河北医科大学药学院 Superconducting Magnet tra lo mage credit:D.S.Dalisay. Schematic operation of a basic NMR spectrometer 20 教在出度生品、盐领提状墨、性发大、数都底是拉制包 NMR组成 NMR is A Widely Used Structural Tool Shim:optimize field 天然药物化学教研室史清文教授 1
河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 史清文教授 1 5 mm (600 µL), 1.7 mm (35 µL) and 1 mm tubes (7 µL). Right, a gas-tight sample syringe fitted with an extra long needle. Image credit: D. S. Dalisay. Fig. 1 Relative NMR sample tube diameter (OD) and sample volumes. From left to right, Tadeusz F. Molinski. NMR of natural products at the ‘nanomole-scale’. Nat. Prod. Rep., 2010, 27, 321-329. 181 Superconducting Magnet Dewar 杜瓦瓶 Insulation 隔热材料 Liquid nitrogen Liquid helium Main magnet coil 主磁铁线圈 Magnet legs NMR detection probe 核磁共振探测探头 Sample Schematic operation of a basic NMR spectrometer 183 磁体和探头 机柜(射频发生器、射频接收器、信号放大、数据采集控制等) 工作站(数据存储、 数据处理、总体控制) 磁 体 磁 体 样品管 射频振荡器 射频接收器 扫描发生器 记录仪 控制台 NMR组成 184 185 NMR is A Widely Used Structural Tool 186
河北医科大学药学院 Steps to Acquire Data Integrate,Enlarge and Print the ve Applications: Application of NMR 大营的纳保青木后美鱼用及线水子上场 华 1被廉共排波潘：实际上是观收率（根坐标）对化学B茅 (横非)的关系南 ②愁潭时同成惊法 Nuclear Magnetic Resonance maing alo called Spi NMR Spectral Parameters 屏蔽效应与去屏蔽效应 Chemikcal ahift 顺位性位修，去屏税应 j-ouplin 抗造性位移，屏颗效应 ine-wid 爱精用合禁 天然药物化学教研室史清文教授
河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 史清文教授 2 187 • Prepare sample dissolve in deuterated solvent (CDCl3, acetone-d6 … ) filter solution in NMR tube : fill the tube up to ~4 cm of solution • Insert sample in the magnet • Lock on deuterium signal from the solvent • Optimize shimming • Select parameters 1H, 13C, 31P, …. • Set receiver gain • Acquire the data Steps to Acquire Data Integrate, Enlarge and Print 1H NMR 188 化学位移、裂分情况、耦合常数？ Applications: Ⅱ核磁共振成象(MRI)：(1) 点成像法 核磁共振已在众多领域中有了广泛的应用.从技术手段上讲， 核磁共振的应用主要有两个方面： Ⅰ核磁共振波谱：实际上是吸收率（纵坐标）对化学位移 （横坐标）的关系曲线 (2) 弛豫时间成像法 Nuclear Magnetic Resonance Imaging also called Spin Imaging 189 Application of NMR 190 NMR Spectral Parameters nOe RDC Line-width Shielding 屏蔽 Chemical shift Scalar interaction 标量相互作用 J-coupling Nuclear Overhauser effect Dipolar interaction 偶极相互作用 Residual dipolar coupling 残余偶极偶合 Relaxation 屏蔽效应与去屏蔽效应 屏蔽作用（屏蔽效应）（shielding effect） 去屏蔽作用（去屏蔽效应）（deshielding effect） 192
河北医科大学药学院 Chemical Shift:Ring Current 自旋偶合现象 低分 Bo 简化谱图的方法一采用高场强仪器 简化谱图的方法一采用高场强仪器 HA 0 1。 Chemical shift 化学位移的表示法 化学位移 ·1.用赫兹，CPS)表示化学位移（现已不用）， Chemical shift is defined as nuclear ·2.用8值表示8值的定义： shielding /applied magnetic field. Chemical shift is a function of the 标 nucleus and its environment. Av 天然药物化学教研室史清文教授 3
