核磁共振指的是H在一定外磁場(chǎng)作用下吸收能量,發(fā)生“共振”的現(xiàn)象。
橫坐標(biāo)指的是外磁場(chǎng)變化頻率,縱坐標(biāo)和H在某頻率下吸收的總能量對(duì)應(yīng)。 峰的高度應(yīng)該沒什么意義,其個(gè)數(shù)和基團(tuán)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
基團(tuán)結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單,緊鄰的一組峰個(gè)數(shù)就越少。 就好比用手把兩個(gè)重物從地上全部或部分搬到桌子上,如果二者重量相等,那么耗費(fèi)的功就只有三種情況;如果二者重量不等,則有四種。
重物的數(shù)量和重量分布有變化,做功大小的可能性也就越復(fù)雜。 具體數(shù)值忘記了。
不過(guò)似乎應(yīng)該是以某種化學(xué)物質(zhì)為基準(zhǔn),向其兩邊偏離十幾、幾十赫茲的樣子。
磁共振(NMR,Nuclear Magnetic Resonance)是基于原子尺度的量子磁物理性質(zhì)。
具有奇數(shù)質(zhì)子或中子的核子,具有內(nèi)在的性質(zhì):核自旋,自旋角動(dòng)量。核自旋產(chǎn)生磁矩。
NMR觀測(cè)原子的方法,是將樣品置于外加強(qiáng)大的磁場(chǎng)下,現(xiàn)代的儀器通常采用低溫超導(dǎo)磁鐵。核自旋本身的磁場(chǎng),在外加磁場(chǎng)下重新排列,大多數(shù)核自旋會(huì)處于低能態(tài)。
我們額外施加電磁場(chǎng)來(lái)干涉低能態(tài)的核自旋轉(zhuǎn)向高能態(tài),再回到平衡態(tài)便會(huì)釋放出射頻,這就是NMR譜圖。利用這樣的過(guò)程,我們可以進(jìn)行分子科學(xué)的研究,如分子結(jié)構(gòu),動(dòng)態(tài)等。
介紹一個(gè)NMR圖譜網(wǎng)站,WebSpectra :ic Resonance)為代號(hào)。
1.原子核的自旋 核磁共振主要是由原子核的自旋運(yùn)動(dòng)引起的。不同的原子核,自旋運(yùn)動(dòng)的情況不同,它們可以用核的自旋量子數(shù)I來(lái)表示。
自旋量子數(shù)與原子的質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)之間存在一定的關(guān)系,大致分為三種情況,見表8-1。 I為零的原子核可以看作是一種非自旋的球體,I為1/2的原子核可以看作是一種電荷分布均勻的自旋球體,1H,13C,15N,19F,31P的I均為1/2,它們的原子核皆為電荷分布均勻的自旋球體。
I大于1/2的原子核可以看作是一種電荷分布不均勻的自旋橢圓體。 2.核磁共振現(xiàn)象 原子核是帶正電荷的粒子,不能自旋的核沒有磁矩,能自旋的核有循環(huán)的電流,會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),形成磁矩(μ)。
式中,P是角動(dòng)量,γ是磁旋比,它是自旋核的磁矩和角動(dòng)量之間的比值, 當(dāng)自旋核處于磁場(chǎng)強(qiáng)度為H0的外磁場(chǎng)中時(shí),除自旋外,還會(huì)繞H0運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)情況與陀螺的運(yùn)動(dòng)情況十分相象,稱為進(jìn)動(dòng),見圖8-1。 自旋核進(jìn)動(dòng)的角速度ω0與外磁場(chǎng)強(qiáng)度H0成正比,比例常數(shù)即為磁旋比γ。
式中v0是進(jìn)動(dòng)頻率。 微觀磁矩在外磁場(chǎng)中的取向是量子化的,自旋量子數(shù)為I的原子核在外磁場(chǎng)作用下只可能有2I 1個(gè)取向,每一個(gè)取向都可以用一個(gè)自旋磁量子數(shù)m來(lái)表示,m與I之間的關(guān)系是: m=I,I-1,I-2…-I 原子核的每一種取向都代表了核在該磁場(chǎng)中的一種能量狀態(tài),其能量可以從下式求出: 向排列的核能量較低,逆向排列的核能量較高。
