二维核磁共振课件.ppt

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1、5.6二维核磁共振简介5.6.1二维核磁共振的基本原理一、二维谱图二维核磁共振谱（2DNMR）是20世纪70年代提出并发展起来的。一维NMR谱的信号是一个频率的函数，分布在一个频率（或磁场）横轴上，纵轴方向为信号强度，记为s（）。二维谱的信号是两个独立频率（或磁场）的函数，可记为S（1，2）共振信号分布在两个频率轴F1，F2组成的平面上。如图-1所示。也就是说二维谱是将化学位移、偶合常数等NMR参数在二维平面上展开，使得图谱解析和寻找核之间的相互作用更为容易。在一个2DNMR实验中，整个时间轴按其物理意义分割成四个区间：预备期(

2、td)→发展期(t1)→混合期(tm)→检测期(t2)。预备期(td)：预备期通常是一个较长的时期，它是为了使实验体系回到平衡状态。发展期(t1)：发展期的初期用一个或几个脉冲，使体系激发，使之处于非平衡状态。发展期时间t1是变化的。混合期(tm)：在此期间建立信号检测的条件。混合期不是必不可少，有可能不存在。检测期(t2)：在此期间检测作为t2函数的各种FID信号，它的初始相及振幅都受到t1函数的调制。2D　NMR的实验过程：二、2DNMR的分类2DNMR主要分为三大类：(1)　J分解谱（Jresolvedspectroscopy）

3、它是把重叠在一维谱上的化学位移和偶合常数分解在平面上，便于解析。又有同核和异核之分。(2)　化学位移相关谱(chemicalshiftcorrelationspectroscopy)化学位移相关谱是检测核自旋偶合相互作用的。它同样也有同核位移相关谱和异核位移相关谱。(3)　多量子谱(multiplequantumspectroscopy)通常测定的核磁共振谱为单量子跃迁（E=±1）。发生多量子跃迁时E为大于1的整数。用特定的脉冲序列可以检出多量子跃迁，从而得到多量子二维谱。三、二维NMR谱图的类型堆积图：是一种准三维立体图。两个频

4、率变量为二维，信号强度为第三维。这种图有立体感，能直观地显示谱峰信息，如图5-11(a)。但这种图使大峰后面的小峰被掩盖，画图很费时，故一般不用。平面等值线图：又叫平面等高线图。最中心圆圈表示峰的位置，圆圈的数目表示峰的强度。截面图：只记录2DNMR全谱的某个剖面，剖面常与一个频率。轴平行或成45。。如图4-5-1(c)所示。积分投影图：是一维形式的图，是对垂直于投影轴的剖面上信号强度进行积分得到。图5-11(a)2DJ1H-NMR图51-1(b)图5-11(c)2DJ1H-NMR（360MHz，CDCl3）5.6.2　2DJ分解谱与

5、一维谱比较，二维谱并不增加信息量，而是把一维谱的信号按一定规律在一个二维平面上展开。即在F1轴（一般为纵轴）上显示偶合信息，从图上得到偶合常数（JHH，JCH），F2轴（一般为横轴）上显示化学位移（δH，δC），从而使图谱比一维谱容易解析。二维J分解谱又可分为同核J分解谱和异核J分解谱。（1）1H同核二维J分解谱同核二维J分解谱是采用自旋回波技术将1HNMR中重迭密集的谱线多重峰结构展开在一个二维平面上，可将化学位移与偶合常数分别在F1、F2两个轴上给出。图5-12为A2X3体系的1H、1H同核二维J分解谱，在F1轴上可得到J偶合信息

6、，而在F2轴上是化学位移和JHH同时出现。如A2部分的质子为四个峰，X3部分为三重峰，它们的连线分别与F1轴成45°交角，斜率为1。如A2的四个峰，其在F2轴上的投影见图5-12下部。若人为地用计算机将图倾斜45°，此时A2或X3的四重峰、三重峰的连线都与F1轴平行而与F2轴垂直。此时图的F1轴显示偶合裂分，而F2轴就成了质子宽带去偶谱，只呈现质子的位移值。A2和X3在F2轴上的投影都为单峰。图5-12　A2X3体系1H同核二维J分解谱图同核2DJ分解谱是最早开发的2DNMR技术之一。对于许多具有复杂质子自旋偶合系统的化合物，由于偶合

7、裂分相互重叠不易解析。利用J分解谱，使重叠的信号分离，从而使各质子的化学位移和偶合裂分得到较好的解析。例如，反式丙烯酸乙酯的H－HJ分解谱。（2）异核碳、氢二维J分解谱异核二维J分解谱是指被测定的核的化学位移为一维，该种核与另一种核之间偶合的多重峰裂分为另一维的分解谱。异核13C，1H2DJ分解核磁共振谱的F2轴为13C化学位移，F1轴为质子与13C的偶合。由于使用的脉冲序列不同，可以得到几种图谱。应用最多的为门控去偶13C，1HJ分解2DNMR。此时F2轴为13C的化学位移。F1轴为JCH偶合的多重峰，裂距为1/2JCH。出峰情况是

8、季碳为单峰，CH为二重峰，CH2为三重峰，CH3为四重峰。图5-14为反式丙烯酸乙酯的1H、13C异核二维J分解谱，碳化学位移及碳上的质子与其的偶合皆可看清，由此还可判断碳上质子个数。图4-5-4　反式丙烯酸乙酯异核二维