使用核磁共振光谱决定化学结构的另一选择
有机化学基础知识点核磁共振光谱与官能团的解释

有机化学基础知识点核磁共振光谱与官能团的解释有机化学基础知识点:核磁共振光谱与官能团的解释有机化学是研究有机物质及其变化规律的一门学科。
核磁共振光谱(NMR)是有机化学中常用的分析方法之一,它通过探测核磁共振现象,提供了有机物质的结构信息和官能团的存在与排列方式。
本文将详细解释核磁共振光谱在有机化学中的应用以及它与官能团的关系。
一、核磁共振光谱(NMR)的原理核磁共振光谱是利用原子核自旋的量子特性和外加磁场间的相互作用而产生的一种光谱技术。
当有机物质中的原子核受到外部磁场的影响时,它们会发生能级分裂,形成不同的谱线。
通过测量这些谱线的频率和强度,可以获得有机物分子的结构和官能团的信息。
二、核磁共振光谱的解释1. 化学位移(Chemical Shift)化学位移是核磁共振光谱中的一个重要参数,用来描述原子核信号相对于标准物质(通常是三甲基硅烷)的偏移程度。
化学位移的单位是ppm(parts per million),它与化学环境密切相关。
对于有机化合物,化学位移可以提供各个原子核所处的化学环境,从而帮助确定它们的结构和官能团。
2. 种族耦合(Spin-Spin Coupling)种族耦合是核磁共振光谱中的另一个重要现象,指的是不同核之间的相互作用。
它产生的原因是原子核自旋之间的磁场相互影响。
种族耦合可以提供原子核之间的连接信息,帮助推断有机分子的官能团和它们之间的关系。
3. 种子核(Protonation Site)核磁共振光谱中的种子核是指分子中受到质子化或去质子化的原子核。
通过观察种子核的化学位移和耦合常数,可以推断出分子中的酸碱性位置、官能团的存在以及它们之间的关系。
4. 反应中间体(Reaction Intermediates)核磁共振光谱可以用来研究化学反应中的中间体。
通过观察反应前后某些原子核的化学位移变化,可以判断反应过程中的物种及其结构变化。
这对于有机合成领域的研究具有重要意义。
5. 确定结构和官能团核磁共振光谱通常与其他分析技术(如质谱、红外光谱等)相结合使用,来确定有机分子的结构和含有的官能团。
有机化学基础知识点核磁共振光谱与化学键的解释

有机化学基础知识点核磁共振光谱与化学键的解释核磁共振光谱与化学键的解释在有机化学中,核磁共振光谱(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy,简称NMR)是一种常用的结构分析技术。
它通过观察原子核在外加磁场中的行为来研究有机化合物的结构和性质。
在本文中,我们将探讨核磁共振光谱与化学键之间的关系,并解释其基础知识点。
一、核磁共振光谱的原理核磁共振光谱通过研究原子核围绕自旋轴线的旋转行为,来分析有机化合物中原子核的环境。
每个原子核都具有自旋,而自旋可以看作是核心围绕自身轴线旋转的运动。
当一个样品置于外加磁场中时,原子核的自旋会在该磁场的作用下进行能级分裂,从而产生能量差。
核磁共振光谱正是利用这种能级分裂现象进行结构分析。
二、化学键与核磁共振光谱之间的联系1. 化学键的性质影响核磁共振光谱图谱化学键的性质对核磁共振光谱的解释起着重要的作用。
在核磁共振光谱图谱中,每个化学键的特征峰可以用于确定化学键的类型、数目和环境。
例如,C-H键通常呈现在0-5 ppm(化学位移单位)的范围内,而C-C键则在5-40 ppm范围内。
通过对这些特征峰的分析,可以推断出化合物中化学键的类型及其周围环境。
2. 化学位移与化学键的影响因素在核磁共振光谱中,化学位移是一个重要的参数,用于描述不同化学键的环境。
化学位移的数值取决于多种因素,包括电子云密度、电子环境和相邻原子的影响等。
例如,烯烃中的双键由于其电子云密度较高,通常会出现在较高的化学位移范围内。
同样地,芳香性化合物的芳香键也具有较高的化学位移。