它們之間的能量差為△E。一個(gè)核要從低能態(tài)躍遷到高能態(tài),必須吸收△E的能量。
讓處于外磁場(chǎng)中的自旋核接受一定頻率的電磁波輻射,當(dāng)輻射的能量恰好等于自旋核兩種不同取向的能量差時(shí),處于低能態(tài)的自旋核吸收電磁輻射能躍遷到高能態(tài)。這種現(xiàn)象稱為核磁共振,簡(jiǎn)稱NMR。
目前研究得最多的是1H的核磁共振,13C的核磁共振近年也有較大的發(fā)展。1H的核磁共振稱為質(zhì)磁共振(Proton Magnetic Resonance),簡(jiǎn)稱PMR,也表示為1H-NMR。
13C核磁共振(Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance)簡(jiǎn)稱CMR,也表示為13C-NMR。 3。
1H的核磁共振 飽和與弛豫 1H的自旋量子數(shù)是I=1/2,所以自旋磁量子數(shù)m=±1/2,即氫原子核在外磁場(chǎng)中應(yīng)有兩種取向。見圖8-2。
1H的兩種取向代表了兩種不同的能級(jí), 因此1H發(fā)生核磁共振的條件是必須使電磁波的輻射頻率等于1H的進(jìn)動(dòng)頻率,即符合下式。 核吸收的輻射能大? 式(8-6)說(shuō)明,要使v射=v0,可以采用兩種方法。
一種是固定磁場(chǎng)強(qiáng)度H0,逐漸改變電磁波的輻射頻率v射,進(jìn)行掃描,當(dāng)v射與H0匹配時(shí),發(fā)生核磁共振。 另一種方法是固定輻射波的輻射頻率v射,然后從低場(chǎng)到高場(chǎng),逐漸改變磁場(chǎng)強(qiáng)度H0,當(dāng)H0與v射匹配時(shí),也會(huì)發(fā)生核磁共振。
這種方法稱為掃場(chǎng)。一般儀器都采用掃場(chǎng)的方法。
在外磁場(chǎng)的作用下,1H傾向于與外磁場(chǎng)取順向的排列,所以處于低能態(tài)的核數(shù)目比處于高能態(tài)的核數(shù)目多,但由于兩個(gè)能級(jí)之間能差很小,前者比后者只占微弱的優(yōu)勢(shì)。 1H-NMR的訊號(hào)正是依靠這些微弱過(guò)剩的低能態(tài)核吸收射頻電磁波的輻射能躍遷到高能級(jí)而產(chǎn)生的。
如高能態(tài)核無(wú)法返回到低能態(tài),那末隨著躍遷的不斷進(jìn)行,這種微弱的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步減弱直至消失,此時(shí)處于低能態(tài)的1H核數(shù)目與處于高能態(tài)1H核數(shù)目相等,與此同步,PMR的訊號(hào)也會(huì)逐漸減弱直至最后消失。 上述這種現(xiàn)象稱為飽和。
1H核可以通過(guò)非輻射的方式從高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軕B(tài),這種過(guò)程稱為弛豫,因此,在正常測(cè)試情況下不會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。弛豫的方式有兩種,處于高能態(tài)的核通過(guò)交替磁場(chǎng)將能量轉(zhuǎn)移給周圍的分子,即體系往環(huán)境釋放能量,本身返回低能態(tài),這個(gè)過(guò)程稱為自旋晶格弛豫。
其速率用1/T2表示,T2稱為自旋晶格弛豫時(shí)間。自旋晶格弛豫降低了磁性核的總體能量,又稱為縱向弛豫。
兩個(gè)處在一定距離內(nèi),進(jìn)動(dòng)頻率相同、進(jìn)動(dòng)取向不同的核互相作用,交換能量,改變進(jìn)動(dòng)方向的過(guò)程稱為自旋-自旋弛豫。其速率用1/T2表示,T2稱為自旋-自旋弛豫時(shí)間。
自旋-自旋弛豫未降低磁性核的總體能量,又稱為橫向弛豫。 4。
13C的核磁共振 豐度和靈敏度 天然豐富的12C的I為零,沒有核磁共振信號(hào)。13C的I為1/2,有核磁共振信號(hào)。
