4[1].2D核磁共振谱
核磁共振一维二维谱图PPT讲稿
• 样品管：
• 匀质，清洁，不携带铁磁性物质 • 不要用洗液洗涤，以免带入很难除去的顺磁杂质 • 不要用超声波清洗，以免震碎或震裂核磁管。 • 不要在温度太高（高于70度）的烘箱里烘太久。
• 二、送样时，请认真填写《分析测试单》，包括
样品毒性、腐蚀性、是否易燃易爆，所用氘代试 剂，测试要求（1H, 13C , DEPT，COSY，etc.） 等。如有特殊要求可另说明。目前设定扫场范围 为：1H谱-2~13 ppm，13C谱-15~225 ppm，超出此 范围请务必提前注明。
标准去氢碳谱
4、1D选择性激发—可用于COSY, TOCSY, NOESY, ROESY 1D NOE
13------15a, 12, 14 15a-----15b, 14, 16
1D NOE
5、其他一维谱图及其应用
• T1（弛豫时间） • 变温NMR • 其他适合测定NMR杂核（19F,31P,15N，
磁管必须干燥干净，无裂痕；
➢ 样品溶于氘代试剂（0.5ml）后须呈透明均一相，若有固体微粒
必须首先过滤，溶解后样品在核磁管中高度不得低于4 cm。
➢ 标签请勿粘贴，套在核磁管上即可。 ➢ 样品量：1H 谱约3——10 mg样品/0.5 mL氘代试剂； ➢ 13C 谱＞15 mg样品/0.5 mL氘代试剂，13C 谱样品浓度要尽可能
23Na,11B，119Sn,117Sn等）
二、2DNMRΒιβλιοθήκη • 1. 二维J分辨谱 • 2. 同核化学位移相关谱 • 3. 异核化学位移相关谱 • 4. 总相关谱 • 5. NOESY谱
1. 二维J分辨谱
A.
（获得偶合常数）
B. 异核J-resolved （获得偶合常数）
2D核磁共振谱
SI
1024
MC2
TPPI
SF
500.1300144 MHz
WDW
SINE
SSB
2
LB
0.00 Hz
GB
0
精品课件
精品课件
2 NH
3 NH
NOESY用于多 肽序列 的归属
H1
1 12 3
H
CH2O
CH2O
CH2 O
H2N C C N C C N C C OH
H
HH
HH
H
精品课件
2
GPNAM1
sine.100
GPNAM2
sine.100
GPNAM3
sine.100
GPX1
0.00 %
GPX2
0.00 %
GPX3
0.00 %
GPY1
0.00 %
GPY2
0.00 %
GPY3
0.00 %
GPZ1
50.00 %
GPZ2
30.00 %
GPZ3
40.10 %
P16
1000.00 usec
vX
F2
精品课件
δ
vA
对角峰
F1
vA
vA
δ
交叉峰
谷氨酸的H, H-COSY 谱（500MHZ）
1
HO OC
C H (2 )
2
CH
NH 2
3
CH 2
4
4
CH 2
5
COO H
C H 2(4 )
C H 2(3 )
C H 2(3 ) C H 2(4 )
C H (2 )
ppm
2 .2 0
核磁共振二维谱
5 .4 7 0
2′
4 .0 1 6
9-β-D-阿糖鸟嘌呤( Ara-G) 的13C-NMR
C13 solvent:DMSO No:1 2008.6.7
157.19 154.05 151.40
137.24
116.24
84.69 83.79
75.90 75.76
61.41
40.57 40.36 40.15 39.94 39.73 39.52 39.32
8
1.04
7.923
7
2.01 1.03
6 5 4 3 2 1
6.461 6.122 6.112
1H
1.01 0.98 1.00
5.639 5.627 5.522 5.078
solvent:DMSO No:3
2.18 3.09 1.13 2.15
4.074 3.957 3.756 3.745 3.638 3.628 3.616 3.342
1同核二维j分解谱2异核二维j分解谱22d化学位移相关谱hcosy异核化学位移相关谱13ccosy异核远程相关谱chcorrelations等同于hmbc谱1h捡出的异核单量子相干谱hmqc谱1h捡出的异核多量子相干谱hmbc谱hmqc谱hsqc1h捡出的异核单量子相干谱与hmqc谱1h捡出的异核多量子相干谱的图谱是相同的仅实验方法有区别它们都是显示13c与直接相连的1h相关等同于13cosy谱并逐步取代了13cosy谱突出jch被保留区别
4‘ 5'
H2O