三、核磁共振光谱的常见峰信号与化学键解释1. 单质氢的峰信号在核磁共振光谱谱图中,单质氢通常呈现为一系列的峰信号。
这些峰信号可以通过化学位移的数值以及峰的积分强度来解释。
例如,甲基氢通常出现在0.9-1.0 ppm附近,而亚甲基氢则出现在1.1-1.4 ppm范围内。
2. 双键的峰信号对于含有双键的化合物,其核磁共振光谱中通常会出现一个较高的化学位移峰。
有机化学基础知识点核磁共振光谱与有机化合物的结构解析

有机化学基础知识点核磁共振光谱与有机化合物的结构解析核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,简称NMR)光谱是一种重要的有机化学分析技术,广泛应用于有机化合物的结构解析和鉴定。
通过对有机化合物中的特定核素(通常是氢、碳、氮等)在磁场中产生的共振吸收信号进行测量和解读,可以得到它们在分子中的相互关系、化学环境及它们所处的位置。
本文将从NMR的基本原理、仪器设备、信号解读以及一些实例等方面来介绍有机化学基础知识点核磁共振光谱与有机化合物的结构解析。
一、核磁共振的基本原理核磁共振是基于分子中的特定核素在外加磁场中的属性而建立的。
磁场中的核素会分别处于不同的能级,其能级差与外磁场的大小有关。
当处于低能级的核素吸收特定频率的射频辐射并发生能级跃迁时,就会产生核磁共振信号。
这些信号可以被接收到并转化为NMR光谱。
二、核磁共振的仪器设备核磁共振的仪器设备主要包括磁体、探头、射频发生器和检测器等。
其中磁体是核磁共振实验中最重要的组成部分,它可以产生强大的静态磁场,使样品中的核磁共振信号得以观测。
而探头则是将样品中的核磁共振信号转化为电信号的关键部分。
射频发生器用于提供特定频率的射频辐射,而检测器则对信号进行放大和记录,最终形成核磁共振光谱。
三、核磁共振信号的解读核磁共振信号可以通过化学位移、相对积分强度、耦合常数和耦合模式等参数进行解读。
化学位移反映了不同核素在外磁场中的化学环境,通常用化学位移常数δ表示。
相对积分强度即各峰下面积的相对大小,可以反映氢原子的数量比例。
耦合常数和耦合模式则是指不同氢原子之间的相互作用,由于耦合常数不同,导致峰的裂分形式也不同。
四、核磁共振在有机化合物结构解析中的应用核磁共振在有机化合物结构解析中具有广泛的应用。
通过核磁共振光谱可以确定有机分子的碳骨架、官能团以及它们之间的关系。
例如,通过观察特定碳谱峰对应的氢谱峰可以推测出它们之间的连接方式。
此外,核磁共振还可以提供关于分子的立体结构、环境和构象等信息,有助于解析复杂的有机化合物。
有机化学基础知识点核磁共振光谱与分子结构的解析

有机化学基础知识点核磁共振光谱与分子结构的解析核磁共振光谱(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR)是一种广泛应用于化学领域的分析技术,能够通过观察分子中核自旋的行为来获取分子结构以及化学环境的信息。
在有机化学中,核磁共振光谱对于研究和解析复杂的有机分子结构具有重要的意义。
本文将介绍有机化学基础知识点中与核磁共振光谱相关的内容,并探讨核磁共振光谱在分析有机分子结构中的应用。
一、与核磁共振光谱相关的基础知识1. 核磁共振现象:核磁共振光谱是利用原子核间磁场的相互作用来进行分析的。
核磁共振现象是指在外加磁场的作用下,原子核的自旋将在不同能级之间发生跃迁。
这种跃迁会产生电磁辐射,形成核磁共振信号。
2. 磁共振频率:核磁共振信号的频率称为磁共振频率(Resonance Frequency)。
磁共振频率与核自旋数量、核的磁场以及外部磁场的强度有关。
3. 磁共振现象的解释:核磁共振现象的解释可由量子力学的角度进行。
根据量子力学,原子核的自旋(S)可以描述为“上自旋”和“下自旋”,分别用ms=+1/2和ms=-1/2表示。
二、解析核磁共振光谱核磁共振光谱通过观察化合物在外部磁场下的核磁共振信号,可获得化合物分子结构以及化学环境的信息。
