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2020/6/24一维谱二维谱固体NMR——南京工业大学材料学院——王晓钧2020/6/24一维谱2020/6/24一维谱一级谱图——一般说来，当Δυ/J7时（这里Δυ为化学位移峰之间的距离，以Hz表示）。一个基团中的核同另一个基团中的核相互作用，产生简单的分裂行为，通常称为一级分裂。它的图谱称为一级图谱。简谱。2020/6/24一维谱去耦差光谱（DecouplingDifferenceSpectrum）利用FT-NMR可将信号作数字化处理，信号则可以进行加减乘除运算的原理。DDS不仅能在复杂重叠的信号中正确地寻找出相关信号的耦合关系及准确位置，而且还可以观测出难以发现的远程耦合。即用作解析重叠谱。（DDS图示）示例——-紫罗兰酮的去耦差光谱。核的Overhauser效应——NOE选择性地照射一种质子（HA）使其饱和，则与该质子在立体空间位置上接近的另一个或数个质子（HB等）的信号增高的现象称为核Overhauser效应。2020/6/24一维谱NOE的强度可用百分率表示——以照射前某质子HB的吸收强度为B1，照射HA后HB的强度增至B2，则NOE=（B2-B1）/B1100%。NOE主要用来确定两种质子在分子立体空间中是否距离相近，若存在NOE，则表示两者（HA与HB）接近。NOE值越大，则两者在空间的距离就越近。实际工作中，NOE常常是确定分子中某些基团的位置、立体构形和优势构象的重要手段之一。在确定双键两侧取代基的排列方式时，也常求助于NOE实验。NOE差光谱（NOEDS）当信号重叠而且NOE%很小时，难以肯定结论。利用对光谱的加减乘除，即使在1%以下也能测出。NOEDS可确定基团在分子中的位置、优势构象和构形。1一维谱噪音去偶谱——13C中最普通的谱，也叫质子去偶谱。原理——去偶器的频率覆盖了全部质子的Larmor频率（共振频率），故使所有1H对13C核的偶合影响全部消除，每个不等价的碳核在谱图上均表现为一个单峰。此时不能用峰的分裂或强度来决定C的性质，采用碳的纵向驰豫时间T1来决定，T1的长短按下列顺序排列：季碳»甲基次甲基亚甲基2一维谱偏共振去偶谱（OFR）——用于确定各个碳信号分裂程度的谱。原理——将去偶器的频率设定在偏离质子共振频率的一定范围内，即将去偶器的频率设定在比作为内标准的四甲基硅（TMS）信号（0ppm）高出1个ppm处进行照射，并测定13C-NMR谱。这时测得的13C核信号由于连接1H核的数目不同而产生不同的分裂：连有三个1H核的甲基碳表现为四重峰，连有两个1H核的亚甲基碳表现为三重峰，连有一个1H核的次甲基碳表现为二重峰，不连接1H核的季碳表现为单峰。13C—1H核的自旋偶合常数1JCH为120Hz~250Hz。3一维谱质子非去偶谱——控制质子的去偶器，当接受FID信号时不照射质子，这样可以测得13C的质子非去偶谱。无NOE去偶谱——与质子去偶谱相反，在接受FID时打开去偶器，其它时间则将去偶器关闭，这样测得的吸收信号是没有NOE影响的去偶谱。此谱中的碳吸收信号都是单峰。与噪音去偶谱不同，这些单峰都是没有NOE影响的信号，所以碳核数目与信号强度成正比。在决定碳核数目时，并不是单纯看峰的强弱，而是看峰的积分值，这一点与1H-NMR是一样的。4一维谱选择性质子去偶谱——是对13C-NMR信号进行归属的最常用的方法之一。它是在质子信号归属已经搞清楚的前提下，用弱的能量选择性地照射某一特定质子时，只有与该特定质子相连的碳核的信号将作为单峰出现，峰的强度也相应增大。远程选择性质子去偶谱（LSPD）——了解1H-13C之间远程偶合简便而有效的方法。原理——用很微弱的能量照射质子，以便仅仅消除远程偶合（一般在10Hz左右）。5一维谱INEPT谱——对13C信号进行归属时，确定吸收信号的裂分和化学位移不可缺少的方法。