二维核磁共振谱.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第七章 二维核磁共振谱,1,二维,J,分解谱,（,2D J-resolved Spectroscopy,2DJ,）,2,二维化学位移相关谱,（,Two-,Dimesional,Chemical Shift Correlation Spectroscopy,）,1H,1H,化学位移相关谱（,1H,1H COSY,）,Heteronuclear,multiple-quantum correlation(HMQC),Heteronuclear,multibond,correlations:HMBC,2D NMR,homonuclear,through space correlations:ROESY,NOESY,1,H-,1,H COSY,谱：,是最常用的同核位移相关谱。一般反映的是邻碳氢的偶合关系，从而可知同一自旋体系里质子之间的偶合关系，是归属谱线、推导结构强有力的工具。以乙酸乙酯的,1,H-,1,H,相关谱（,1,H-,1,HCOSY,）为例，横轴及纵轴均为该化合物的,1,H NMR,谱。同一,1,H,核信号将在对角线上相交，交点称,对角峰,（,diagonal peak,）。图上对角线两侧呈对称分布的两个点叫,相关峰（,cross peak,或,correlation peak,）。相互偶合的两个,/,组,1,H,核信号将在相关峰上相交。,(2),13,C-,1,H COSY,谱和,COLOC,谱,常规的,13,C-,1,H COSY,谱是反映直接键连的,CH,间的偶合关系，对于信号的指定非常有效。一般谱图的一轴为化合物的,1,H NMR,谱，另一轴为,13,C NMR,谱。,直接键连的,13,C,和,1,H,信号会在图中出现相关点。,COLOC,谱，即远程偶合的异核位移相关谱。它显示,2,J,CH,、,3,J,CH,以上的,13,C-,1,H,相关，从功能来看，其与远程偶合,13,C-,1,H COSY,谱相近，但效果更好。,(3)HMQC,谱和,HMBC,谱：,属检测,1,H,的异核位移相关谱。,HMQC,把,1,H,核和与其直接相连的,13,C,核关联起来，所提供的信息及谱图与,13,C-,1,H COSY,谱完全相同。,HMBC,可高灵敏地检测,13,C-,1,H,远程偶合，,由此可以得到有关季碳的结构信息及因杂原子存在而被切断的,1,H,偶合系统之间的结构信息。,它同,HMQC,一样也是通过测定灵敏度高的,1,H,核来检测,13,C-,1,H,之间的远程偶合相关信息，灵敏度比传统的远程偶合,13,C-,1,H COSY,高得多。,(4)NOESY,谱和,ROESY,谱：,属,NOE,类的二维核磁共振谱。,NOE,主要用来确定两个质子在分子立体空间结构中是否距离相近，若存在,NOE,则表示两者接近，,NOE,值越大，则两者在空间的距离就越近。,NOE,对确定有机化合物的结构、构型和构象具有重要作用。,NOESY,谱采用二维方式检测,NOE,，显示,1,H,核之间的,NOE,相关。,ROESY,是旋转坐标系中的,NOESY,。,(5),总相关谱,总相关谱（,Total Correlation Spectroscopy,TOCSY,）把,COSY,的作用延伸，从任一氢的峰组可以找到与该氢核在同一耦合体系的所有氢核的相关峰。这对于研究包含几个自旋耦合体系的化合物特别有用，因,TOCSY,可把几个体系相互区别。,TOCSY,的外型与,COSY,相似，但交叉峰的数目大大增加。另可见到,HOHAHA(,Homonuclear,Hartmann-Hahn Spectroscopy),这一名称的二维核磁共振谱。它的基本原理与,TOCSY,相近，作用则完全相同。,(,6).2D INADEQUATE,INADEQUATE,是,incredible natural abundance double quantum transfer experiment,的缩写，它确定碳原子的连接顺序。它测定的是,13,C,13,C,之间的耦合。,13,C,的同位素丰度是,1.1,，因而两个,13,C,相连的几率就近似为,1,10000,了，因此这是一个很弱的信号。最先发展起来的是一维的,INADEQUATE,，它有若干缺点，后来发展为二维的,INADEQUATE,，即,2D INADEQUATE,。在这样的二维谱中，横座标刻度（,2,）为碳谱化学位移，在该谱上方有常规碳谱。纵座标为双量子频率,1,，在,2D INADEQUATE,谱中有一条,1,2,2,的准对角线。所有耦合的（相邻的）一对碳,-13,核会在同一水平线上（,1,相同），左右对称地处于准对角线的两侧，且,2,分别等于它们的,值处有相关峰。