通常說(shuō)的碳譜就是13C核磁共振譜。 由于13C與1H的自旋量子數(shù)相同,所以13C的核磁共振原理與1H相同。
將數(shù)目相等的碳原子和氫原子放在外磁場(chǎng)強(qiáng)度、溫度都相同的同一核磁共振儀中測(cè)定,碳的核磁共振信號(hào)只有氫的1/6000,這說(shuō)明不同原子核在同一磁場(chǎng)中被檢出的靈敏度差別很大。 13C的天然豐度只有12C的1。
108%。由于被檢靈敏度小,豐度又低,因此檢測(cè)13C比檢測(cè)1H在技術(shù)上有更多的困難。
表8-2是幾個(gè)自旋量子數(shù)為1/2的原子核的天然豐度。 5。
核磁共振儀 目前使用的核磁共振儀有連續(xù)波(CN)及脈沖傅里葉(PFT)變換兩種形式。 連續(xù)波核磁共振儀主要由磁鐵、射頻發(fā)射器、檢測(cè)器和放大器、記錄儀等組成(見圖8-5)。
磁鐵用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng),主要有三種:永久磁鐵,磁場(chǎng)強(qiáng)度14000G,頻率60MHz;電磁鐵,磁場(chǎng)強(qiáng)度23500G,頻率100MHz;超導(dǎo)磁鐵,頻率可達(dá)200MHz以上,最高可達(dá)500~600MHz。 頻率大的儀器,分辨率好、靈敏度高。
核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技術(shù)。
是繼CT后醫(yī)學(xué)影像學(xué)的又一重大進(jìn)步。自80年代應(yīng)用以來(lái),它以極快的速度得到發(fā)展。
其基本原理:是將人體置于特殊的磁場(chǎng)中,用無(wú)線電射頻脈沖激發(fā)人體內(nèi)氫原子核,引起氫原子核共振,并吸收能量。在停止射頻脈沖后,氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號(hào),并將吸收的能量釋放出來(lái),被體外的接受器收錄,經(jīng)電子計(jì)算機(jī)處理獲得圖像,這就叫做核磁共振成像。
磁矩是由許多原子核所具有的內(nèi)部角動(dòng)量或自旋引起的,自1940年以來(lái)研究磁矩的技術(shù)已得到了發(fā)展。物理學(xué)家正在從事的核理論的基礎(chǔ)研究為這一工作奠定了基礎(chǔ)。
1933年,G·O·斯特恩(Stern)和I·艾斯特曼(Estermann)對(duì)核粒子的磁矩進(jìn)行了第一次粗略測(cè)定。 美國(guó)哥倫比亞的I·I·拉比(Rabi生于1898年)的實(shí)驗(yàn)室在這個(gè)領(lǐng)域的研究中獲得了進(jìn)展。
這些研究對(duì)核理論的發(fā)展起了很大的作用。當(dāng)受到強(qiáng)磁場(chǎng)加速的原子束加以一個(gè)已知頻率的弱振蕩磁場(chǎng)時(shí)原子核就要吸收某些頻率的能量,同時(shí)躍遷到較高的磁場(chǎng)亞層中。
通過(guò)測(cè)定原子束在頻率逐漸變化的磁場(chǎng)中的強(qiáng)度,就可測(cè)定原子核吸收頻率的大小。這種技術(shù)起初被用于氣體物質(zhì),后來(lái)通過(guò)斯坦福的F。
布絡(luò)赫(Bloch生于1905年)和哈佛大學(xué)的E·M·珀塞爾(Puccell生于1912年)的工作擴(kuò)大應(yīng)用到液體和固體。 布絡(luò)赫小組第一次測(cè)定了水中質(zhì)子的共振吸收,而珀塞爾小組第一次測(cè)定了固態(tài)鏈烷烴中質(zhì)子的共振吸收。
自從1946年進(jìn)行這些研究以來(lái),這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)迅速得到了發(fā)展。物理學(xué)家利用這門技術(shù)研究原子核的性質(zhì),同時(shí)化學(xué)家利用它進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的鑒定和分析工作,以及研究絡(luò)合物、受阻轉(zhuǎn)動(dòng)和固體缺陷等方面。