在解析核磁共振光谱时,我们主要关注以下几个方面的内容。
1. 化学位移:化学位移是指分子中不同核的核磁共振信号在频率上的差异。
化学位移可用于确定分子中不同原子核的化学环境。
化学位移值一般以δ表示,单位是ppm(parts per million)。
2. 可观测核的选择:核磁共振光谱实验中,我们可以选择观察哪些核的共振信号。
常见的核包括1H(氢-1,质子)、13C(碳-13)、19F(氟-19)等。
3. 积分峰面积:核磁共振光谱中的峰面积与对应核的数量成正比。
通过测量峰面积,可以推断相应核的数量关系,从而解析分子结构。
4. 耦合常数:耦合常数是指在核磁共振光谱中观察到的峰的分裂情况。
核磁共振在化学合成中的应用

核磁共振在化学合成中的应用核磁共振技术是一种重要的分析方法,特别是在化学领域中,其应用尤为广泛。
在化学合成中,通过核磁共振技术能够对原子核结构和分子结构进行定量和定性的分析,从而实现化学反应的追踪与优化。
本文将详细介绍核磁共振在化学合成中的应用。
一、核磁共振技术概述核磁共振(NMR)是一种分析技术,基于原子核在外加磁场中的行为,通过扫描射频信号获得谱图。
核磁共振技术是利用原子核的自旋(即核自旋)来研究物质结构的一种方法。
当外界加入磁场时,原子核的能量将被分裂成不同的态,并引起吸收或发射射频辐射,这些在磁场中的共振频率可用来确定分子结构。
在核磁共振技术中,化合物被置于一个强磁场中,并通过高频信号激发原子核自旋翻转,从而获得各种信息。
核磁共振技术主要分为质子核磁共振(1H-NMR)、碳核磁共振(13C-NMR)和氢氟酸核磁共振(19F-NMR)等几种类型,其中1H-NMR应用最为广泛。
二、核磁共振在化学合成中的应用1. 化学反应的追踪通过对反应物和产物的核磁共振谱进行比较,可以非常清晰地了解反应的进行情况以及反应过程中涉及的物质组成和类型。
此外,核磁共振技术还可以用来研究反应的速率、平衡常数等反应动力学参数。
通过对反应物和产物的核磁共振谱进行分析,可以追踪化学反应的过程,从而对反应机理和反应条件进行优化。
2. 化学结构识别通过核磁共振技术,可以分析和确定各种有机化合物的结构、组成及空间结构等信息。
核磁共振谱图中,不同原子核的峰位和强度是由原子核自旋和其周围环境的影响决定的,因此可以通过观察核磁共振谱图中的特征峰位来确定各种有机化合物的化学结构。
3. 光谱法定量分析核磁共振技术具有对被测样品数量极为敏感的特点,因此可以使用谱峰积分法完成化合物的定量分析。
在定量分析中,可通过核磁共振谱图中的面积来判断不同原子核的数量,从而实现有机物质的定量分析。
4. 指纹图谱库建立核磁共振技术可以用于建立有机化合物的指纹图谱库,从而对化合物的鉴定和检测提供基础条件。
核磁共振光谱的原理

核磁共振光谱的原理核磁共振光谱,简称NMR,是一种分析化学中常用的非破坏性技术。
它基于原子或分子的核磁共振现象,通过测量核磁共振信号的强度和频率,得到样品中不同核的化学环境及其数量等信息。
核磁共振光谱的原理主要涉及核磁共振现象、核自旋、磁共振现象等。
本文将对核磁共振光谱的原理进行详细解析。
一、核磁共振现象核磁共振现象是物理学中的一种现象,它是原子核的原子核磁矩与外加磁场相互作用的结果。
在外加磁场的作用下,原子核会处于能量较低的基态或者激发态,不同核在磁场下的能量差异和跃迁导致核磁共振现象的出现。
核磁共振现象的存在可以通过核磁共振光谱的测量得到。
二、核自旋核自旋是核磁共振现象的基础,也是核磁共振光谱的理论基础之一。
核自旋指的是原子核的一个固有性质,表示核内部的质子和中子的自旋状态。
核自旋量子数用I表示,同一个原子中不同核的I值不同,常见的有I=1/2(例如氢(1H)核)、I=1(例如碳(13C)核)、I=3/2(例如氟(19F)核)等。
三、磁共振现象磁共振现象指的是原子核在外加静磁场和射频磁场作用下发生共振吸收和发射。
