核磁共振二维谱

本书作者赵天增教授是河南省科学院天然产物重点实验室主任，郑州大学化学系有机化学教授，多年来从事核磁共振波谱解析、有机化合物结构测定及天然产物化学研究。在复杂有机化合物结构解析方面积累了丰富的经验、也收藏了大量的实验谱图与数据，赵天增教授曾于上世纪八九十年代出版过《核磁共振氢谱》和《核磁共振碳谱》两本核磁解析的图书，成为业内的经典图书，服务了一代代学子。因仪器的发展，分辨率的提高和技术的进步，二维核磁技术逐渐受到研究人员的关注，但真正能够熟练运用二维核磁技术进行结构解析、定结构的人并不多，为此，编辑特邀请了老专家赵天增为我们传授知识，从二维核磁共振基本原理和基础知识开始普及，重点仍为技术的应用，怎样去定结构，这应该也是我们从事有机合成、药物合成、天然产物分离与结构鉴定的需要的基本技能吧。希望你们能够喜欢！ 

本书对核磁共振二维谱基础知识进行了较系统论述，重点介绍常用的核磁共振二维脉冲序列及其得到的核磁共振二维谱。为了使读者在解析核磁共振二维谱时便于理解，本书对许多核磁共振二维脉冲序列的原理用磁化强度矢量模型作了简单的解释和说明，但着重点仍是各种核磁共振二维谱的解析和应用。分两部分，*部分为核磁共振二维谱基础知识，第二部分为核磁共振二维谱应用举例，收集整理了100个具体的例子，包括特殊化合物如结构异构体、构型异构体、构象异构体等，以及天然产物，逐一讲解分析思路及至*终的结构确定。

赵天增，河南省科学院天然产物重点实验室，原河南省科学院化学研究所所长，教授，研究员，先后在北京大学化学系、中国医学科学院药物研究所、河南省药品检定所、河南省科学院化学研究所、河南省生物技术开发中心工作。1983年9月至1985年9月任河南省科学院化学研究所副所长，1985年9月至1997年12月任河南省科学院化学研究所所长，现任河南省生物技术开发中心首席技术顾问，河南省科学院天然产物重点实验室主任。兼任郑州大学、河南中医学院、河南科技大学教授。中国药品监督管理局审评专家、中国物理学会波谱专业委员会委员、《波谱学杂志》编委。1992年10月被国务院批准为国家有突出贡献专家、享受政府特殊津贴，1993年1月被河南省委、河南省人民政府命名为河南省优xiu专家，1993年12月被国务院学位委员会批准为郑州大学有机化学专业博士研究生导师。主要研究领域为核磁共振波谱解析，有机化合物结构测定及天然产物化学。主要研究方向为天然活性成分组及其配伍研究；天然产物核磁共振偶联指纹图谱研究；现代中药饮片研究。