1949年,W·D·奈特證實(shí),在外加磁場(chǎng)中某個(gè)原子核的共振頻率有時(shí)由該原子的化學(xué)形式?jīng)Q定。比如,可看到乙醇中的質(zhì)子顯示三個(gè)獨(dú)立的峰,分別對(duì)應(yīng)于CH3、CH2和OH鍵中的幾個(gè)質(zhì)子。
這種所謂化學(xué)位移是與價(jià)電子對(duì)外加磁場(chǎng)所起的屏蔽效應(yīng)有關(guān)。(1)70年代以來(lái)核磁共振技術(shù)在有機(jī)物的結(jié)構(gòu),特別是天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的闡明中起著極為重要的作用。
目前,利用化學(xué)位移、裂分常數(shù)、H—′HCosy譜等來(lái)獲得有機(jī)物的結(jié)構(gòu)信息已成為常規(guī)測(cè)試手段。近20年來(lái)核磁共振技術(shù)在譜儀性能和測(cè)量方法上有了巨大的進(jìn)步。
在譜儀硬件方面,由于超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展,磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度平均每5年提高1。5倍,到80年代末600兆周的譜儀已開始實(shí)用,由于各種先進(jìn)而復(fù)雜的射頻技術(shù)的發(fā)展,核磁共振的激勵(lì)和檢測(cè)技術(shù)有了很大的提高。
此外,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,不僅能對(duì)激發(fā)核共振的脈沖序列和數(shù)據(jù)采集作嚴(yán)格而精細(xì)的控制,而且能對(duì)得到的大量的數(shù)據(jù)作各種復(fù)雜的變換和處理。在譜儀的軟件方面最突出的技術(shù)進(jìn)步就是二維核磁共振(2D—NMR)方法的發(fā)展。
它從根本上改變了NMR技術(shù)用于解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題的方式,大大提高了NMR技術(shù)所提供的關(guān)于分子結(jié)構(gòu)信息的質(zhì)和量,使NMR技術(shù)成為解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題的最重要的物理方法。 ①2D—NMR技術(shù)能提供分子中各種核之間的多種多樣的相關(guān)信息,如核之間通過(guò)化學(xué)鍵的自旋偶合相關(guān),通過(guò)空間的偶極偶合(NOE)相關(guān),同種核之間的偶合相關(guān),異種核之間的偶合相關(guān),核與核之間直接的相關(guān)和遠(yuǎn)程的相關(guān)等。
根據(jù)這些相關(guān)信息,就可以把分子中的原子通過(guò)化學(xué)鍵或空間關(guān)系相互連接,這不僅大大簡(jiǎn)化了分子結(jié)構(gòu)的解析過(guò)程,并且使之成為直接可靠的邏輯推理方法。 ②2D—NMR的發(fā)展,不僅大大提高了大量共振信號(hào)的分離能力,減少了共振信號(hào)間的重疊,并且能提供許多1D—NMR波譜無(wú)法提供的結(jié)構(gòu)信息,如互相重疊的共振信號(hào)中每一組信號(hào)的精細(xì)裂分形態(tài),準(zhǔn)確的耦合常數(shù),確定耦合常數(shù)的符號(hào)和區(qū)分直接和遠(yuǎn)程耦合等。
③運(yùn)用2D—NMR技術(shù)解析分子結(jié)構(gòu)的過(guò)程就是NMR信號(hào)的歸屬過(guò)程,解析過(guò)程的完成也就同時(shí)完成了NMR信號(hào)的歸屬。完整而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)歸屬不僅為分子結(jié)構(gòu)測(cè)定的可靠性提供了依據(jù),而且為復(fù)雜生物大分子的溶液高次構(gòu)造的測(cè)定奠定了基礎(chǔ)。
