。COSY-45 。
基本脉冲：90 。 －t1-45 。 -ACQ. 在COSY-90的基础上，将第二脉冲改变成 45 。许多的天然产物的直接连接跃迁谱峰 在对角线附近，导致谱线相互重叠，不易 解析。采用COSY-45 。由于大大限制了多 重峰内间接跃迁，重点反映多重峰间的直 接跃迁，减少了平行跃迁间的磁化转移强 度，即消除了对角线附近的交叉峰，使对 角线附近清晰。

但是由于13C天然丰度仅仅为1.1%，出现13C13C偶合的几率为0。01％，13C-13C偶合引起的 卫线通常离13C强峰只有20Hz左右，其强度又仅 仅是13C强峰的1/200，这种弱峰往往出现在强 13C峰的腋部，加上旋转边带，质子去偶不完全， 微量杂质的影响等因素，使1JC-C测试非常困难。 利用双量子跃迁的相位特性可以压住强线，突 出卫线求出JC-C,并根据Jc-c确定其相邻的碳。 一个碳原子最多可以有四个碳与之相连，利用 双量子跃迁二维技术测量偶合碳的双量子跃迁 的频率。13C-13C同核偶合构成二核体系 （AX,AB）两个偶合的13C核能产生双量子跃迁， 孤立的碳则不能。
图4.1 2D-NMR 三种获得方式
B) 二维核磁共振时间分割




二维谱实验中，为确定所需的两个独立的时间变量，要用特 种技术－时间分割。即把整个时间按其物理意义分割成四个 区间。（如图所示） （1）预备期：预备期在时间轴上通常是一个较长的时期， 使核自旋体系回复对平衡状态，在预备期末加一个或多个射 频脉冲，以产生所需要的单量子或多量子相干。 （2）发展期：在t1开始时由一个脉冲或几个脉冲使体系激 发，此时间系控制磁化强度运动，并根据各种不同的化学环 境的不同进动频率对它们的横向磁化矢量作出标识。 （3）混合期：在此期间通过相干或极化的传递，建立检测 条件。 4）检测期：在此期间检测作为t2函数的各种横向矢量的 FID的变化以及它的初始相及幅度受到t1函数的调制。