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NMR进阶:NOE效应

    之前我们已经讲过了NMR的基础内容:像极了爱情。无论是科研领域还是考研方面,NMR(核磁共振)的应用都是不容小觑的。小到产物的表征,大到蛋白质空间结构的确定,无处不用核磁。

    傅里叶变换Fourier transform (FT)的出现使得核磁共振的数据更加精确高效,这使得我们能够更加精细的表征复杂分子。

1.双共振技术

    双共振技术也被称为双照射技术,是核磁共振谱中常用的一种实验技术。具体操作方法是,在进行射频扫描H1的同时,再加上某个特定射频来照射特定核,使其达到饱和状态。

    所谓饱和状态,就是处于高速往返于各个自旋态之间,这种现象使得谱图产生相当大的变化。双共振技术使得被照射的核达到饱和,因而在各个状态停留时间很短,使得该核与其他自旋核的耦合作用消失,原来比较复杂的信号转变为单峰,这就是自旋去耦现象,对于确定质子间的相互耦合非常有用。

2.耦合过程

    分子中自旋核与自旋核之间相互作用称自旋-自旋偶合。由自旋偶合产生的多重谱峰现象称为自旋裂分。可以说,偶合是裂分的原因,裂分是偶合的结果。

    自旋一自旋偶合,可反映相邻核的特征,可提供化合物分子内相接和立体化学的信息。对简单偶合而言,峰裂分距离即偶合常数。

    根据相互干扰的两核间间隔的键数目可将偶合常数分为1J、2J、3J等。左上角的数字表示相互干扰的核之间间隔的数目。
(1)肪烃质子的偶合常数 2J的变化范围较大,与结构关系密切 
(2)其他类型的远程偶合:在共轭体系中,5根键处于锯齿状时,能产生5J,,在饱和体系中4根键处于平面状态并构成W型时,也能发生远程偶合。

(3)远程偶合常数较小,一般小于1Hz,通常观察不到,若中间插有键,或在一些具有特殊空间结构的分子中,才能观察到。根据偶合常数的大小,可以判断相互偶合的氢核的健的连接关系,帮助推断化合物的结构。

3.NOE效应

    前面都是一些基础内容,接下来我们来看核的NOE效应(核的Overhauser效应):

    1953年,Overhauser发现,在金属原子体系中,如果饱和电子自旋,那么引起核自旋的共振信号加强,这一现象称为Overhauser效应。1965年,在核磁共振的研究中发现,如果饱和某一个自旋核,则与其空间相近的另一个核的共振信号加强。

    当然,这里的空间相近是很模糊的概念,一般认为5埃以内,注意,空间相近不一定是耦合的核。

4.应用例举

    还有一种实验上常用的NOE差谱,就是把后面测得的氢谱减去原来的(常规)氢谱,面积有变化的地方就会出峰,这就可以发现NOE效应。上述的方法是用一维谱的方式测定NOE效应。如果一个化合物中有若干成对的氢原子空间距离相近,需要照射若干次,这样显然不方便。NOE类的二维谱则是通过一张NOE类的二维谱找到一个化合物内所有空间距离相近的氢原子对。

    NOESY谱或ROESY谱的外观与COSY谱相同,只是NOE类相关谱中的相关峰反映的是有NOE效应的氢原子对。当然由于具有3J耦合的两个氢原子的距离也不远,因此在NOE类相关谱中也常出现相关峰(作图时采取措施尽量去除,但是难以完全除掉)。

    后面的二维谱对NOE的观测很有价值,我们将在下一期文章中详细介绍。

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