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核磁共振(NMR)基础与应用以及结构解析求助讨论专帖！
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这个论题提出后,立即得到斑竹们,尤其是momo2004斑竹的大力支持,并放在置顶的位置,自2005-09-15日开帖以来至今天总共55天时间,浏览量已达6220多,可见DXY的战友对该论题的关心和支持.在此表示深深谢意! 2005-11-10 在这个论题中,将连续上载有关NMR的基础,应用,实验方法等资料. 1.NMR基础知识/图谱质量好坏的判断/影响NMR图谱质量的因素 2.样品测定数据和文献数据比较时应注意的问题 3.NMR在天然产物结构分析中的应用/图谱例子/图谱分析中常见问题 4.天然产物立体化学的测定 5.直接由NMR图谱进行天然产物骨架类型的判断 6.......... 如果大家喜欢,请跟贴讨论. 天然有机化合物结构鉴定方法 20 世纪下半叶，光谱学已成为有机化学的基础课程。30年代发展的紫外（UV）光谱和40年代的红外（IR）光谱 为化学家提供了识别有机化合物生色基和官能团的有效方法。研究者可以采用极少量的样品，非破坏性的实验得到有关结构的信息。50年代发展起来的质谱（MS）方法进一步带来革命性的影响，MS实验可给出化合物的分子式，并且通过裂解方式提供分子的结构信息。 对有机结构化学影响最大的谱学方法当推核磁共振（NMR）。它对有机化学的影响是迅速的并且是震撼性的。近50年来，有机波谱学尤其是NMR技术的发展改革了天然产物结构鉴定的方法。波谱技术已成为探究大自然中分子内部秘密的最可靠、最有效的手段。今天波谱学已成为天然有机化学家不可或缺的工具。可以预期，即使在将来的千年岁月它们也一定是必不可少的。随着波谱技术的飞速发展，将会有更多的新技术为化学家所掌握，那时测定天然产物结构将会变得更加容易。 十几年前像HMBC、TOCSY等2DNMR等技术还是波谱学家刚开发的脉冲序列，可是在近几年市售的NMR波谱仪器上这些技术已成为常规方法了，这些技术已成为天然产物结构测定的强有力的工具。众所周知的吗啡（morphine））是1803年由Serturner分离得到的，直到1952年全合成成功才完成了结构确定，用了150年时间，番木鳖碱（Strychnine，士的宁）的结构确定用了半个多世纪（1891-1946），耗费了几代杰出化学家的心血，原因是当时确定结构的主要方法是湿法化学。而今天确定一个比较复杂的天然化合物的结构已变成研究生的科研训练课程，一般只需几个小时、几天、几周或几个月即可完成。这显然得益于波谱技术的发展和普及，同样重要的是一代又一代的天然有机化学家积累的波谱数据可供参考。 严格地说，UV和IR属于光谱，MS不是光谱而是物质粒子的质量谱，NMR属于波谱。早年习惯称“四大光谱”，为了方便起见，本编中统称为波谱法。 由于NMR技术在天然物结构测定中的重要地位，加之NMR技术解决天然产物结构问题的“多才多艺”，所以本编讨论的重点侧重于NMR方法。 第九章 天然产物结构测定方法概论 本篇内容是基于读者具有有机波谱学的基础知识和/或天然产物结构鉴定的初步经验，内容集中在天然产物结构测定的方法学方面，采用结构上有代表性的天然产物鉴定实例，以实际测定的多种图谱为素材来阐明结构测定的一般思路和方法。根据作者20多年来测定结构的体会，无论是单脉冲还是多脉冲NMR实验所得到的图谱通常是很明确易懂的，并不需要去深入了解这些实验的基础理论和脉冲序列的物理学原理，同样也不需要完全清楚电子跃迁（UV）和振动光谱（IR）的量子化学基础。读者如果有兴趣可参考有关方面的专著。本编内容不再重复“四大光谱”的基础知识，这方面已有很多种中文和英文教材可供参考，况且这些基础知识早已成为本科生和研究生的必修课程。采用的这些示例并不试图在结构上很复杂，但它们的谱学特征是有代表性的。也有一些复杂结构的例子，如连接6和7个糖的皂苷，对这些化合物，重点是介绍非常规的NMR技术在测定此类化合物中的应用，了解这些方法对测定比较复杂的天然物结构是十分有益的。 本篇中结构鉴定的例子所采用的大部分图谱与一些参考书的不同点在于这些图谱基本上都是近几年实际测定的图谱，也就是说为了反映实验室常规测试的实际情况，有些图谱我们没有刻意地将图谱进行优化，因此没有消除所有的假象信号，有些图谱中还存在由于样品不够纯而产生的杂质信号。