9-β-D-阿糖鸟嘌呤( Ara-G) 的1H-NMR
3
DMSO
2 1 0
7.759 6.470 6.013 6.002 5.626 5.612 5.508 5.498 5.082 5.069 5.055 4.064 4.054 4.042 4.028 4.016 4.005 3.752 3.741 3.730 3.720 3.669 3.656 3.640 3.627 3.615 3.602 3.588 3.573 3.560 3.352 2.503 -0.001
二维核磁共振谱
38
2D 13C-1H COSY spectrum (1JCH correlations )
1’ 4 5’ 3 2’ 6 6’ 4’ 5 1 2
3’
13C
2a 2e C2,H2a C2,H2e
1a 1e C4,H4 C2’,H2’ C4’,H4’ C3,H3
C5,H5
C1,H1a C1,H1e
19
二、碳、氢异核二维J分解谱
在异核13C,1H －2D J分解谱中，被测定的核为 13C核，分解谱的F 轴为13C化学位移δ ，F 轴为1H 2 C 1 与13C的偶合(1JCH)多重峰，为1/2JCH。
出峰情况是CH为二重峰，CH2为三重峰，CH3为 四重峰，季碳单峰或不出峰。
20
1
3
2
5
4 6
23
1H- 1H
COSY-900基本脉冲序列：
一般说来，在解析1H-1H COSY谱时，应 首先选择一个容易识别，有确切归属的质子，以 该质子为起点，通过确定各个质子间的偶合关系， 指定分子中全部或大部分质子的归属，这就是我 们通常所说的“从头开始”法。
24
1 2 3 4
5
F1
O CH3 CH2 CH2 CH2 C CH3
4
2
F1 (13C)
3,4 1 3,2 2,1 4,8 4,5 8 5
1
6,1 6 1,7 8,9 8,10
5,6 7
9 10
F2 (13C)
3 4 2
6
1
857 9
10
36
第三节 异核化学位移相关谱 所谓异核化学位移相关谱是两个不同 核的频率通过标量偶合建立起来的相关 谱.应用最广泛的是1H-13C COSY。
二维核磁共振谱课件
脉冲-傅里叶变换核磁共振波谱仪的问世使同位素丰度 低、灵敏度低的同位素的核磁共振测定得以实现。核磁 共振二维谱的出现开创了核磁共振波谱学的新时期。对 鉴定有机化合物结构来说，解决问题更客观、可靠，而 且大大地提高了所能解决 的难度和增加了解决问题途径 的多样性。由于二维谱的脉冲序列不断涌现，有人称之 为“自旋工程”。 为了能对二维谱有一个比较深入的认识，以便能较好地 识谱，将阐述脉冲序列和二维谱的理论。
F S F和S相对2πν是对称分布的，此处2πν为横向磁化矢量平均的转动角速 2πν 2πν 度，相应于该核化学位移值。 随着时间的增加，F和S散开的角度也增大，到DE终点c时由于绕x’轴 的180º脉冲的作用，F和S的前后位置相互颠倒，在d时刻，F处于2πν之 后，S处于2πν之前，但F比S旋转快；随着旋转，F和S逐渐向中心(2w) 靠拢，在第二个DE中发生变化恰是第一个DE中发生的逆过程。在第 二个DE的终点e，F、S和2 πν会聚在一起，形成一个回波，即自旋回 波．这个过程也可称为重聚集。 当样品混有蛋白质、高聚物时,采用自旋回波可保留样品信号，消去大分 子的信号。因大分子的T2小,经过若干次自旋回波之后，其信号消失，以 后的自旋回波仅反映样品(小分子)的信号。 ·
矢 量一直沿着y‘轴方向，与13C 相 连的氢有两个磁化矢量将从Y ’ 轴方向开始，分别以2π ·1JCH/ 的角速度沿顺时针、反时针方 向旋转。到(c)点时α,β均转动 了 2π ／2,亦即α,β二磁化矢量分 别沿X ‘和- X ’轴方向。与12C相连的氢的磁化矢量仍沿Y ‘轴。对1H 施加180º X ‘脉冲，沿Y ’轴的磁化矢量转到- Y ’轴，沿± X ‘轴的磁 化矢量保持不动。紧接着就施加对13C的180 X ‘脉冲， α,β的旋转方向改 变(e点)。在(f)点，与12C相连的氢的磁化矢量会聚于Y ’轴，而与13C相 连的氢的磁化矢量沿着-Y ’轴方向。经90 X ‘脉冲的作用( g点)，与12C 相连的氢的磁化矢量沿Z轴方向，与13C相连的氢的磁化矢量则沿-Z轴。
二维核磁共振谱精简2
2019/11/28
17
同核J 分解谱
2019/11/28
化学位移
J 偶 合
18
丙烯酸丁酯的同核J分解谱
2019/11/28
19
2. 异核J分解谱
