核磁共振技术及其应用进展

技术 在有机分子结构测定中扮演了非常重要的角色, 核 磁共振 谱与紫 外光谱、红 外光谱 和质谱 一起被 有机化学
家们称为 / 四大名谱0 。
关键词: 核磁共振技术; 脉冲傅立叶变换波谱; 应用
中图分类号: T Q 5711 9
文献标识码: A
文章编号: 1009- 5624- ( 2011) 03-0048- 04
核磁共振技 术可以提供分子 的化学结构和 分 子动力学的信息, 已成为分子结 构解析以及物 质 理化性质表征的常规技术手段[ 3] , 在物理、化学、 生物、医药、食品等领域 得到广泛应 用, 在化 学 中更是常规分析不可少的手段。
本文主要介 绍了核磁共振技 术及其在化学 领 域的应用进展。
收稿日期: 2011- 04-22 作者简介: 高明珠( 1978- ) , 女, 山西 太谷人, 工 程师, 主 要研究 方向:
学结构的确定、立体构型 和构想 的确定; 化 学反 应机理研究、反 应速度、化学平衡 及平衡常 数的 测定; 溶液中分子的相互 作用及分子运 动的研究 ( 氢键相互作用、分子链的缠结、胶束的结构等) ; 分子构象及运动性能研究; 多相聚合物的相转变、 相容性及相尺寸研究。
4 结束语
本文着重介绍了核磁 共振技术在化 学领域的 相关应用, 其 实, 它在 生命科 学、材 料检测、石 油勘探、水资源 探查等也 都有广 泛应用。在 生物 化学领域, 核磁共振技术 已发展成为研 究蛋白质 溶液三维 结 构的 独立 方法, 正受 到 蛋白 质化 学、 生物工程技术乃至生命科学的广泛重视。
核磁共振技 术在体内药物分 析中也有较广 泛 的应用, 具有简便 性、无 损伤性、连续 性、高 分 辨性等优点[ 13] 。
此外还有因定量核磁共振技术测定过程简单、 分析快速, 逐 渐地应用于药物质 量控制和新药 研 发中[ 6] 。
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பைடு நூலகம்
31 4 核磁共振技术在物理化学中应用 核磁共振技术在物理 化学中可以用 于基本化
随着研究对象复杂性 的增加必将进 一步推动 核磁共振波谱学的发展。
参考文献
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在药物研发的过程中 起着重要作 用, 可以 进 行药物设计。通过 NM R 技术进行配体的筛选, 在 确定药物的有效性等方面有着广泛的应用[ 11] 。核 磁共振技术在活性药物化合物的 筛选方面有着 巨 大的潜力, 尤 其在基于靶分子的 筛选能够节省 大 量的时间和费用及其发现活性化 合物方面的有 效 性是其它方法所不可替代的[ 12] 。
商品化的大型人体核磁共振 成像仪, 作 为重要的 影像诊断工具在世界各地的医院中获得广泛应用。 21 4 核磁共振联用技术
联用 技术很多, 比如 GC ) M S, GC ) IR 等, 核磁共振具有 M S, IR 特有的优势, 能很方便的提 供不同分子结构上的细微差 别, 包括同 分异构化 合物和立体异 构化合物。但是, 核 磁共振要 求分 析样品是纯物质, 对于混 合物进行分析 得到的结 构往往很困难, 在很窄的 化学位移里面 要区分不 同物质的信号在很多情况下 是不可能的。因此在 使用核磁共振检测前, 需 要对混合样品 进行分离 纯化前处理。因而可将色 谱的高效分离 能力与核 磁共振的结构鉴定能力结合 起来。已经 与核磁共 振联用的分离手段有: 高 效液相色谱- 核磁共振联 用 ( H P LC- NMR) 、超临界流体 色谱- 核磁共振联 用 ( SFC- NMR) 、超临界流体萃取- 核磁共振联用 ( SF E- NM R) 、毛 细 管电 泳- 核 磁 共 振 联 用 ( CEN M R) [ 5] 。其中高效液相色谱 ( H P L C) 在复杂样 品中的分离已得到广泛应用, 通过调整 色谱条件 可用于分离不同的样品。将核磁共振仪 与之联用 在各种样品的分析检测中得 到了很好的应 用, 在 药物检测、天 然 产 物 检测 等 中 的 应 用均 有 文 献 报道[ 6] 。
核磁共振技 术在高分子聚合 物和合成橡胶 中 的应用包括共混及三元共聚物的定性、定量分析、 异构体的鉴别; 端基表征; 官能团鉴 别; 均聚 物 立规性分析; 序列分布及等等规度的分析等[ 9] 。
液体高分辨 核磁共振可以提 供聚合物的信 息 有: ( 1) 聚合物类型的鉴定, 不同单体生成的聚 合物, 虽然同为大 分子碳氢 化合物, 但其共振 谱 是不完全相同的; ( 2) 有关聚合物链的异构化信 息, 聚合物链的构 型对其物 理、化学 性质影响 很 大, 辨明链的构型有着重要的意义; ( 3) 其他重 要信息, 通过 13C- NMR 谱可以分别研究其不同单 元组的序列分布、交替度和不同 反应条件下聚 合 过程链活动度变化等聚合物微观结构信息[ 10] 。 31 3 核磁共振技术在药物化学研究中的应用
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1 前言
2 核磁共振技术的发展