有的常规测定的2DNMR图谱（如隐丹参酮的NOESY谱,见 图11-5），由于没有进行测定参数的优化，致使弱的相关峰缺失，这在日常图谱测定中是常见现象。这种图谱虽然不完美，但对于尚缺少经验的学者来说是有意义的，起码可以说明一些2DNMR图谱（如NOESY、TOCSY、HMBC、COLOC等）通常并非一次测定就可以达到满意的结果，这一点特别提请读者注意。 作者有意把所采用的NMR实验限制在实验室常规测定的一些技术项目内，并且这些技术已证明在波谱仪上不需要复杂的实验操作（比如需要多次优化实验参数）和不需要耗费太多的实验时间，同时图谱的解析也比较容易。作者期望能够证明，这些为数不多的基本实验在结构分析中具有巨大的潜力。除常规实验外，还介绍了更为复杂的NMR实验如HMQC-TOCSY等，事实证明这些NMR实验对解决复杂天然物结构具有强大的威力。 用波谱法鉴定天然化合物结构的过程中，在大多数情况下NMR技术的作用无论怎么强调都不过分，这已被天然有机化学家的经历所证实。读者可以随便查阅一些著名的天然产物化学杂志，如Phytochemistry，Planta Medica，Journal of Natural Products等，其中有关天然产物结构研究的论文约80%左右的篇幅是在用各种NMR技术论证结构。实际上UV和IR的作用在近20多年来已退居到很次要的地位。MS的作用尽管很重要，有时甚至很关键，如测定分子量和分子式，但总体来说还是不如NMR功能强大。一般来说常用的NMR实验有20种左右，但在现代NMR波谱仪上可使用的脉冲序列已达几百种之多，也就是说可以测定几百种图谱。一些比较复杂的多脉冲实验只是在解决特定的结构问题时才使用，读者可在需要使用时再深入学习或向有关专家请教。在第十一章的第六节 “甾体和三萜皂苷的结构鉴定技术”中介绍了几种比较复杂的NMR技术在结构鉴定中的应用。 用波谱法鉴定天然化合物结构需要的样品量。在进行天然物化学成分研究时，一般分离出来的单体都是微量的，其量的范围通常在几mg至几十mg之间。当样品量大于10mg时，测定多种图谱已足够了。建议先测定NMR，因为测定了NMR的样品可以回收。 当只有几个mg样品且样品来之不易时，测定前需要有一个细致的方案。比如样品量约为5mg， 取1～2mg 作为留样预防风险，其余3～4mg用于结构鉴定。根据研究者已获得的背景信息，如果该样品可能是已知化合物，测定1H、13CNMR和MS后，将样品回收再测定IR，与文献数据对照。按理，已知化合物鉴定的最方便的方法是找到对照样品和/或其IR图谱，可实际工作中对照品和对照IR图谱并非容易得到，文献中化合物的IR数据往往只报道几个最大吸收，这对鉴定一个化合物是不够的，因为用IR谱鉴定一个化合物要有图谱对照。如果可能是新化合物，尽可能不做燃烧分析而是采用高分辨MS来决定分子式和碎片离子的元素组成，因为测定MS所需样品量极微。完成各种先期必要的NMR图谱测定后，将样品暂时保留在样品管中，以备有疑问时进一步测定NMR，回收样品用来测定IR等。液体样品涂片测定IR后可用溶剂洗脱来回收，固体样品可从KBr 片中把样品回收。 作者曾用7mg二萜化合物进行酸催化重排反应(化学学报 1987,45,871)，由甲醇得2.2mg无色结晶，显微熔点仪测定m.p 257～259℃，然后测定EIMS和1HNMR，回收NMR样品管中的样品，测定IR,再回收KBr 片中的样品。将最后的不足2mg样品进行燃烧分析(只能做一组数据)。 当用 2～3mg 样品测定多种NMR图谱时，花费较长的测试时间是不可避免的。建议尽可能使用磁场较高的仪器（如500MHz、600 MHz、800 MHz），因为磁场越高，灵敏度越高，可大大缩短测试时间，同时对化学位移非常相近的峰也能得到满意的分辨，更有利于图谱的解析。 当一个具有特殊意义的样品只有1 mg左右或者更少时，由于样品量甚微会使工作有一定难度。特别是微克级样品的结构测定，其工作本身就有一定难度，除了尽可能使用高磁场NMR谱仪外，使用微量探头（microprobe）或超低温微量探头测定NMR图谱是可取的。当然使用高分辨MS同样是不可少的。如果混合物中有一系列微克级成分需要鉴定，使用LC-NMR和LC-MS技术应是一个不错的选择。使用LC-NMR技术分离鉴定将在本章第三节的（四）部分介绍。 摘自本人和共作者的<<天然有机化合物提取分离与结构鉴定>> 附件是蔗糖(in D2O)的1HNMR彩色图谱,供欣赏. |
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