谱信息: w2: 全去偶谱 →化学位移 dC w1: 谱线裂分 → 偶合常数JCH
（直接相连的氢原子耦合裂分产生）
CH3 ---四重峰，CH2---三重峰，CH ---双重峰。 由于DEPT等测定碳原子级数的方法能代替异核J 谱，且检 测速度快，操作方便，因此异核J 谱较少应用。
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30
2，3-二溴丙酸的HD-COSY谱
与COSY45o和90o谱比较， HD-COSY谱呈现出F2域峰宽 （保留JHH耦合）， F1域峰窄 (宽带去耦）的细条状谱峰。
2019/11/28
31
2019/11/28
三环癸烷衍生物 的HD-COSY谱
F2域峰宽（保留JHH耦 合）， F1域峰窄(宽 带质子去耦），化学 位移定标不同造成对 角峰反转，交叉峰由 于F1域去耦而变窄， 使其覆盖面变小，有 利于图谱解析，可以 清楚地显示出HJ与HI 、 HH、 HD、 HC 、 HA 的耦合。
12
3
4
1 32 4
2019/11/28
36
13C 化学位移
1H 化 学 位 移
C，H COSY谱
2019/11/28
37
13C 化学位移
4
6
2
1H 化 学 位 移
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38
2, 3-二溴代丙酸F1域宽带去耦C,H COSY谱(a)与常规C,H COSY谱(b)比较 c,d为平行于F1域取出的CH2和CH的2张投影图，可以看出投影图(c)中CH2和CH之 间的3JHH耦合已消除，但本身的偕氢2JHH耦合仍然保留，信号强度和分辨率提高。
核磁共振一维二维谱图
第1页，共26页。
• 一、1DNMR
1、1HNMR——质子种类，化学位移，积分高度，裂分及耦合
第2页，共26页。
2、13CNMR——宽带去耦谱仅给出碳的种类
测试给出的图谱 质子宽带去偶
完全图谱
第3页，共26页。
3、DEPT——确定碳原子级数
虾青素
第4页，共26页。
CH和CH3碳向上
合物所需的样品量应适当增加 。
第23页，共26页。
样品和样品管的注意事项
• 样品：
• 纯净，干燥，溶液内无灰尘或沉淀，尤其不应含有铁磁性杂质。
• 特殊条件下需要过滤或除氧。
• 黏度不要过高（影响驰豫时间），黏度越大，分辨率越差，样品可适 度稀释来提高分辨率。
• 溶液内的灰尘会使谱线明显变宽而降低分辨率，再好的匀场也无法解决 该问题。
求可另说明。目前设定扫场范围为：1H谱-2~13 ppm， 13C谱-15~225 ppm，超出此范围请务必提前注明。
• 三、本实验室只满足谱图处理、打印等要求，不回答 有关样品解析具体问题，工作站上不解析谱图，请谅 解。
• 建议自己处理谱图，常用软件：MestReNova， Nuts，Topspin等。
样品溶于氘代试剂（0.5ml）后须呈透明均一相，若有固体微粒必须 首先过滤，溶解后样品在核磁管中高度不得低于4 cm。
标签请勿粘贴，套在核磁管上即可。 样品量：1H 谱约3——10 mg样品/0.5 mL氘代试剂； 13C 谱＞15 mg样品/0.5 mL氘代试剂，13C 谱样品浓度要尽可能高，对聚
第11页，共26页。
1. 二维J分辨谱
A.
（获得偶合常数）
第12页，共26页。
核磁共振一维二维谱图
A. HSQC (获得1JH-, n ≥ 2之关系)
4. 总相关谱
TOCSY (获得所有J偶合关系)
5. NOESY谱
NOESY (获得分子内质子空间关系)
NOESY (获得分子内质子空间关系)
测样须知
一、送样前：
必须熟知样品的溶解性； 样品必须干燥，纯度不得低于90%，不得含磁性物质； 测试用核磁管可自行购置或到核磁实验室领取（支/12元），核
• 三、本实验室只满足谱图处理、打印等要求，不 回答有关样品解析具体问题，工作站上不解析谱 图，请谅解。
• 建议自己处理谱图，常用软件：MestReNova， Nuts，Topspin等。
磁管必须干燥干净，无裂痕；
样品溶于氘代试剂（0.5ml）后须呈透明均一相，若有固体微粒 必须首先过滤，溶解后样品在核磁管中高度不得低于4 cm。
标签请勿粘贴，套在核磁管上即可。 样品量：1H 谱约3——10 mg样品/0.5 mL氘代试剂； 13C 谱＞15 mg样品/0.5 mL氘代试剂，13C 谱样品浓度要尽可能
1. 二维J分辨谱
A.