部分　核磁共振二维谱基础

第1章  核磁共振二维谱的基本原理 2

1.1  核磁共振二维谱的定义 2

1.2  核磁共振二维谱的数学表达式 2

1.3  核磁共振二维谱有关的一些基本概念 3

1.3.1  自旋回波 3

1.3.2  极化和极化转移 6

1.3.3  相干和相干转移 8

1.3.4  自旋锁定 8

1.3.5  等频混合 9

1.3.6  多量子跃迁 10

1.4　核磁共振二维谱的实验时间分段 11

1.4.1  预备期 11

1.4.2  发展期 11

1.4.3  混合期 12

1.4.4  检测期 12

1.5　核磁共振二维谱的基本类型 13

1.5.1  二维分解谱 13

1.5.2  二维相关谱 13

1.6　核磁共振二维谱的图形 14

1.6.1  核磁共振二维谱的图形表示 14

1.6.2  核磁共振二维谱的共振峰类型 15

第2章  二维分解谱 17

2.1　同核二维H-H J分解谱 17

2.1.1  同核二维H-H J分解谱的脉冲序列分析 17

2.1.2  同核二维H-H J分解谱的特点 18

例1-1  D-蔗糖的二维H-H J分解谱 18

2.2　异核二维C-H J分解谱 20

2.2.1  异核二维C-H J分解谱的脉冲序列分析 20

2.2.2  异核二维C-H J分解谱的特点 21

例1-2  D-蔗糖的二维C-H J分解谱 21

第3章  二维化学位移相关谱 23

3.1  氢-氢相关谱 23

例1-3  feshurin中7-羟基香豆素结构单元的氢-氢相关谱
24

例1-4  槲皮素-3-O-吡喃鼠李糖基呋喃阿拉伯糖苷的H-H COSY谱 25

3.2  COSY-45（β-COSY） 27

例1-5  蔗糖的COSY-45 27

3.3  远程氢-氢相关谱 28

例1-6 
tricyclodecane的氢-氢相关谱及其远程氢-氢相关谱 28

3.4  氢-氢总相关谱 30

例1-7  linum
cerebroside的氢-氢总相关谱 31

例1-8  齐墩果酸型三萜六糖皂苷的氢-氢相关谱和氢-氢总相关谱 32

3.5  碳-氢相关谱 33

例1-9  8-乙酰山栀苷甲酯的碳-氢相关谱 37

3.6  远程碳-氢相关谱 38

例1-10 
balanophonin的COLOC 39

第4章  二维NOE谱和二维化学交换谱 42

4.1  核Overhauser 效应和交叉弛豫 42

4.2  同核二维NOE谱和二维化学交换谱的脉冲序列 45

4.3  同核二维NOE谱和二维化学交换谱举例 47

例1-11  feshurin的二维NOE谱 47

例1-12 
tamarixetin-3-O-α-L-ribopyranoside的二维化学交换谱 48

4.4  异核二维NOE谱 50

例1-13  α-山道年的异核二维NOE谱 50

第5章  二维多量子跃迁谱及其他 52

5.1  多量子跃迁产生 52

5.2  双量子相干相关谱 53

例1-14  士的宁的双量子相干相关谱 54

5.3  双量子滤波相关谱 55

例1-15  20(R)-人参皂苷-Rg3的双量子滤波相关谱 56

5.4  1H检测的异核多量子相干相关谱 57

5.4.1  HMQC 57

例1-16  ravidin B的HMQC 59

例1-17  雪胆素C的HMQC 60

5.4.2  HSQC 62

例1-18  feshurin的HSQC 64

5.5  1H检测的异核多键相关谱
65

例1-19  ravidin B的HMBC 66

例1-20  雪胆素C的HMBC 66

5.6  HMQC-TOCSY 67

例1-21  大叶吊兰苷A的HMQC-TOCSY 68

 