在核磁共振实验中,样品被置于静磁场中,使核在基态或者激发态中占据不同的能级,在此基础上加上一个与原子核自旋固有方向针对性的高频交变电磁场,当外加磁场(静磁场)强度满足磁场共振条件时,核能够吸收或发射一定频率的电磁波。
这就是核磁共振信号,信号强度和频率与样品中核的数量和周围化学环境有关。
四、核磁共振谱核磁共振谱是一种通过核磁共振光谱技术得到的谱图,它是通过测量样品中核吸收或发射的共振信号所得到的。
核磁共振谱是一种通常用于分析样品组成的技术,可以用以确定分子中不同原子核的数量和化学环境,因此被广泛应用于化学、生化、药物学等领域。
根据谱图形状和位置等特征,可以进一步分析样品的结构和组成等信息。
五、结论核磁共振光谱是一种利用原子核磁共振现象、核自旋、磁共振现象等原理得到的分析化学技术。
通过测量核磁共振信号的强度和频率等参数,可以得到样品中核的数量和化学环境等信息。
核磁共振技术在大分子结构研究中的应用

核磁共振技术在大分子结构研究中的应用大分子是生物体及化学领域中的重要研究对象,涉及到许多重要生物和化学过程。
为了深入了解大分子结构和反应机制,需要开发先进的研究手段。
其中,核磁共振技术是一种强大的手段,已经成为生物和化学领域大分子研究的重要工具。
一、核磁共振技术简介核磁共振技术是一种非常强大的分析方法,可以通过探测样品中的核磁矩来获取关于分子结构和动态性质的深刻信息。
核磁共振技术广泛应用于化学、生物、医药和地球科学等领域。
核磁共振光谱学是核磁共振技术的主要应用之一,它基于分子中特定核的共振频率,并通过测量这些核的振荡频率和强度来确定样品中各个核的位置和数量,从而分析分子的结构。
在NMR光谱学研究中,一个主要的挑战是分配少数量的谱峰与多种可能的分子结构之间的关系。
二、在对大分子结构进行研究时,核磁共振技术是一种强大的手段。
由于大分子样品的复杂性和不规则性,NMR在大分子结构研究中的应用也具有很高的挑战性。
在NMR光谱学研究中,一个主要的挑战是将少量的谱峰分配给多种可能的分子结构。
大分子的分析需要采用高分辨率和高灵敏度的NMR技术,因此对NMR谱仪系统的要求也更高。
核磁共振谱图对于了解大分子结构有着非常重要的作用。
例如,核磁共振谱图能够提供大分子的二级结构和亚域结构信息。
它们能够用来确定蛋白质折叠的具体形式并验证分子的结构预测模型。
此外,核磁共振谱图也能够揭示大分子的动态行为。
三、改进的核磁共振技术随着核磁共振技术的不断发展,人们对于大分子结构的探究也更加深入。
目前,许多改进的核磁共振技术在大分子结构研究领域也开始应用,这些改进的技术为更好地解决复杂大分子结构研究问题提供了新的可能。
一种改进的核磁共振技术是固体核磁共振谱学,它通过使用干燥的、固定的大分子样品而非液态样品,对大分子进行研究。
固体核磁共振谱学在大分子结构研究中具有关键作用,特别是在深入探究蛋白质和DNA的三维结构方面。
另外一种改进的核磁共振技术是双共振(NMR)技术。
化学结构分析方法

化学结构分析方法化学结构分析是研究化合物的组成及其结构的一种方法。
通过对化合物进行分析,可以了解其分子组成、元素比例、原子结构等信息,从而揭示其物理性质和化学性质。
本文将介绍几种常用的化学结构分析方法。
一、光谱学分析方法光谱学是一种通过测量物质与电磁辐射之间的相互作用来分析物质结构的方法。
其中,红外光谱和质谱是最常用的光谱学分析方法之一。
1. 红外光谱:红外光谱通过测量物质在红外辐射下吸收或散射的光的强度,研究物质的分子振动和转动状态。
通过红外光谱可以确定化合物中的官能团和分子结构。
2. 质谱:质谱是通过测量物质中离子的质荷比来分析化合物的结构的方法。
质谱可以提供化合物的分子量、分子组成和分子片段等信息,从而揭示其化学结构。
二、色谱分析方法色谱分析是一种通过物质在固定相和流动相之间的分配行为进行分离和分析的方法。
常用的色谱分析方法包括气相色谱和液相色谱。
1. 气相色谱:气相色谱是利用物质在固定相和气相之间的分配行为进行分离的方法。