河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 史清文教授 3 Chemical Shift: Ring Current Upfield shifted resonance Downfield shifted resonance 自旋偶合现象 e1 n1 n2 e2 CH2 CH3 高分辨 J 低分辨率 194 简化谱图的方法-采用高场强仪器 195 简化谱图的方法-采用高场强仪器 HC HB HA C C HA CN HB HC 60 MHz ABC系统 •100 MHz •ABX系统 •220 MHz •AMX系统 196 Chemical shift is defined as nuclear shielding / applied magnetic field. Chemical shift is a function of the nucleus and its environment. Chemical shift 197 化学位移 化学位移的表示法 • 1. 用赫兹(Hz, CPS)表示化学位移(现已不用)。 • 2. 用值表示 值的定义: 样-标 = ×106 标 △ = ×106 振荡器射频 198
河北医科大学药学院 偶合常数J(Coupling Constants) 偶合常数与分子结构的关系 ·向镜一向流偶合产生峰的裂分，而海组峰中峰与 ·根相互千找直核之间相隔能敷的多少，将偶 峰之间的距离叫偶合常数(Coupling constants), 合作用分为： 用康示单位2 传傅(Geminal coupling)电兼僧质子偶合，同废 特点： 质子偶合。 ·山不受外扬影响，外场变化，值不变： (Vicinal coupling)) ·2)质子之阔产生的偶合裂分，值<20： 远锅合(Long-range coupling Karplus Equation 偶合常数与分子结构的关系 dral to 西 4地=24地归13 Z 8 偶合常数与分子结构的关系 偶合常数与分子结构的关系 情偶：经过二个化学能的偶合 用m,馆，J同，表示 ·12-16业 ·546.3 ·0535亚 Jm9.3Hz J=90 J=39 天然药物化学教研室史清文教授
河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 史清文教授 4 偶合常数 J (Coupling Constants) • 自旋自旋偶合产生峰的裂分，而每组峰中峰与 峰之间的距离叫偶合常数 (Coupling constants)， 用J表示单位Hz. • 特点： • (1) J不受外磁场影响，外磁场变化，J值不变； • (2) 质子之间产生的偶合裂分，J值< 20 Hz； 199 偶合常数与分子结构的关系 • 根据相互干扰氢核之间相隔键数的多少，将偶 合作用分为： • 偕偶 (Geminal coupling)也称偕质子偶合，同碳 质子偶合。 • 邻偶 (Vicinal coupling) • 远程偶合 (Long-range coupling) 200 Karplus Equation The Karplus equation, named after Martin Karplus, describes the correlation between 3J-coupling constants and dihedral torsion angles in nuclear magnetic resonance spectroscopy. Martin Karplus 2013 NP J. Chem. Phys., 30, 11 (1959). 201 受电负性氧原子的影 响使偶合常数减小 偶合常数与分子结构的关系 J = 2-4 Hz H H J = 2-4 Hz H H J = 11-13 Hz H H O J = 4 Hz H OCH3 O J = 9 Hz H H OCH3 HO HO HO OH H OH HO HO HO 202 偕偶：经过二个化学键的偶合， 用Jgem, J偕，J同，2J表示 Ha Hb • 2Ja,b 12-16 Hz • 2Ja,b 5.4-6.3 Hz • 2Ja,b 0.5-3.5 Hz O Ha Hb Ha Hb 203 偶合常数与分子结构的关系 H H J = 7-9 Hz H H J = 4-6 Hz H H J = 9.3 Hz exo H H J = 9.0 Hz endo H H J = 3.9 Hz endo-exo 偶合常数与分子结构的关系 204
河北医科大学药学院 用于确定六元环中CL,为a或c键（实测17z 向心原则Roof effect OH 18 H NMR:CH1O2 H-NMR Spectrum 向心原则 Roof effoc lines =n+1 NMR Peak integration or peak area NMR Peak Integration or Peak Area 10-CH-C31 天然药物化学教研室史清文教授
河北医科大学药学院 天然药物化学教研室 史清文教授 5 用于确定六元环中CH3为a或e键（实测17Hz） OH CH3 CHO OH 1 2 3 4 H 2 a H 4 e H 2 e 18Hz H3 H3C OH OH H 3 CH3 4 H H 4 H 3 H 2 a H 4 a H 2 a 24Hz H3 HO CHO HO CHO 10Hz 10Hz 10Hz 10Hz 4Hz 4Hz 4Hz 4Hz 4Hz 4Hz 4Hz H2e H2e H2a H2a 205 CH2CH3 向心原则 Roof effect 206 H-2' H-3' Ph-H H-9 H-10 H-5 H-20a H-20b H-13 H-3 H-14a H-14a AcoMe-18 Me-19 Me-16 Me-17 1 H-NMR Spectrum O AcO H H OAc HO O 1 3 5 7 9 11 13 15 17 18 19 20 1' 2' 3' 208 NMR Peak Integration or Peak Area NMR Peak Integration or Peak Area a) The relative peak intensity or peak area is proportional to the number of protons associated with the observed peak. b) Means to determine relative concentrations of multiple species present in an NMR sample. HO-CH2-CH3 1 Integral trace Relative peak areas = Number of protons 2 3