tcxuefeng
第13楼2012/06/18
H-C HSQC
在得到了氢谱和碳谱信息之后,如何将他们关联起来成了一个主要的问题:较碳谱而言,氢谱能给出相邻核之间的耦合值,因此在归属上能够给出更明确的信息;而与氢谱比较,碳谱因为谱宽分布大的多,因此当氢谱中由于化学位移相近而严重重叠时,往往能够在碳谱一维得到很好的区分。而有一种实验能够将两者完美的关联在一起,令人兴奋的是,这一实验是成功率最高的二维实验之一,同时他所需要的时间极短,往往在5-10分钟内就能得到很好的结果。如此实用的一个实验,没有理由不记住它的名字:HSQC
上图即是这一化合物的HSQC谱图。作为本帖出现的第一个二维谱图,HSQC开了个好头:如图所示,它的结果是明确和令人愉悦的。横的一维称作F2维又叫直接维,从下面的坐标范围可以清楚的看到,它描述的是氢维度的信息,顶部的氢谱明确了H各个峰的位置(顶部谱图是单独做了氢谱后载入的,单纯的HSQC实验给出的投影往往没有这么好);而纵向的维度称为F1维又叫间接维,它描述的是碳谱的信息。由于这一维度并不是由采样直接获得,因此分辨率一般较差(与提高F2维分辨率相比,间接维的分辨率提升需要付出更多的实验时间)。好在碳谱不差分辨率。正如图中所看到的那样,图中的信号往横和纵两个方向可以分别在氢谱和碳谱上找到对应的峰,而碳和与之直接相连的氢也就因此关联了起来。正如红色线段所标示的那样,H14和C14的关系出现在了它最应该出现的位置。而再花上不到1分钟的时间,我们就可以将所有H和C“绑定”在了一起。
这里我想插一句的是,在很多教材上,有一个与之相类似的实验HMQC。某种程度上,可以认为HSQC是HMQC的某种进化,两者在解谱上面没有任何区别。一般而言,当你的仪器性能比较正常的时候,HSQC比HMQC的分辨率要好一些。但HMQC的优势在于它的脉冲序列更为简单:因此如果核磁谱仪非常老,或者脉冲角度不太准的时候,HMQC的图也许好一些;但大部分情况下,如果你看文献上面是HMQC实验而核磁操作人员给你出的是HSQC的谱图,并没有什么问题。
讲到这里,大家也许会奇怪。既然HSQC能够同时给出H谱和C谱的信息,那理论上它的实验时间至少应该和C谱相当,为什么它所花费的采样时间却远低于碳谱呢?其实,这才是HSQC的魅力所在!已知H的旋磁比是C13的4倍,由于核磁信噪比正比于旋磁比的5/2次方,而这一实验从激发到采样都只和H有关,那么从理论上这一增强即是32倍——这还是相当可观的。这一技术被称作反向检测,被广泛应用在许多二维实验中,今后会大量遇到,尤其是在一些比C丰度更小,旋磁比更低的核(如N15)上,HSQC实验能使在短时间内对N核的检测从不可能变为可能。这一部分我将在之后细说。
再讲两个HSQC的实用应用。
由于HSQC采用的反向检测技术使碳维信息的给出时间大为缩短,因此当想在短时间初略观察碳(非季碳)时,HSQC是一个很好的选择。我曾经尝试过利用软件将HSQC在F1维的投影单独抽取出来以碳谱形式呈现,效果也是不错的!
另外,关于活泼氢的判断,教科书往往把重水交换作为一个主要内容。其实,相对于重水交换取出样品加入重水再充分交换匀场做样而言,我更习惯直接在氢谱后排个HSQC了事,而很多时候这样没准更快。因为HSQC给出的是HC直接相关的信息,当有一个H信号没有与之相关的C相连时,结合它的峰型和出峰位置,基本可以做出是活泼氢的判断。
tcxuefeng
第17楼2012/06/19
同核J分辨谱
J-分辨谱在早期曾经是一种非常有用的谱图,它能够很好地区分由于化学位移相近而相互重叠的峰,并将它们的耦合信息在另一个维度加以放大。如上图所示,横向F2维表征了氢谱的出峰位置,而纵向F1维却给出了相应峰在邻核耦合下的裂分情况——很显然,这一裂分比单看氢谱要明显的多,以至于我们可以通过右侧放大的“刻度尺”直接读出相应耦合值。为了便于观察,我将6.6-7.6 ppm的谱图单独放大如下:
从氢谱来看,H-6与H-7 J3耦合,耦合常数8.8 Hz;H-9与H-7的J4耦合,耦合常数2.4 Hz,因此H-6,H-9为d峰,H-7为dd峰。然而通过J-分辨谱,我们观察到了单纯通过氢谱所无法观察到的H-6与H-9 J5耦合的存在,耦合常数0.8 Hz!
不过随着核磁技术的发展,cosy,tocsy等实验在指认H与H耦合关系中渐渐取代了J分辨谱的地位。如上面提到的H-6和H-9的J5耦合关系,同样可以在之后的tocsy实验以及对称化处理的cosy谱图中看到。
celan语:这个同核J分辨谱的帖子图文并茂很精彩。LZ通过实例展示了用同核J分辨谱观察常规1HNMR不易看到的<0.8Hz的耦合(当然<0.8Hz的耦合可以用更简单的技术来观察)。可贵的是LZ一语道破了同核J分辨谱目前的地位,当很多人还没用过甚至还不知道同核J分辨谱时,比其更好的技术已经出现并成为NMR仪器上的脉冲序列。这应该感谢波谱学家的贡献,这也是化学家的幸运。感谢LZ对本版的厚爱!谢谢!