气相色谱可以用于分析挥发性化合物和气体混合物,具有分离能力强、分析速度快的特点。
2. 液相色谱:液相色谱是利用物质在固定相和液相之间的分配行为进行分离的方法。
液相色谱可以用于分析非挥发性的化合物,对极性化合物和生物分子的分离效果更好。
三、核磁共振分析方法核磁共振是通过测量核自旋之间的相互作用来分析物质结构的方法。
核磁共振分析可以提供化合物的核数、化学位移、无规矩回旋等信息,从而揭示化合物的分子结构。
以上介绍了几种常用的化学结构分析方法,每种方法都有其独特的优势和适用范围。
在实际应用中,研究人员可以根据需要选择合适的方法来分析化合物的结构,从而深入了解其物理性质和化学性质。
总结起来,光谱学分析方法、色谱分析方法和核磁共振分析方法是化学结构分析中常用的手段。
它们通过测量物质与电磁辐射或其他相互作用的方式,揭示了化合物的分子组成和结构信息。
这些方法在理论研究、药物研发、环境监测等领域都具有重要的应用价值。
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使用核磁共振光譜決定化學結構的另一選擇──碳序法之化學結構決定陳勝智中國醫藥學院藥物化學研究所摘要:本文介紹利用核磁共振光譜,如何進行碳碳連結產生化學結構的方法。
本法將碳譜與氫譜之各訊號分別由低磁場到高磁場,一一標識序號。
根據HMQC,由氫之序號找到碳之序號,將COSY的氫氫偶合相關改為碳碳連結,也將HMBC碳氫遠程偶合相關更改為碳碳遠程連結,最後利用此等連結進行碳碳連結產生化學結構。
化學結構建構完成時,核磁共振光譜訊號之歸屬也一起完成。
關鍵字:化學結構決定,碳序法,核磁共振光譜。
(本文已發表於化學60, 153-162, 2002)前言核磁共振光譜能提供豐富的化學結構的相關訊息,故在化學結構決定上扮演著很重要的角色。
一般,於取得核磁共振光譜後,從譜型或特性訊號之化學位移、偶合常數等,判斷此等資料與化合物之化學結構的關係,並進一步進行歸屬(assignment),確定化合物的化學結構。
當然此過程中,還會尋求二維光譜的協助尋找相關(correlation)以及連結(connection)1。
換言之,讀譜作業與光譜之使用是一般所熟悉的方法。
筆者經由國內軟體公司的介紹,由Spectrum Research, LLT之網站()下載SpecMan及NMR-SAMS兩套試用版軟體。
此二軟體可直接由核磁共振光譜儀之電腦檔案選取光譜訊號資料(peak picking),並產生化合物的化學結構。
簡言之,他們是產生化學結構用的簡便軟體。
但經過三十天的試用後發現,此二軟體還需要有解讀核磁共振光譜能力的專家協助使用,因二者在選取光譜資料時,需要專家修正他所處理的資料。
筆者認為,既然是有經驗者才能使用,已失去選用此二軟體的意義。
筆者從其處理資料的過程以及原創者文獻2-5,體會到該軟體是以碳為主體來建構化學結構式,其法可以理解,但後半部因自動化的需求或軟體選取訊號的正確性問題,並且未好好利用HMBC的所有資料,降低產生化學結構的成功機會。
筆者認為電腦自動選取資料,速度雖快,但若還需要專家修正,不如一開始就靠「人腦」做正確且合理的選取訊號,並好好利用HMBC 的所有資料做正確的連結,以獲得正確的結果。
於是,筆者反覆嘗試並建立以碳為主體,進行碳碳連結產生化學結構式的人為方法,做為使用核磁共振光譜的另一選擇。
本法雖較電腦費力,但所費時間不多,卻因隨機應變或因「地」制宜的作業過程,使結果較為可靠,值得採用。
本法先將碳譜的各訊號以阿拉伯數字,由低磁場到高磁場標識序號(ID number);氫譜也以相同方式標識序號。
根據HMQC,由氫之序號找到碳序號,將COSY的氫氫偶合相關改為碳碳連結,也將HMBC之碳氫遠程偶合相關更改為碳碳遠程連結,最後進行碳碳連結產生化學結構。
