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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) pri
2、marily used for compound ID and characterization,NMR in Everyday Life,Magnetic Resonance Imaging,NMR Spectroscopy,布鲁克Bruker 瓦里安Varian(Agilent),900MHz 800MHz 600MHz 500MHz 400MHz 300MHz,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
3、酸; 3, 醋酸; 4, 丙酮酸; 5, 琥珀酸; 6, 2-氧化戊二酸; 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 NMR 13C NMR 15N 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=1/2
4、 I=2/3 I=2/5 I=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NMR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 Ene
5、rgy 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，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
6、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,
7、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 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
8、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。,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,
9、d：1:1 t： 1:2:1 q：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 1 1 1 1 2 1 2 1 3 1 3 3 1 4 1 4 6 4 1 5 1 5 10 10 5 1 ,
10、复杂峰型,dd dt dq,NMR Peak Intensities,C - CH,C - CH2,C - CH3,Y |,Y |,Y |,AUC = 1 AUC = 2 AUC = 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） 2.8（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：
11、 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 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
12、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 3-5mg 600MHz带低温探头 1-2mg,氘代溶剂：0.5-0.6ml，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,
13、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， 8.74 DMSO：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 Wave Transceiver,NMR Magnet,Magnet 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NMR 13C 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 谱中得到有关的结构信息,C H 有机化合物的骨架元素,