（获得偶合常数）
B. 异核J-resolved （获得偶合常数）
2. 同核化学位移相关谱
A. COSY (获得3JH-H耦合关系)
A1. COSY90 (获得3JH-H耦合关系)
B. INADEQUATE (获得1JC-C之关系)
3. 异核化学位移相关谱
A. HMQC (获得1JH-C之关系)
13------15a, 12, 14 15a-----15b, 14, 16
1D NOE
5、其他一维谱图及其应用
• T1（弛豫时间） • 变温NMR • 其他适合测定NMR杂核（19F,31P,15N，
【2024版】核磁共振光谱NMR光谱
氢核（I=1/2），两种 取向（两个能级）：
(1)与外磁场平行，能量低，
磁量子数ｍ＝＋1/2;
(2)与外磁场相反，能量高，
磁量子数ｍ＝－1/2;
能级分布与弛豫过程
核能级分布
在一定温度且无外加射频辐射条件下，原子核处在高、低 能级的数目达到热力学平衡，原子核在两种能级上的分布 应满足Boltzmann分布：
Isotope
Magnetogyric Ratio (radians/Tesla)
# of Spin States
Resonance Frequency (MHz)
H 1
267.53
2
2H
41.1
3
13C
67.28
2
14N
3
17OΒιβλιοθήκη 619F251.7
2
31P
108.3
2
35Cl
4
60.0 9.2 15.1 4.3 8.1 56.4 24.3 5.9
自旋核的取向
在没有外电场时，自旋核的取向是任意的。
在强磁场中，原子核发生能级分裂，当吸收外来电磁辐射 时，将发生核能级的跃迁
----产生所谓的 核磁共振（NMR）现象
射频辐射─原子核(能级分裂)-----吸收──能级跃迁
射频
B
E
E= –μB
B
E
ｍ＝－1/2
E= –μB0
ｍ＝＋1/2
E2B0 2 hB0
N NH i N NL
j
E
h
e kT e kT
通 过 计 算 ， 在 常 温 下 ， 1H 处 于 B0 为 2.3488T的磁场中，处于低能级的1H
二维核磁共振波谱名词解释
二维核磁共振波谱名词解释
二维核磁共振（2D NMR）波谱是一种用于研究分子结构和动态过程的强大工具。
它通过测量和分析原子核在磁场中的自旋状态，可以提供关于分子内部结构、化学环境以及分子之间的相互作用的详细信息。
核磁共振是原子核在磁场中的行为。
当原子核吸收或发射能量时，其自旋状态会发生改变，这种改变可以通过磁场检测到。
在核磁共振波谱中，我们主要关注的是1H核（即氢原子核），因为它在许多化合物中都存在，且其信号容易检测。
二维核磁共振波谱是在一维核磁共振波谱的基础上发展起来的。
一维核磁共振波谱只能提供关于分子中不同种类的氢原子的信息，而二维核磁共振波谱则可以提供更多的信息。
它通过将一维实验进行多次，每次改变一个参数（如脉冲宽度、延迟时间等），然后将得到的数据进行关联和解析，可以得到关于分子结构的更多信息。
二维核磁共振波谱的主要类型有HSQC（异核单量子相干）和HMBC（异核多量子相干）。
HSQC是通过比较同一时间点上不同氢原子的信号来实现的，因此它可以提供关于这些氢原子之间化学键的信息。
HMBC则是通过比较不同时间点上相同氢原子的信号来实现的，因此它可以提供关于这些氢原子之间空间关系的信息。
除了HSQC和HMBC之外，还有许多其他的二维核磁共振
技术，如COSY（相干光谱）、TOCSY（全相关光谱）和ROESY （远程相关光谱）等，它们各有各的特点和应用领域。
二维核磁共振波谱是一种非常强大的工具，它可以提供关于分子结构和动态过程的详细信息。
然而，由于它的复杂性，需要专门的知识和技能才能正确解释和应用它。
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2D 核磁共振谱
胡立宏研究员
2004-2
Slide number
二维FT-NMR Ì
Ì
Ì
Ì
二维核磁共振谱的形成Ì
二维核磁共振时间轴Ì
Ì
Ì
Ì
The Pulse FT NMR Experiment equilibration 90º pulse
detection of signals Experiment
(t)Data
Analysis Fourier Transform
Time domain (t)
2D NMR: Coupling is the Key 2D detect signals twice (before/after coupling)
Same as 1D experiment 90º
pulse
t 1t 2
t 1t 2Transfers between coupled spins