在本法的操作過程中,COSY直接提供明確的碳碳連結,HMBC所提供的碳碳連結是α位與β位的遠程連結,比較複雜,但因HMBC資料的定位(allocation)效果,每一個碳均有一定的位置,以類似拼字或拼圖遊戲(crossword or jigsaw puzzle)的反覆嘗試即可產生化學結構。
化學結構建構完成時,核磁共振光譜訊號之歸屬也一起完成。
結構產生的過程是碳碳連結的過程,其功能類似INADEQUATE光譜。
本文以brucine為例,敘述本法之化學結構產生過程與結果,同時也提供經驗與建議。
光譜之測定本實驗取購自默克公司之brucine 20 mg 溶於0.6毫升CDCl3中,以300MHz核磁共振光譜儀(Bruker ARX-300)分別測定氫譜、碳譜、DEPT、COSY、HMQC、HMBC等光譜。
以上光譜均以內建程式測定,其參數未做特別更改。
結果本文以brucine為例,故於獲得brucine的各種光譜之後,使用微軟的Words文書軟體,依下述順序作業來產生brucine之化學結構。
採用微軟的Words文書軟體的理由是此軟體相當普遍,且此軟體的上標、下標、文字之著色、表格之網底、欄寬的調整等都很方便。
光譜資料表格化表一顯示碳譜、氫譜、DEPT、HMQC、COSY、HMBC等光譜資料表格化的結果。
ID欄中的號碼用來代表碳的序號,此號碼將標記於碳原子之右上角做為識別之用。
因ID欄的序號由上而下已依序排定,第二欄中的資料是碳譜的化學位移,由低到高磁場,由上而下,數字由大而小逐漸遞減。
為避免兩組號碼混淆,氫之序號均冠以"#"來與碳之序號區別。
第三欄的DEPT是依DEPT光譜資料,將該號的碳以一至四級碳表達出來,例如第8及9號碳是三級碳以CH填表,第23號碳是二級碳以CH2填表。
比較特別的碳,如2至9號碳是不飽和碳,可以灰色網底區分,以提醒其共通性。
第四欄利用HMQC 之交叉峰(cross peak),填上碳所接的氫原子訊號之序號。
換言之,必須先在氫譜上,從低磁場到高磁場的訊號上一一標識序號,若遇訊號重疊,可參考HMQC於適當化學位移標識序號。
例如12號所接的8號氫是用HMQC確定,才補記#8;第11、16、18、21、23等碳均接二個不同化學位移的氫,也都需要HMQC來協助才填入。
HMQC 欄還填入各氫的化學位移、氫原子數、偶合常數等資料,用於協助連結,也用於將來氫核訊號之歸屬。
其次的COSY欄,是填入1H-1H COSY交叉峰資料的欄位,例如10號碳上的4號氫與21、17、14號氫有偶合關係,所以在該欄位填入#21、#17、#14。
另外,COSY的資料,也應適切標示氫氫遠程偶合,本表以L標示。
再其次的是連結用的欄位,也是工作區,在此區可先做一點資料分析,方便爾後工作的進行。
因基本資料與資料分析有時對工作有決定性的幫助,所以一定要做。
最後一欄是HMBC的資料欄,在此可將HMBC的交叉峰一一填入,例如12號碳與#19、#18、#16、#12號氫有2J或3J之遠程偶合關係,就依序填於該欄內。
20與21號碳非常接近,其HMBC 交叉峰無法區分,只好暫時都填給他們,等連結時再解決。
製作本表時,碳之訊號峰應依分子式的碳數做完全確認。
HMQC 配合DEPT完全解讀後,應檢查碳譜或氫譜序號的正確性,若序號有增減應該重新排序(不方便增加,補以獨立的代號也可)。
完全表格化之後,應詳細檢查表上所有資料的正確性,務必正確才能著手碳碳連結,否則無法產生正確的化學結構。
碳的總數、氫的總數是否與分子式吻合,若有缺,應補足或註明於基本資料中,原則上寧可多不可少,就算雜訊被誤認而給予編號,也不致影響正確化學結構的產生。
根據COSY資料執行碳碳連結並依化學位移接上陰電性原子如表二,COSY欄中氫的號碼已一一轉換為相關的碳碼,所以原本為氫氫偶合已改為碳碳連結。
例如6號碳的#3號氫與#13號氫有遠程偶合,對照HMQC欄的資料,知道#13是C22的氫,故C22-C6應有遠程連結,以相同方式可得C11-C6的鄰碳連結。