据此可以找出相邻的两碳原子，进而可以连出整个分子的碳原子骨架。采用微量样品管，魔角旋转，特殊软件，,2D INADEQUATE,的用样量及累加时间可大大减少。,各信号的归属如下：,1.41(dt,H-2a),1.17(dt,H-2e),2.001.98(,br.s,二个,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.,二维核磁共振谱的解析,基于二维核磁共振谱推导未知物结构可归纳为三套方法,:,一、以位移相关谱为核心推导未知物结构,这是目前应用最多，也是发展最成熟的方法。,1.,确定未知物中所含碳氢官能团结合氢谱、碳谱、,DEPT,，,H,C-COSY,可以知道未知物中所含的所有碳氢官能团及它们在何处出峰。,2.,确定未知物中各耦合体系由于,COSY,可反映所有邻碳氢的耦合关系，因而从,COSY,的交叉峰可以把耦合关系一个个找出来。即从耦合体系的一起点开始，依次找到邻碳氢，直至最后一个邻碳氢。耦合体系终止于季碳或杂原子。,3.,确定未知物中季碳原子的连接关系,季碳原子上不直接连氢，因此,COSY,上没有与其对应的交叉峰。要把季碳原子和别的耦合体系连接起来需要,COLOC,或,HMBC,。,4.,确定未知物中的杂原子，并完成它们的连接从碳谱、氢谱有可能确定杂原子的存在形式，如,CN,，,C=N,，,OH,，,OCH3,等。从,c,，,H,的数值，可判断碳氢官能团与杂原子的连接关系。从碳,-,氢长程相关谱可确定杂原子与碳氢官能团之间的连接，因碳,-,氢长程耦合可跨过杂原子。,5.,通过对谱图的指认来核实结构,二、以,2D INADEQUATE,为核心推导未知物结构,从,2D INADEQUATE,可以确定未知物中所有碳原子的连接关系。再按前述原则把杂原子加进去，未知物的结构就完整了。以这种方法所得结构的准确性是很高的。随着谱仪的进步及有关技术，专用探头和软件的应用，它的应用将不断推广。,三、以,HMQC-TOCSY,为核心推导未知物结构,HMQC,的作用相当于,H,C-COSY,，但样品的用量可大大减少。作,TOCSY,实验时，其中有个重要参数是等频混合时间。当它逐渐增长时（也就是说要作几次实验，得出对应不同等频混合时间的谱图），相关峰的数目逐渐增加，从某个碳原子或氢原子出发所找出的有耦合关系的碳、氢原子也就越来越多。用这样的方法，逐步得到未知物的结构。,以化合物,A,的结构解析为例：,其,HR MS,显示其分子式为,C,6,H,11,NO,，不饱和度为,2,。,IR,显示在,1665,1680(strong),3250 cm,-1,有吸收峰，表明可能有酰胺基团存在。,化合物,A,的,1,H NMR,谱,化合物,A,的,13,C NMR,谱,化合物,A,的,HMQC,谱,化合物,A,的,HMBC,谱,分析一维,1,H,谱，根据谱图中化学位移值、耦合常数值、峰形和峰面积找出一些特征峰。,解析过程,化合物,A,的,1,H NMR,谱的初步解析,-CH=,CH,2,=,对照,13,C,谱和,DEPT,谱确定各碳原子的级数。,按照化学位移分区的规律，大致确定各谱线所属的区域。,化合物,A,的,13,C NMR,谱的初步解析,溶剂峰,借助二维核磁共振谱，从已确定的碳氢谱线出发，找到与之相关的各氢碳谱线，由此完成对一些未知谱线的指认。确定各基团片断的连接次序，并对,NMR,谱图中的各峰进行归属。,通过对,HMQC,谱进行同碳氢相关的解析，对同碳氢进行指认：包括两个化学环境相同的,CH,3,（,d,H,1.20,d,6H;,d,C,19.4 q,）；一个饱和,CH,（,d,H,2.44,m,1H;,d,C,35.5 d,）；一个双键,CH,（,d,H,6.98,ddd,1H;,d,C,128.9 d,）和一个末端双键,CH,2,（,d,H,4.39,d,1H;,d,H,4.64,d,1H;,d,C,95.2 t,）,通过,HMBC,谱进行远程碳氢相关解析确定化合物,A,由以下,BCD,三个片断构成,B,D,C,进一步分析,HMBC,谱图，发现饱和,C,H,和双键,C,H,均与羰基,碳,相关。另外，,C,H,3,也和羰基,碳,相关（如下图），表明片断,B,与羰基碳直接相连。结合其它碳氢相关最终确定连接次序，从而确定化合物,A,的结构如下：,对化合物,A,的各峰进行归属,例,1.,某黄酮苷的核磁共振波谱数据，试推断其化学结构，并将核磁共振谱数据归属。