2D NMR Pulse Sequence
The 2D NMR Spectrum
Pulse Sequence
Spectrum
Coupled spins Before mixing After mixing
t 2t 1
The Power of 2D NMR:
Resolving Overlapping Signals 1D 2D 2 signals overlapped 2 cross peaks
resolved
Higher Dimensional NMR: Built on the 2D Principle 3D- detect signals 3 times
Same as 1D
experiment 90º pulse
t 2t 1t 3
3D NMR Pulse Sequence
(t 3)
¾Experiments are composites →acronyms are composites
Acronyms For Basic Experiments
Differ Only By The Nature Of Mixing Scalar Coupling Dipolar Coupling Homo nuclear
COSY Hetero nuclear TOCSY Multiple Quantum NOESY HSQC Hetero-TOCSY
HMQC NOESY-HSQC NOESY-HMQC
二维核磁共振谱的表现形式
J 分解谱Ì
Ì
Ì
2 D J 分解1H NMR谱Ì
2 D J 分解1H NMR谱Ì
H
H H
O O
4.20
1.70
2 D J 分解
1H NMR 谱ÌNH COO
COO COOH +1'1''
异核J 谱Ì
2 D C-H J 分解谱
O
1
45
6
7
8
9
10
2 D H-H相关谱---H-H COSY Ì
Ì
Ì
2 D H-H相关谱---H-H COSY
H-H COSY--- β- i onone
Ì
O 1
4
5
6
7
8
9
10
突出表现远程偶合的H-H COSY谱(D COSY)
O
HO
12
13
14
12
34
10116
7
8
15
用以区别偕偶和邻偶的COSY-45谱
H-H COSY COSY-45
O
HO
12
13
14
12
34
10116
7
8
15
NOESY 和ROESY Ì
Ì
Ì
Ì
突出表现NOE 效应的NOESY 谱
CHO
HO
OCH b
CHO
HO
OCH b
突出表现NOE 效应的NOESY 谱
O
1
5
6
7
8
9
O
1
5
6
7
8
9
ÌÌ
Ì
ÌÌ
Ì
2 D C-H 相关谱（
C-H COSY)
O
1
5
6
7
8
9
2 D 远程C-H COSY
O
1
45
6
7
8
9
10
O 1
4
5
6
7
8
9
10
TOCSY、HOHAHA Ì
一维多重接力磁化转移(1D HOHAHA)Ì
Ì
Ha Hb Hc Hd
Ì
CH 2OH
OH
O O
P O A
C
OH
O O
P O OH
CH 2
OH
OH
O
N
N
N
N
2 D C-C相关谱---INADEQUATE
核磁共振谱图综合解析
Ì
Ì
Ì
Ì
Ì
Ì
Ì
Ì
Ì
活泼氢活泼氢
1HNMR中12.0和13.7处的两个宽
单峰为两个活泼氢的信号，8.2~6.8处的
氢为芳香氢的信号。
该化合物
含7个氢。
8.14(d,J=7.8Hz)8.14(d,J=7.8Hz),
7.54(t,J=7.8Hz),
7.37(t,J=7.8Hz),
7.22(d,J=7.8Hz)处的四个氢
为明显的苯环邻二取代的信
号，8.14处的一个d峰明显处
于低场，暗示其受附近羰基的
各向异性效应。
BB+DEPT 谱显示该化合物
含4个季碳，5个次甲基。
注意到115.7处的一个次甲基
在DEPT 谱中的高度明显变小
了，可能此处重叠了一个季碳。
因此该化合物含10个碳。
δ 166.7和161.0处的碳分别为
羧酸和酰胺的羰基信号。
[M+1]+[2M+Na-2H]-
LC-ESIMS 中，分别找
到了[M+1] +和[2M+Na-2H] –
的信号，推测该化合物的
分子量为189。
可能含一个
N 原子。
结合1HNMR 和13CNMR 推测该
化合物的分子式为C 10 H 7 NO 3 。
不饱和
度
U=8。
根据以上分析，我们推测该化合物含以下三个片段：COOH C
O
HN 三个片段原子总和为C 8 H 6 NO 3 。
占了6个不饱和度。
分子式减去三个片段后还剩原子C 2 H ，还剩不饱和度数为2。
即C HC 和以上三个片段成一个环。
四个片段的连接顺序用HMQC 和HMBC 来确定。