第二部分　核磁共振二维谱应用举例

例2-1  恩替卡韦钠的NMR数据解析 73

例2-2  替尼泊苷的NMR数据解析 75

例2-3  1个萘酚萘磺酸酯的NMR数据解析 79

例2-4  1个六氢喹啉衍生物的NMR数据解析 81

例2-5  1个二苯乙烯衍生物的NMR数据解析 84

例2-6  1个含芳基噻唑的糖基胍的NMR数据解析 87

例2-7  1个笼状β-碳苷酮衍生物的NMR数据解析及结构确证
89

例2-8  1个含C10高碳糖片段衍生物的NMR数据解析
91

例2-9  苦皮藤水解产物中2个β-二氢沉香呋喃倍半萜多醇的NMR数据解析 94

例2-10  1个双香豆蒽衍生物的NMR数据解析及结构确证 98

例2-11  2个缩水蔗糖衍生物的NMR数据解析及结构确证 100

例2-12  2个对氯苯氧基氯苯乙酮异构体的NMR数据解析 102

例2-13  马来酸罗格列酮的NMR数据解析 105

例2-14  免疫抑制剂FTY720的NMR数据解析 107

例2-15  硫酸头孢匹罗的NMR数据解析 109

例2-16  1个雄甾烷衍生物的NMR数据解析 112

例2-17  比卡鲁胺的NMR数据解析 116

例2-18  1个三环螺环化合物的NMR数据解析 119

例2-19  四氢小檗碱衍生物氟代四氢小檗碱的NMR数据解析 121

例2-20  地塞米松棕榈酸酯的NMR数据解析 125

例2-21  单甲酯亚磺酸帕珠沙星盐的NMR数据解析 129

例2-22  盐酸洛美利嗪的NMR数据解析 131

例2-23  盐酸氟西汀的NMR数据解析 133

例2-24  二嗪磷的NMR数据解析 135

例2-25  1个双苯并[d,g][1,3,2]-二氧磷杂八环的NMR数据解析 138

例2-26  1个喹啉-4-氨基磷酸酯衍生物的NMR数据解析
139

例2-27  1个哌啶醇的NMR数据解析 142

例2-28  美托拉宗构象异构体的NMR数据解析 144

例2-29  亚胺培南顺反异构体的NMR数据解析 146

例2-30  三尖杉碱中间体末端炔键的确证 149

例2-31  文冠果酮A的NMR数据解析及结构测定 151

例2-32  除虫菊酯Ⅰ的NMR数据解析 154

例2-33  瓜菊酯Ⅱ的NMR数据解析 157

例2-34  橄榄苦苷的NMR数据解析 160

例2-35  金花忍冬素的结构测定 164

例2-36  HMQC和HMBC在苯乙醇酯裂环环烯醚萜苷结构测定中的应用 166

例2-37  马钱素的NMR数据解析 168

例2-38  7α-莫诺苷和7β-莫诺苷的NMR数据解析与结构研究 171

例2-39  山茱萸新苷的NMR数据解析及结构测定 177

例2-40  白芍苷R1的NMR数据解析及结构测定 181

例2-41  苦皮素A的NMR数据解析和结构测定 184

例2-42  HMBC在β-二氢沉香呋喃倍半萜多醇酯结构测定中的应用 189

例2-43  苦皮种素Ⅱ、Ⅲ的NMR数据解析及结构测定 195

例2-44  H-H COSY在西北风毛菊素NMR数据解析中的应用 202

例2-45  没药中1个呋喃倍半萜的NMR数据解析及结构测定
205

例2-46  NOESY在地胆草倍半萜内酯化合物结构鉴定中的应用 208

例2-47  艾菊素的NMR数据解析 211

例2-48  表二氢羟基马桑毒素的NMR数据解析 214

例2-49  乌药烷型倍半萜内酯8β,9-dihydro-onoseriolide的NMR数据解析 216

例2-50 
jolkinolide A和B的NMR数据解析 219

例2-51 
sarcocrassolide B 的NMR数据解析及结构测定 223

例2-52 
neodiosbulbin的NMR数据解析及结构测定 228

例2-53  ravidin A的NMR数据解析及结构测定 233

例2-54  冬凌草甲素的NMR数据解析 238

例2-55  lasiodonin
acetonide的NMR数据解析 242

例2-56 
jianshirubesin A的NMR数据解析
247

例2-57 
7,9-dideacetyltaxayuntin的NMR数据解析 250

例2-58  14β-羟基巴卡亭Ⅵ的NMR数据解析 253

例2-59  罗汉果醇的NMR数据解析 258

例2-60  达玛烷-20(22),24-二烯-3β,6α,12β-三醇的NMR数据解析 263

例2-61  熊果酸的NMR数据解析 266

例2-62  齐墩果酸的NMR数据解析 271

例2-63 
triptohypol F的NMR数据解析
276

例2-64  路路通酮A的NMR数据解析和结构测定 281

例2-65  21β-羟基柴胡皂苷b2的NMR数据解析 287

例2-66  满树星苷Ⅰ的NMR数据解析 294

例2-67  canaric
acid的NMR数据解析 298

例2-68  川楝素的NMR数据解析 303

例2-69  金丝桃苷的NMR数据解析 309