,1,H-NMR,（,400MHz,，,CDCOCD,3,）,（,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,，,CDCOCD,3,）,（,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,谱中有下列相关,(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,谱中有下列相关,(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,：从茛科铁破锣属,(,Beesia,),植物中分离到一新化合物,gbc-26,，为白色无定形粉末，,mp.274-276(CHCl,3,-MeOH,，,c,，,D,20,十,2.6,；,MeOH,，,c,，,0.12),，,Liebermann-,Burchard,反应阳性，,Molish,反应阳性、薄层水解检识有木糖。,FAB-MS,显示,m/z683M+H,+,，结合,1,H,和,13,CNMR,谱数据推测其分子式为,C,37,H,62,O,11,，不饱和度为,7,。,IR,谱在,3600-3100,及,1040,，,1090,出现强吸收；在,1720,，,1260cm,-1,显示强吸收带。,1,HNMR,0.26d(3.9),，,0.50d(3.9),1.83s,，,1.50s,，,1.53s,，,1.28s,，,1.01s,，,1.08s,，,1.47s,4.82d(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,，,1.80,1.75m,，,1.85m,，,2.72m,，,2.02m,，,2.15m,，,2.02m,，,3.76br.d(9.0),13,CNMR,76.43,，,72.81,，,80.34,88.49,，,90.75,，,79.94,107.39,，,75.42,，,78.42,，,71.19,，,66.98,171.56,32.40,，,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,；,88.49,4.82d(7.4),HMQC,：,(CH),32.401.21m,，,1.54m,；,30.03 1.90m,，,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,；,19.77,1.80,34.231.75m,，,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,；,80.34 3.76br.d(9.0),；,25.97 1.50s,；,26.001.53s,；,25.77 1.28s,；,15.371.01s,；,13.511.08s,21.292.03s,107.394.82d(7.4),；,75.423.97t(8.0),；,78.424.10t(8.6),；,71.194.15m,；,66.98 3.69t(10.6),，,4.32dd(11.2,5.1),IR,谱在,3600-3100,及,1040,，,1090cm,-1,出现强吸收，示苷类化合物；在,1720,，,1260cm,-1,显示强吸收带，提示分子结构中含乙酰基。,1,H,和,13,CNMR,谱提示该化合物为,9,，,19,环菠萝蜜烷型三萜单糖苷,，含有一个乙酰基,H,2.03(3H,，,s),，,c17l.563,。,1,HNMR,谱高场区显示一对,AB,系统质子的信号,0.29(1H,，,d,、,J,3.9Hz,，,19-H),，,0.50(1H,，,d,，,J,3.9Hz,，,19-H),，七个叔甲基质子的单峰信号,1.01,，,1.08,，,l.28,，,1.47,，,1.50,，,1.53,，,1.833,，还显示一组木糖的,5,个质子信号,3.69(1H,，,t,，,J,10,6Hz,，,5-H),，,3.97(1H,，,t,，,J,8.0Hz,，,2-H),，,4.10(1H,，,t,，,J,8,6Hz,，,3,一,H),，,4.15(1H,，,m,，,4,一,H),，,4,32(1H,，,dd,，,J,11.2,，,5.1Hz,，,5,一,H),，,4.82(1H,，,d,，,J,7.4Hz,，,1-H),；根据端基氢的偶合常数可判断,苷键为,构型,。,1,HNMR,谱低场区显示一个,ABX,系统连氧碳上的质子信,5.56(1H,，,d,，,J,3.5Hz,，,Ha)4.69(1H,，,dd,，,J,8.3,，,3.5Hz,，,Hb,),，,2.29(1H,，,d,，,J,8,3Hz,，,Hx,),。,HMQC,谱,中，,Ha(H-15),，,Hb(H-16),和,Hx(H-17),三质子信号分别与碳谱中,90.75(C-15),，,79.94(C-16),和,54.09(C-17),相先考虑到,Ha(H-15),化学位移处于较低场，推测,15,位连有乙酰氧基,，该化合物具有部分结构,B,。