核 磁 共 振 ( Nuclear M ag net ic Resonance, NMR) 波谱学是一门发展非常迅速的科学。最早 于 1946 年由哈佛大学的伯塞尔 ( E. M. Purcell) 和斯坦福大 学的布洛 赫 ( F. Bloch ) 等人用实 验 所证实[ 1] 。两人由此共同分享了 1952 年诺贝尔物 理学奖[ 2] 。
随着核磁共振仪兆数的提高, 分辨率的增加, 以及标记技术的发 展, 大分子量 的蛋白结构也 能 用核磁共 振 技 术确 定。新 兴 起 的三 维 核 磁 共 振 ( 3DNM R) 技术 也开 始应 用 于生 物分 子的 研究, 有人用 13C, 15N, 2H 标记的三维核磁共振 研究 了分子量小于 40kd 的蛋白质。美中不足的是, 三 维核磁共振实验需时长, 且蛋白质标记过程复杂, 一定程度上限制了三维核磁共振技术的广泛应用。 21 2 固体高分辨核磁共振
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谱等。 对于简单分子的结构, 根据以上 谱图解析 就
能确定, 对于全然 未知物的 结构, 还 需结合其 它 的一些数据, 如: 质谱、红外、元素分析等。 31 11 2 在有机合成反应中的应用
核磁共振技术在有机 合成中, 不 仅可对反 应 物或产物进行结构 解析和构型确定, 在研究合 成 反应中的电荷分布 及其定位效应、探讨反应机 理 等方面也有着广泛应用[ 7] 。核磁共振波谱能够精细 地表征出各个氢核 或碳核的电荷分 布状况, 通 过 研究配合物中金属 离子与配体的相 互作用, 从 微 观层次上阐明配合 物的性质与结构 的关系, 对 有 机合成反应机理的研究重要是对 其产物结构的 研 究和动力学数据的推测来实现的[ 8] 。 31 2 在高分子化学中的应用
信息记录材料 2011 年 第 12 卷 第 3 期
综述
产品 ) 900US2T M magnet , 是 当时 最高 场强 的 主 动屏蔽式磁体产品。2002 年北京大学安装成 功的 由世界最大的波谱磁体生产厂家 布鲁克公司提 供 的中国首台 800MH z 核磁共振仪填补了国内 超高 场谱仪的空白, 也使北大成为世 界上具有重要 影 响的超高场新用户。 21 1 二维核磁共振技术
核磁共振技术及其应用进展
高 明珠
( 中国乐凯胶片集团公司 研究院, 保定 071054)
摘 要: 核磁共振技术是有机物结构测定的有 力手段, 不破坏 样品, 是一 种无损 检测技 术。从连 续波核磁
共振 波谱发展为脉冲傅立叶变换波谱, 从传统一 维谱到 多维谱, 技 术不断 发展, 应 用领域也 越广泛。 核磁共振
利用固体核 磁共振技术研究 高分子化合物 可 以表征材料的分子结构进而监视反应的进度[ 4] 。另 外, 在矿物分析、表 面吸附 和表面化 学反应方 面 具有独到的优势。 21 3 核磁共振图像
将某一核磁 共振波谱参数的 空间分布以图 像 形式表示出的方法 就是核磁共振图 像, 核磁共 振 图像的思想是上世纪 70 年代初提出来的, 是一种 无损测量技术, 运用该技术使得 人类对自身的 结 构和生理活动的认 识有了长足的提 高。现已有 了
1971 年, Jeener 首 先提 出了 二 维核 磁 概念。 80 年代, Ernst 小组详细分析了二维实验, 全面系 统论述了二维核磁共振原理。后经 Ernst 和 Fr eem an 等小组的卓越 工作, 使二维 核磁共振成为 常 规实验。因此, Ernst 获得了诺贝尔化学奖。
现在, 二维核磁共振 技术已被广 泛应用于 复 杂生物大分子的研 究, 尤其对于 那些分子量不 太 大的物质 ( M 小于 10kd) , 高分辨核磁技术给出的 结构, 可与 X 射线衍射相媲美。
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有机波谱及剖析。
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1930 年代, 物理学家伊西多- 拉比发现在磁场 中的原子核会沿 磁场方向呈正向或反向 有序平行 排列, 而施加无 线电波之 后, 原子 核的自旋 方向 发生翻转。这是人类关于 原子核与磁场 以及外加 射频场相互作用的最早认识。1946 年两位美国科 学家发现, 将具有奇数个核子 ( 包括质子和中子) 的原子核置于磁场中, 再 施加以特定频 率的射频 场, 就会发现原 子核吸收 射频场 能量的现 象, 这 就是人们最初对核磁共振现象的认识。1964 年后, 核磁共振谱仪经历两次重大 的技术革命, 其一是 磁场超导化; 其 二是脉冲 傅立叶 变换技术。从根 本上提高了核磁共振波谱仪 的灵敏度, 同时谱仪 的结构也有了很大的变化。1964 年美国 Varian 公 司研制出世界上 第一台超导磁场的核磁 共振谱仪 ( H R ) 200 型, 200MH Z , 场强 41 74T ) 。2004 年 布鲁克 Biospin 公司推出了全球第一款用于核磁共 振领域的 900M H z 主动屏蔽式超导核磁共振磁体