原理——把灵敏度好（也就是波尔兹曼分布差别大）的1H的磁化率转移到13C核上进行测定，所以尽管累加次数比噪音去偶谱少，但测得的结果却要好得多。与OFR谱比较起来，INEPT谱的测定时间要少得多，但测得的结果却要好得多。DEPT谱——是INEPT法的一种改良方法。原理——通过改变照射1H的第三脉冲宽度（）使作45º、90º、135º变化并测定13C-NMR谱，所得结果与INEPT谱大体相同。6一维谱DEPT谱与INEPT谱不同在于——DEPT谱定量性强，根据谱的加减，可以区别伯、仲、叔碳（见图）。注意发表数据的图谱。纵向驰豫时间T1的测定及其意义利用带有计算机的NMR仪，自动地测出各个碳的T1值（在噪音去偶谱中曾提及），得出以下结论：季碳的T1值远比其它碳的T1值大，亚甲基的T1值大致相当于次甲基的1/2T1值，即T1（CH2）1/2T1（CH），甲基碳的T1值大于次甲基的T1值。另外，T1值小的碳信号强，T1值大的碳信号弱。72020/6/24一维谱13C核T1值受影响因素：连接的1H核越多，13C核T1值越小。分子量为几百以下的分子来说，分子运动速度越快，13C核T1值越大，反之，则越小。有侧链和环的化合物来说，通常，侧链13C核T1值越大（由于运动速度快），而环上13C核T1值越小（固定在环上妨碍了它的自由移动），在侧链上的碳核，越接近末端的13C核T1值越大。这些事实对信号进行归属时是非常重要的。2020/6/24一维谱水消除脉冲傅立叶变换法（WEFT法）——消除水的吸收峰的方法。原理——1.在测定水溶性化合物的1H-NMR谱时，常用重水为溶剂。由于重水中混有的水分子有很强的吸收信号，所以位于水吸收信号附近的样品信号常被掩没，致使测定结果受到干扰。原理——2.由于水分子（包括重水）小，分子运动速度快，所以T1值大。但样品分子通常比水分子大，所以T1值比水分子小。利用两者T1之间的差别来消除水的吸收峰。WEFT法也可以用于除去氯仿、甲醇、DMSO等溶剂的吸收峰。2020/6/24二维谱0255075100125150ppm12345ppm2020/6/24二维谱二维谱（2D）——是将NMR提供的信息，如化学位移和偶合常数，H-化学位移和C-化学位移等等，用二维坐标系绘制成的图谱。二维谱（2D）包括J分解谱、相关谱和动态谱等多种技术。2DJ分解1H谱——二维J分解谱是把化学位移（）和偶合常数（J）以二维坐标方式分开的图谱。2DJ分解谱有三种制作和表示方法。（A）堆积立体图（Stakedplot）。（B）等高线平面图（Contourplot）。（C）断面图（Sectionplot）。（见图）2020/6/24二维谱优点——2DJ分解谱对重叠的信号群也可以很容易得知每个质子的化学位移和裂分样式。J分解谱之所以提高了偶合分裂的分辨率，是由于重新聚集效应导致信号谱线变窄的缘故。2020/6/24二维谱2DH-H相关谱（2DH-HCOSY）——在横轴和纵轴均设定为1H的化学位移，两个坐标轴上则画有通常的一维谱。COSY谱中的对角峰、相关峰、交叉峰对角峰相关峰交叉峰2020/6/24二维谱偶合方式的查找方式：（以醋酸乙酯的H-HCOSY谱为例，见图）A方式：从信号2向下引一垂线和相关峰a相遇，再从a向左划一水平线和信号1相遇，则表示信号1和信号2之间存在偶合关系。B方式：从信号2向下引一垂线和相关峰a相遇，再从a向右划一水平线至对角峰[1]，再由[1]向上引一垂线至信号1相遇，则表示信号1和信号2之间存在偶合关系。C方式：按照与B方式相反方向进行。D方式：从1向下引一垂线，通过对角峰[1]至a’，再从a’向左划一水平线，即和1的偶合对手2的对角峰相遇，从[2]向上划一垂线至信号2即成。H-HCOSY谱为二维谱中最容易测定的一种，样品量几毫克，测定时间4小时左右。2020/6/24二维谱突出表现远程偶合的H-HCOSY谱（DCOSY）DCOSY谱中W型偶合——在环己烷分子的椅式构象中，1，3位两个平伏氢位于同一平面。