,13,CNMR,谱共显示,37,个碳信号；一组碳信号,107.39,，,75.42,，,78.42,，,71.19,，,66.98,可归属为木糖的,C-1,C-5,。,88.49,可归属为,C-3,。该化合物的,不饱和度为,7,，扣除,9,，,19,环菠萝蜜烷型,A-D,环骨架、一个糖环和一个乙酰基引起的不饱和度，分子中不再有其它环系。因此,17,位,应连有一个,8,碳开环侧链,。,13,CNMR,谱低场区除了,C-3,、,C-15,，,C-16,和木糖碳信号外，还显示,3,个连氧碳信号,80.34,，,76.43,，,72.81,，说明分子中还有,3,个羟基,。,1,HNMR,谱中甲基信号均为单峰，说明有一羟基位于,25,位,，连氧碳信号,72.81,可归属为,C-25,。,H-17,只与,H-16,偶合呈双峰，提示,C-20,为季碳，说明有一羟基连在,20,位碳原子上，连氧碳信号,76.43,可归属为,C-20,。从生源上推测，另一羟基位于,24,位,，,1,HNMR,谱中低场区出现一质子信号,3.76(1H,，,br,，,d,，,J,9.0Hz,，,H-24),，,HMQC,谱中，,H-24,与,80.34,相关,HMBC,谱中，,H-27,与,C-24,远程相关，,H-24,与,C-23,，,C-22,远程相关，,H-21,与,C-17,，,C-20,，,C-21,远程相关,(Fig,1),，证明了,3,个羟基位于,C-20,、,(C24,和,C-25,位。,FAB-MS,出现基峰,m/143(100),，,107,，可解释为,17,位侧链部分分别失去一分子和三分子水所致。以上证据说明分子中存在部分结构,A,。,1,HNMR,谱中,3,位氢出现在,3.47(1H,，,dd,，,J,11,6,，,4,1Hz),，根据其偶合常数和裂分方式可判断,3,位氢为,构型。,HMBC,谱中的，,4.82(H-1),与,88.49(C-3),相关证明木糖连在,C-3,位。,结合,HMQC,，,HMBC,，所有碳信号和大部分氢信号都得以归属；因此该化合物的,平面结构,得以确定。,C-15,，,16,和,17,的,立体化学,是通过研究,1,H-,1,H,偶合常数,(J,15,16,3.5,，,J,16,17,8.3Hz),确定的。,H-16,和,H-17,之间偶合常数为,8.3Hz,，说明,16,位羟基与,17,位侧链处于顺式位置，即,16,位羟基为,构型；,H-15,和,H-16,之间偶合常数为,3.5Hz,，说明,15,位乙酰基,构型,(,若,15,位取代基为,构型，则,J,15,16,9Hz),。,天然界中，,17,位含八碳开环侧链的四环三萜类化合物在,20,，,24,，,25,位同时具有,3,个羟基取代的化合物并不多见，从紫云英属,(,Astragalus,),中曾报道过侧链含,24,，,25,双羟基取代的四环三萜皂苷，,Hirotani,M,等认为根据,C-24,的化学位移值可以判断,C-24,的绝对构型，,24R,构型时，,C-24,化学位移出现在,79.7-80,5,；,24S,构型时，,C-24,化学位移出现在,77.1-77.3,；同时报道了,3,个,24S,构型的环菠萝蜜烷型四环三萜皂苷类化合物，其,C-24,化学位移均出现在,7.1-77.3,。,Inada A,等报道了,3,个,24R,构型的环菠萝蜜烷型四环三花类化合物，其,C-24,化学位移均出现在,79.7-80.0,。化合物,gbc-26,中,C-24,化学位移值在,80.35,，因此,推测其,C-24,的构型为,24R,。,在人参属植物中曾发现,C-20,含羟基取代的,型化合物，文献报道，,12-OH,取代的化合物，,20-OH,与,12-OH,存在形成氢键的可能，此时,20R,或,20S,构型的化合物，其,C-20,的化学位移才有较大差别，可以根据,C-20,的化学位移判断,20,位的构型；但,12,位无羟基取代时，其,C-20,的化学位移并无显著差异。化合物,gbc-26,的,1HNMR,谱中有一甲基单峰出现在较低场,1.83,，根据,HMBC,谱,(fig.1),应归属为,18-CH,3,，,与化合物,gbc-19,比较,，其化学位移明显向低场位移，这显然是受到,C-20,羟基空间电负性作用的影响所致，说明,20-OH,与,18-CH,3,处于,位，因此,20-OH,确定为,构型，从,推断,C-20,的绝对构型为,S,。,(20S,，,24R)-15-acetoxy-9,，,19-cyclolanostane-3,，,l6,，,20,，,24,、,25-pentaol-3-O-D-xylopyranoside,，命名为铁破锣皂,M(beesioside,M),。,谢谢,!,融会贯通日久成精,实战多练熟能生巧,这有何难,