④2D—NMR的發(fā)展導(dǎo)致了雜核(X—NMR),特別是13C—NMR譜的廣泛研究和利用。雜核大多是低豐度,低靈敏度核種,由于靈敏度低和難以信號(hào)歸屬,以往利用不多。
但X—NMR譜包含有大量的有用結(jié)構(gòu)信息,新穎的異核相關(guān)譜(HET—Cosy)提供的異核之間的相關(guān)信息(如H—C,C—C,H—P,H—N)不僅為這些雜核的信號(hào)歸屬提供了依據(jù),而且能提供H—NMR所不能提供的重要結(jié)構(gòu)信息。 ⑤2D—NMR技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了NOE的研究和應(yīng)用的發(fā)展。
NOE反映了核與核在空間的相互接近關(guān)系,因此它不僅能提供核與核之間(或質(zhì)子自旋耦合鏈之間)通過(guò)空間的連接關(guān)系,而且能用來(lái)研究核在空間的相互排布即分子的構(gòu)型和構(gòu)象問題。 2D—NMR技術(shù)由于其突出的優(yōu)點(diǎn)和巨大的潛力,在譜儀硬件能夠滿足2D—NMR實(shí)驗(yàn)(即進(jìn)入80年代)以后的短短幾年時(shí)間內(nèi),已有1000余篇論文和數(shù)十種評(píng)論和專著出現(xiàn)。
(2)NMR中新的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用幾乎每天都在出現(xiàn),NMR技術(shù)本身今后將繼續(xù)就如何得到更多的相關(guān)信息,簡(jiǎn)化圖譜,改善和提高檢測(cè)靈敏度等幾方面進(jìn)行發(fā)展,其中最。
一級(jí)圖譜比較簡(jiǎn)單,可以直接根據(jù)上面所述幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行剖析,但解剖的順序可以根據(jù)實(shí) 際情況靈活掌握。
高級(jí)圖譜的譜線一般都很復(fù)雜,難以直接剖析,為了便于解剖,最好在剖析前, 先采用合理的方法簡(jiǎn)化圖譜a簡(jiǎn)化圖譜常用的方法請(qǐng)參閱有關(guān)專著。 去偶處理13C的核磁共振原理與1H的核磁共振原理相同,因此13C與直接相連的氫核也會(huì)發(fā)生偶合作用。
由于有機(jī)分子大都存在碳?xì)滏I,從而使裂分譜線彼此交疊,譜圖變得復(fù)雜而難以辨認(rèn),只有通過(guò)去偶處理,才能使譜圖變得清晰可辨。最常用的去偶法是質(zhì)子(噪聲)去偶法。
該法采用雙照射法,照射場(chǎng)(H2)的功率包括所有處于各種化學(xué)環(huán)境中氫的共振頻率,因此能將13C與所有氧核的偶合作用消除,使只含C、H、O、N的普通有機(jī)化合物的13C-NMR譜圖中,13C的信號(hào)都變成單峰,即所有不等性的13C核都有自己的獨(dú)立信號(hào)。 因此,該法能識(shí)別分子中不等性的碳核。
下圖是丙酮的13C譜。(a)是偶合譜,(b)是質(zhì)子去偶譜。
在偶合譜中,羰基碳(δ=206。7)與六個(gè)氫發(fā)生二鍵偶合,裂分成七重峰,α碳(δ=30。
7)與三個(gè)氫發(fā)生一鍵偶合,裂分成四重峰。在質(zhì)子去偶譜中,羰基碳和α碳的裂分峰均變成了單峰。
丙酮有兩個(gè)相同的α碳和一個(gè)羰基碳,α碳的峰強(qiáng)度較羰基碳的峰強(qiáng)度大。質(zhì)子(噪聲)去偶碳譜就是通常說(shuō)的碳譜,又稱為寬帶去偶碳譜,用13C{H}表示。
核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技術(shù)。
是繼CT后醫(yī)學(xué)影像學(xué)的又一重大進(jìn)步。自80年代應(yīng)用以來(lái),它以極快的速度得到發(fā)展。