处于这样关系的两个质子间的远程偶合，其偶合分裂在1~2Hz左右。这种远程偶合用粗线表示时是W型，故称为W型偶合。（见图4J）DCOSY谱中烯丙偶合——经过4根键的远程偶合，但与W型偶合不同，4根键中含有烯烃键。（见图4J）DCOSY谱中高烯丙偶合——经过4根键以上的远程偶合，键中含有烯烃键。（见图5J）2020/6/24二维谱上述远程偶合中，因为相互偶合的一对质子间隔4~5根键，故J值通常很小（约为1Hz），在通常的H-HCOSY谱中并不十分明显，有时甚至难于辨认（见图）。为了突出表现远程偶合，采用特定的脉冲系列，增加等待时间d，测得DCOSY谱。这时，由偕偶（2J）和邻偶（3J）引起得相关峰几乎全部消失，但远程偶合却突出地表现出来。这对确定信号的归属颇为重要。（见图）如从1-H信号出发，通过解析解析A谱，顺着相关峰依次追踪下去解析。2020/6/24二维谱用以区别偕偶及邻偶的COSY-45谱偶合常数（J值）是确定相互偶合质子之间位置的一个重要参数。当HA与HB的偶合常数为12Hz时，可能有下列两种情况：两个质子处于偕位。两个质子处于邻位，但两面角为零度或180º。（见图）由于偕偶是经由2根键进行的偶合，2J一般为负值；由于邻偶是经由3根键进行的偶合，3J一般为正值。COSY-45谱就是为此而设计测得的图谱。在COSY-45谱中，相关峰表现为斜四方形。朝右上倾斜的（用箭头表示，符号g）为偕偶；朝左上倾斜的（用箭头表示，符号v）为邻偶。（见图）2020/6/24二维谱突出表现NOE效应的NOESY谱一维谱中的NOE效应只有在一定空间位置与被照射质子相近的质子处才能看到。NOESY系在二维谱上观测NOE效应开发出来的一种新技术。NOESY谱上不仅空间相近的质子间的NOE效应可以观测到，而且它们同时还能作为相关峰出现在图谱上。（见图）NOESY谱作用——NOE效应因为能提供有关质子间距离的重要情报，故对解析分子结构十分有用。在测定NOESY谱时，应当注意适当设定混合时间（tm）以尽量增大NOE效应。另外，由于驰豫时间的关系，脉冲间隔的等待时间也必须设定得大些。故与H-HCOSY谱相比，测定起来比较困难。2020/6/24二维谱对于复杂分子的结构解析来说，NOE观察是必不可少的，故NOESY谱在二维谱中是继H-HCOSY谱之后广泛应用的一种技术。但如果试样浓度较低，则有可能出现实际不应该出现的吸收峰。Aphanamol-I的NOESY谱。（见图）TOCSY（全相关）谱在一个分子中，往往有许多个偶合网络。一个偶合网络可以通过峰与峰之间的偶合相关峰在COSY谱中勾画出来。由于偶合网络之间常有基团的存在，使得偶合信息传递不过去，大偶合网络便由此中断。TOCSY谱就起到将每个偶合网络用一个方格网连接起来的功能。2DH-H相关谱讲解到此，以下介绍2DC-H相关谱。2020/6/24二维谱2DC-H相关谱（2DC-HCOSY）在图谱的一侧设定为1H的化学位移，另一侧设定为13C的化学位移，所得的二维谱称作C-H相关谱。它是异核相关谱中最主要的一类。13C、1H直接结合时将互相偶合，其偶合常数1JCH值较大，并取决于碳原子的杂化程度。一般，SP3杂化约为125Hz，SP2杂化约为150Hz，SP杂化约为250Hz。因为事先作了特殊设定，故观察到的将只是1JCH范围内的偶合影响，相关峰将出现在13C化学位移及与该碳原子直接结合的1H的化学位移的交点处。对一般化合物来说，1H的信号归属多可采用H-HCOSY谱方式顺利解决，但碳的信号归属则较为困难(丰度等原因）。可是当1H的信号归属明确时，运用C-HCOSY谱便可明确无误地进行13C信号的归属。（见图）2020/6/24二维谱2DC-H相关谱（2DC-HCOSY）对复杂化合物来说，最好先用DEPT法确定各个13C的重峰数，随后再用C-HCOS