《核磁共振解析》PPT课件.ppt

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1、核磁共振氢谱和碳谱,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

2、compound ID and characterization,NMR in Everyday Life,Magnetic Resonance Imaging,NMR Spectroscopy,布鲁克Bruker瓦里安Varian(Agilent),900MHz800MHz600MHz500MHz400MHz300MHz,省测试中心 600MHz山西大学测试中心 300MHz,Explaining NMR,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？,氨基酸有机酸区域,糖区,芳香区,2、中药指纹图谱,1,乳酸;2,丙氨酸;3,醋酸;4,丙酮酸;5,琥珀酸;6,2-氧化戊二

3、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,3、确定蛋白的结构,什么样的核可以测定NMR图谱？,1H NMR13C NMR15N NMR,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=1/2I=2/3I=2/5I=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NM

4、R图谱？,核磁共振氢谱,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),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。,Principles of NMR,hn,Low Energy High Energy,N,N,S,S,核磁共振谱,化学位移,化学环境,峰面积,质子数,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，

5、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,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,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

6、号略去，将它看作正数,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,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,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,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,耦合常数 J nJA-B 来表示 A,B

7、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

8、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。,Spin-Spin Coupling,C-Y,C-CH,C-CH2,C-CH3,H|,H|,H|,H|,singlet doublet triplet quartet,J,Spin Coupling Intensities,1 1,1 1,2,1 1,3 3,峰型的裂分比例,d：1:1t：1:2:1q：1:3:3:1,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

9、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:,n（核的个数）谱线相对强度0 11 1 12 1 2 13 1 3 3 14 1 4 6 4 15 1 5 10 10 5 1.,复杂峰型,dddtdq,NMR Peak Intensities,C-CH,C-CH2,C-CH3,Y|,Y|,Y|,AUC=1AUC=2AUC=3,影响氢核化学位移的因素,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.

10、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，,拉电子基团越多,这种影响越大,3.05,5.30,7.27,基团距离越远，受到的影响越小,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。,质子类型/ppm环丙烷 0.2伯 0.9仲 1.3叔 1.5

11、乙烯型 4.55.9乙炔型 23,各类质子的化学位移,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,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,Characteristic Chemical Shifts,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,核磁分析的溶剂和样品量,单体：300MHz 10mg 400-500MHz 5-10mg 600MHz 3

12、-5mg 600MHz带低温探头 1-2mg,氘代溶剂：，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,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）,定标试剂,TMS：脂溶性,TMSP(TSP):水溶性,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，7.22,7.58，8.74DMSO：五重峰，2.50,单体中的杂质：积分面积不成比例的峰,A Modern NMR Instrument,Radio WaveTransceiver,NMR Magnet,Ma

13、gnet Legs,Probe,Sample Bore,Cryogens,Magnet Coil,NMR Magnet Cross-Section,An NMR Probe,NMR Sample&Probe Coil,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,核磁共振碳谱,12C 98.9%磁矩=0,没有NMR13C 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,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

14、中得到有关的结构信息,C H 有机化合物的骨架元素,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。,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=125HzCH2=CH2(sp2 杂化 s%=33%）1J=157Hz C6H6（sp2 杂化 s%=33%）1J=159HzHC CH（sp 杂化s

15、%=50%）1J=249Hz,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,碳的类型 化学位移（ppm）C（炔）6585=C（烯）100150 C=O 170210 C-O 4080 C6H6（苯）110160 C-N 3065,sp3:=0100 ppmsp2:=100210 ppm羰基碳:=170210 ppm,非常好的对称性，分子中有9个碳=10 50 ppm 只可能出现三个峰,分子中有9个碳=10 50 ppm 出现6个共振峰,全顺式1,3,5-三甲基环己烷,1r-3-反-5-反三甲基环己烷,甲基,5个CH,8个CH2,末端双键：106113,碳谱的解析,C-1,C-22,C-9,C-10,C-4,C-21,C-3,C-19,C-20,C-2,溶剂峰，七重，49.3,20 C,结合DEPT:5 个季碳,羧酸或羧酸酯,172.6,季碳,甲基,5个CH,8个CH2,末端双键：106113,氢谱和碳谱的模拟,