其基本原理:是將人體置于特殊的磁場(chǎng)中,用無(wú)線電射頻脈沖激發(fā)人體內(nèi)氫原子核,引起氫原子核共振,并吸收能量。在停止射頻脈沖后,氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號(hào),并將吸收的能量釋放出來(lái),被體外的接受器收錄,經(jīng)電子計(jì)算機(jī)處理獲得圖像,這就叫做核磁共振成像。
磁矩是由許多原子核所具有的內(nèi)部角動(dòng)量或自旋引起的,自1940年以來(lái)研究磁矩的技術(shù)已得到了發(fā)展。物理學(xué)家正在從事的核理論的基礎(chǔ)研究為這一工作奠定了基礎(chǔ)。
1933年,G·O·斯特恩(Stern)和I·艾斯特曼(Estermann)對(duì)核粒子的磁矩進(jìn)行了第一次粗略測(cè)定。美國(guó)哥倫比亞的I·I·拉比(Rabi生于1898年)的實(shí)驗(yàn)室在這個(gè)領(lǐng)域的研究中獲得了進(jìn)展。
這些研究對(duì)核理論的發(fā)展起了很大的作用。 當(dāng)受到強(qiáng)磁場(chǎng)加速的原子束加以一個(gè)已知頻率的弱振蕩磁場(chǎng)時(shí)原子核就要吸收某些頻率的能量,同時(shí)躍遷到較高的磁場(chǎng)亞層中。
通過(guò)測(cè)定原子束在頻率逐漸變化的磁場(chǎng)中的強(qiáng)度,就可測(cè)定原子核吸收頻率的大小。這種技術(shù)起初被用于氣體物質(zhì),后來(lái)通過(guò)斯坦福的F.布絡(luò)赫(Bloch生于1905年)和哈佛大學(xué)的E·M·珀塞爾(Puccell生于1912年)的工作擴(kuò)大應(yīng)用到液體和固體。
布絡(luò)赫小組第一次測(cè)定了水中質(zhì)子的共振吸收,而珀塞爾小組第一次測(cè)定了固態(tài)鏈烷烴中質(zhì)子的共振吸收。自從1946年進(jìn)行這些研究以來(lái),這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)迅速得到了發(fā)展。
物理學(xué)家利用這門技術(shù)研究原子核的性質(zhì),同時(shí)化學(xué)家利用它進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的鑒定和分析工作,以及研究絡(luò)合物、受阻轉(zhuǎn)動(dòng)和固體缺陷等方面。1949年,W·D·奈特證實(shí),在外加磁場(chǎng)中某個(gè)原子核的共振頻率有時(shí)由該原子的化學(xué)形式?jīng)Q定。
比如,可看到乙醇中的質(zhì)子顯示三個(gè)獨(dú)立的峰,分別對(duì)應(yīng)于CH3、CH2和OH鍵中的幾個(gè)質(zhì)子。這種所謂化學(xué)位移是與價(jià)電子對(duì)外加磁場(chǎng)所起的屏蔽效應(yīng)有關(guān)。
(1)70年代以來(lái)核磁共振技術(shù)在有機(jī)物的結(jié)構(gòu),特別是天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的闡明中起著極為重要的作用。目前,利用化學(xué)位移、裂分常數(shù)、H—′HCosy譜等來(lái)獲得有機(jī)物的結(jié)構(gòu)信息已成為常規(guī)測(cè)試手段。
近20年來(lái)核磁共振技術(shù)在譜儀性能和測(cè)量方法上有了巨大的進(jìn)步。在譜儀硬件方面,由于超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展,磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度平均每5年提高1.5倍,到80年代末600兆周的譜儀已開始實(shí)用,由于各種先進(jìn)而復(fù)雜的射頻技術(shù)的發(fā)展,核磁共振的激勵(lì)和檢測(cè)技術(shù)有了很大的提高。
此外,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,不僅能對(duì)激發(fā)核共振的脈沖序列和數(shù)據(jù)采集作嚴(yán)格而精細(xì)的控制,而且能對(duì)得到的大量的數(shù)據(jù)作各種復(fù)雜的變換和處理。在譜儀的軟件方面最突出的技術(shù)進(jìn)步就是二維核磁共振(2D—NMR)方法的發(fā)展。