如此即可將氫氫連結改為碳碳連結,C11-C6以-C11H2-C6H-表示,一一列於表三新增的欄位中,並參考化學位移及分子式相關資料,盡量把陰電性原子或雙鍵接上。
最後將已確定的各個碳碳連結,以及無連結的四級碳原子,如表三所示依序排於工作區,供進一步連結使用。
COSY的交叉峰資料很重要,因其碳碳連結較明確,故被採用於連結後,應做記(著色)以防被拆散。
至於HMBC的交叉峰資料,比照上述,把原為碳氫相關的資料轉換成碳碳連結的資料,即獲得碳碳遠程連結資料,並列於新增的相關欄位中。
例如C17-C20,23,18,13,8表示碳17與碳20、23、18、13、8有α位或β位的碳碳連結(C17-Cα-Cβ)關係。
利用已建立的碳碳連結,即可建構化學結構。
依HMBC進一步連結要著手碳碳連結產生化學結構之前,應先從一以COSY連結的正確片段開始。
選不同的起點進行連結,有不同的難度,也可能有不同的結果。
將選定的片段置於「HMBC碳碳連結工作區」中,開始以HMBC碳碳連結資料進行連結。
連結時,從片段中的碳,尋找相關的HMBC連結資料,利用HMBC資料的定位效果,將要連結的碳放置於被HMBC所指定的位置,以類似拼字或拼圖遊戲方式反覆嘗試。
故為方便計,可將HMBC資料拷貝於工作區,如表三所示之(C4-C19,23,16,1)(C22-C19,23,16,6);也為方便反覆檢查(隨個人喜好非必要),可將已用過的HMBC遠程連結資料一一羅列於「使用HMBC順序」之項下。
在完成一個連結之後,才考慮下一個連結。
如表四所示,「HMBC 碳碳連結工作區」中的連結是依表四A-E順序完成。
表四-A是接續自表三,根據COSY「已連結部分」之資料,C22H應該連結C19H-C13H-N-及C23H2-C12H-N-。
表四-B中,依據HMBC相關,再接C16H2-N-於C4,接-C18H2-C20H2-於N。
因C16與C12、C18有HMBC 相關,可如表所示,環化產生第一個環。
於表四-C中,依COSY資料,C19H應接-C10H-C21H2-,至此已將所有COSY的碳碳連結列入化學結構中。
之後,經表四-D至表四-E,把brucine的化學結構產生出來。
調整後之化學結構列於同表的最右下,其結構上的數字為碳之序號,依序號可找到碳與氫核的化學位移,故訊號歸屬也一起完成。
利用HMBC連結時,很容易出錯,務必使週邊的HMBC關係完全符合;此作業過程中,也務必記得使用以COSY連結的片段。
討論筆者檢討本法期間,曾經使用4′-methoxy-2′,3,7-trihydroxyiso-flavanone、(S)-4-methoxydalbergione、medicarpin、3(R),8-dimethyl–2- (R),5-bis(1-methylethyl)-6-oxo-2,3,6,7,9,10-hexahydro-1H-3A,7-ethano-aulene-10-carbonitrile3、alborixin4、betulinic acid5、taxol6等筆者研究所所分離之化合物及文獻之光譜資料,檢討本法的適用性,結果大致均能產生所預期的化學結構,但由於COSY或HMBC交叉峰的不齊全,均發生程度不同的困難,必須以核磁共振光譜之讀譜知識協助,以下就這些經驗或注意事項加以說明。
(下載練習用光譜資料)碳序法化學結構決定之基本要求如前述,使用本法必須準備氫譜、碳譜、DEPT、COSY、HMQC、HMBC光譜。
但當碳譜解析度好、無重疊,HMQC的交叉峰也齊全無遺失,DEPT光譜是可省略的,不過必須提醒的是,DEPT與HMQC 有互補的功能,可幫助檢查訊號有無重疊或錯誤。
HMQC光譜則非測不可,因氫氫相關或碳氫相關要轉成碳碳連結必須倚賴HMQC。
所準備的光譜,雜訊峰愈少愈好,以保資料的正確。
各光譜中,氫譜與碳譜均不能有太多訊號重疊,尤其碳譜最好接近完全解析,若有重疊,必須能由DEPT、HMQC、HMBC讀出。