例2-70  芦丁的NMR数据解析 312

例2-71  萹蓄苷和番石榴苷的NMR数据解析 315

例2-72  山柰苷和川藿苷A的NMR数据解析 319

例2-73  淫羊藿苷的NMR数据解析 324

例2-74  朝藿定C的NMR数据解析 329

例2-75  3”’-羰基-2”-β-L-奎诺糖基淫羊藿次苷Ⅱ及
3”’-羰基-2”-β-L-奎诺糖基淫羊藿苷的NMR数据解析及结构测定 334

例2-76  大豆异黄酮苷的NMR数据解析 340

例2-77  葛根素的NMR数据解析 343

例2-78  黄杞苷的NMR数据解析 346

例2-79  儿茶精和表儿茶精的NMR数据解析 349

例2-80  橙皮苷的NMR数据解析 353

例2-81  鱼藤酮的NMR数据解析 356

例2-82  白当归脑的NMR数据解析 359

例2-83  紫花前胡苷的NMR数据解析 361

例2-84  连翘苷的NMR数据解析 364

例2-85  五味子醇乙的NMR数据解析 368

例2-86  淫藿根木脂素的NMR数据解析及结构测定 371

例2-87  连翘酯苷A的NMR数据解析 376

例2-88  小叶丁香苷A的NMR数据解析及结构测定 380

例2-89  绿原酸的NMR数据解析 383

例2-90  丹酚酸B的NMR数据解析 387

例2-91  几个丹参酮的NMR数据解析 391

例2-92  甘西鼠尾新酮A的结构测定 396

例2-93  几个寡糖的NMR数据解析 401

例2-94  苦皮藤生物碱Ⅲ的NMR数据解析及结构测定 409

例2-95  几个百部生物碱的NMR数据解析 413

例2-96  几个吲哚里西丁类生物碱的NMR数据解析 419

例2-97  藜芦胺的NMR数据解析 425

例2-98  苦参碱的NMR数据解析 428

例2-99  秋水仙碱的NMR数据解析 431

例2-100  苦皮素碱A和苦皮素碱B的NMR数据解析及结构测定 434

参考文献 443

1971年，Jeener提出了二维傅里叶变换核磁共振（two dimensional-FTNMR，2D-FTNMR）测定新方法。当时这种新方法的重要性并未被理解，直到1974年才由Ernst等首次完成了二维傅里叶变换核磁共振实验，并于1976年将二维傅里叶变换核磁共振理论公式化发表。此后，在Ernst研究小组和Freeman研究小组不断努力下，研究并发展了多种新的二维傅里叶变换核磁共振测定方法。Ernst教授的大量且卓有成效的研究，对推动二维核磁共振的发展起了重要的作用，再加上他对脉冲傅里叶变换核磁共振的贡献，Ernst教授荣获了1991年诺贝尔化学奖。由二维傅里叶变换核磁共振技术测定的图谱叫核磁共振二维谱（two dimensional NMR spectra）。核磁共振二维谱可以看成是核磁共振一维谱的自然推广，它继承了一维谱的一些优点，更克服了一维谱的某些不足。由于核磁共振二维谱将化学位移、偶合常数等核磁共振数据在二维平面上展开，使本来在一维谱上重叠在一个频率坐标轴上的信号分散到两个独立的频率轴构成的二维平面上，既有利于图谱解析，更有利于检测出自旋核之间的各种相互作用，从而提供了众多的化学结构信息。引入一个新的维数必然会大大增加创造新实验的可能性，核磁共振二维谱现在已经发展成为核磁共振波谱的一个重要分支，它已广泛地应用到物理、化学、生物等学科的研究中，核磁共振二维谱的出现开创了核磁共振波谱学的新时期。核磁共振二维谱的发展实际上是各种二维多脉冲实验技术的发展。四十多年来，许多核磁共振二维脉冲序列已相当成熟。继《核磁共振氢谱》（北京大学出版社，1983）和《核磁共振碳谱》（河南科学技术出版社，1993）出版以来，作者曾先后在《天然药物化学研究》第3章（中国协和医科大学出版社，2006）和《天然产物研究方法和技术》第2章（化学工业出版社，2009）对核磁共振二维谱作了介绍，由于篇幅所限，不可能全面系统进行阐述（特别是实践例子的解析和应用）。本书对核磁共振二维谱基础知识进行了较系统论述，重点介绍常用的核磁共振二维脉冲序列及其得到的核磁共振二维谱。为了使读者在解析核磁共振二维谱时便于理解，本书对许多核磁共振二维脉冲序列的原理用磁化强度矢量模型作了简单的解释和说明，但着重点仍是各种核磁共振二维谱的解析和应用。本书的读者对象重点是具有一定核磁共振基本知识的从事有机化学、天然产物化学、药物化学等学科研究的科学技术工作者。核磁共振图谱在鉴定、测定有机化合物分子结构（特别是结构复杂的天然产物）方面具有独特的优势，它可以提供分子结构的取代基团、平面结构、立体结构、动态结构等大量信息，但是，如何认识并得到这些信息，必须对核磁共振图谱有深入的了解。能熟练解析核磁共振图谱让核磁共振技术在科学研究中发挥更大的作用，是本书的主要目的。本书分为两部分，部分介绍核磁共振二维谱基础，第二部分为核磁共振二维谱应用举例。本书在编著过程中承蒙河南省科学院领导的大力支持，本研究室的王志尧、马艳妮、陈玲、陈欣等同志帮助打印手稿。特致谢意。由于作者水平有限，错误和不当处，请读者批评指正。赵天增 河南省科学院天然产物重点实验室 2017年11月