它從根本上改變了NMR技術(shù)用于解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題的方式,大大提高了NMR技術(shù)所提供的關(guān)于分子結(jié)構(gòu)信息的質(zhì)和量,使NMR技術(shù)成為解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題的最重要的物理方法。 ①2D—NMR技術(shù)能提供分子中各種核之間的多種多樣的相關(guān)信息,如核之間通過(guò)化學(xué)鍵的自旋偶合相關(guān),通過(guò)空間的偶極偶合(NOE)相關(guān),同種核之間的偶合相關(guān),異種核之間的偶合相關(guān),核與核之間直接的相關(guān)和遠(yuǎn)程的相關(guān)等。
根據(jù)這些相關(guān)信息,就可以把分子中的原子通過(guò)化學(xué)鍵或空間關(guān)系相互連接,這不僅大大簡(jiǎn)化了分子結(jié)構(gòu)的解析過(guò)程,并且使之成為直接可靠的邏輯推理方法。 ②2D—NMR的發(fā)展,不僅大大提高了大量共振信號(hào)的分離能力,減少了共振信號(hào)間的重疊,并且能提供許多1D—NMR波譜無(wú)法提供的結(jié)構(gòu)信息,如互相重疊的共振信號(hào)中每一組信號(hào)的精細(xì)裂分形態(tài),準(zhǔn)確的耦合常數(shù),確定耦合常數(shù)的符號(hào)和區(qū)分直接和遠(yuǎn)程耦合等。
③運(yùn)用2D—NMR技術(shù)解析分子結(jié)構(gòu)的過(guò)程就是NMR信號(hào)的歸屬過(guò)程,解析過(guò)程的完成也就同時(shí)完成了NMR信號(hào)的歸屬。完整而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)歸屬不僅為分子結(jié)構(gòu)測(cè)定的可靠性提供了依據(jù),而且為復(fù)雜生物大分子的溶液高次構(gòu)造的測(cè)定奠定了基礎(chǔ)。
④2D—NMR的發(fā)展導(dǎo)致了雜核(X—NMR),特別是13C—NMR譜的廣泛研究和利用。雜核大多是低豐度,低靈敏度核種,由于靈敏度低和難以信號(hào)歸屬,以往利用不多。
但X—NMR譜包含有大量的有用結(jié)構(gòu)信息,新穎的異核相關(guān)譜(HET—Cosy)提供的異核之間的相關(guān)信息(如H—C,C—C,H—P,H—N)不僅為這些雜核的信號(hào)歸屬提供了依據(jù),而且能提供H—NMR所不能提供的重要結(jié)構(gòu)信息。 ⑤2D—NMR技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了NOE的研究和應(yīng)用的發(fā)展。
NOE反映了核與核在空間的相互接近關(guān)系,因此它不僅能提供核與核之間(或質(zhì)子自旋耦合鏈之間)通過(guò)空間的連接關(guān)系,而且能用來(lái)研究核在空間的相互排布即分子的構(gòu)型和構(gòu)象問題。 2D—NMR技術(shù)由于其突出的優(yōu)點(diǎn)和巨大的潛力,在譜儀硬件能夠滿足2D—NMR實(shí)驗(yàn)(即進(jìn)入80年代)以后的短短幾年時(shí)間內(nèi),已有1000余篇論文和數(shù)十種評(píng)論和專著出現(xiàn)。
(2)NMR中新的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用幾乎每天都在出現(xiàn),NMR技術(shù)本身今后將繼續(xù)就如何得到更多的相關(guān)信息,簡(jiǎn)化圖譜,改善和提高檢測(cè)靈敏度等幾方面進(jìn)行發(fā)展,其中最。
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