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核磁共振二維譜
本書對核磁共振二維譜基礎知識進行了較系統(tǒng)論述,重點介紹常用的核磁共振二維脈沖序列及其得到的核磁共振二維譜。為了使讀者在解析核磁共振二維譜時便于理解,本書對許多核磁共振二維脈沖序列的原理用磁化強度矢量模型作了簡單的解釋和說明,但著重點仍是各種核磁共振二維譜的解析和應用。分兩部分,第一部分為核磁共振二維譜基礎知識,第二部分為核磁共振二維譜應用舉例,收集整理了100個具體的例子,包括特殊化合物如結構異構體、構型異構體、構象異構體等,以及天然產(chǎn)物,逐一講解分析思路及至最終的結構確定。
適讀人群 :有機化學、有機分析、有機材料、生物化學領域的研究生,科研工作者。
本書作者趙天增教授是河南省科學院天然產(chǎn)物重點實驗室主任,鄭州大學化學系有機化學教授,多年來從事核磁共振波譜解析、有機化合物結構測定及天然產(chǎn)物化學研究。在復雜有機化合物結構解析方面積累了豐富的經(jīng)驗、也收藏了大量的實驗譜圖與數(shù)據(jù),趙天增教授曾于上世紀八九十年代出版過《核磁共振氫譜》和《核磁共振碳譜》兩本核磁解析的圖書,成為業(yè)內(nèi)的經(jīng)典圖書,服務了一代代學子。因儀器的發(fā)展,分辨率的提高和技術的進步,二維核磁技術逐漸受到研究人員的關注,但真正能夠熟練運用二維核磁技術進行結構解析、定結構的人并不多,為此,編輯特邀請了老專家趙天增為我們傳授知識,從二維核磁共振基本原理和基礎知識開始普及,重點仍為技術的應用,怎樣去定結構,這應該也是我們從事有機合成、藥物合成、天然產(chǎn)物分離與結構鑒定的需要必備的基本技能吧。希望你們能夠喜歡!
1971年,Jeener提出了二維傅里葉變換核磁共振(two dimensional-FTNMR,2D-FTNMR)測定新方法。當時這種新方法的重要性并未被理解,直到1974年才由Ernst等首次完成了二維傅里葉變換核磁共振實驗,并于1976年將二維傅里葉變換核磁共振理論公式化發(fā)表。此后,在Ernst研究小組和Freeman研究小組不斷努力下,研究并發(fā)展了多種新的二維傅里葉變換核磁共振測定方法。Ernst教授的大量且卓有成效的研究,對推動二維核磁共振的發(fā)展起了重要的作用,再加上他對脈沖傅里葉變換核磁共振的貢獻,Ernst教授榮獲了1991年諾貝爾化學獎。
由二維傅里葉變換核磁共振技術測定的圖譜叫核磁共振二維譜(two dimensional NMR spectra)。核磁共振二維譜可以看成是核磁共振一維譜的自然推廣,它繼承了一維譜的一些優(yōu)點,更克服了一維譜的某些不足。由于核磁共振二維譜將化學位移、偶合常數(shù)等核磁共振數(shù)據(jù)在二維平面上展開,使本來在一維譜上重疊在一個頻率坐標軸上的信號分散到兩個獨立的頻率軸構成的二維平面上,既有利于圖譜解析,更有利于檢測出自旋核之間的各種相互作用,從而提供了眾多的化學結構信息。引入一個新的維數(shù)必然會大大增加創(chuàng)造新實驗的可能性,核磁共振二維譜現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為核磁共振波譜的一個重要分支,它已廣泛地應用到物理、化學、生物等學科的研究中,核磁共振二維譜的出現(xiàn)開創(chuàng)了核磁共振波譜學的新時期。 核磁共振二維譜的發(fā)展實際上是各種二維多脈沖實驗技術的發(fā)展。四十多年來,許多核磁共振二維脈沖序列已相當成熟。繼《核磁共振氫譜》(北京大學出版社,1983)和《核磁共振碳譜》(河南科學技術出版社,1993)出版以來,作者曾先后在《天然藥物化學研究》第3章(中國協(xié)和醫(yī)科大學出版社,2006)和《天然產(chǎn)物研究方法和技術》第2章(化學工業(yè)出版社,2009)對核磁共振二維譜作了介紹,由于篇幅所限,不可能全面系統(tǒng)進行闡述(特別是實踐例子的解析和應用)。本書對核磁共振二維譜基礎知識進行了較系統(tǒng)論述,重點介紹常用的核磁共振二維脈沖序列及其得到的核磁共振二維譜。為了使讀者在解析核磁共振二維譜時便于理解,本書對許多核磁共振二維脈沖序列的原理用磁化強度矢量模型作了簡單的解釋和說明,但著重點仍是各種核磁共振二維譜的解析和應用。 本書的讀者對象重點是具有一定核磁共振基本知識的從事有機化學、天然產(chǎn)物化學、藥物化學等學科研究的科學技術工作者。核磁共振圖譜在鑒定、測定有機化合物分子結構(特別是結構復雜的天然產(chǎn)物)方面具有獨特的優(yōu)勢,它可以提供分子結構的取代基團、平面結構、立體結構、動態(tài)結構等大量信息,但是,如何認識并得到這些信息,必須對核磁共振圖譜有深入的了解。能熟練解析核磁共振圖譜讓核磁共振技術在科學研究中發(fā)揮更大的作用,是本書的主要目的。 本書分為兩部分,第一部分介紹核磁共振二維譜基礎,第二部分為核磁共振二維譜應用舉例。 本書在編著過程中承蒙河南省科學院領導的大力支持,本研究室的王志堯、馬艷妮、陳玲、陳欣等同志幫助打印手稿。特致謝意。 由于作者水平有限,錯誤和不當處,請讀者批評指正。 趙天增 河南省科學院天然產(chǎn)物重點實驗室 2017年11月
趙天增,河南省科學院天然產(chǎn)物重點實驗室,原河南省科學院化學研究所所長,教授,研究員,先后在北京大學化學系、中國醫(yī)學科學院藥物研究所、河南省藥品檢定所、河南省科學院化學研究所、河南省生物技術開發(fā)中心工作。1983年9月至1985年9月任河南省科學院化學研究所副所長,1985年9月至1997年12月任河南省科學院化學研究所所長,現(xiàn)任河南省生物技術開發(fā)中心首席技術顧問,河南省科學院天然產(chǎn)物重點實驗室主任。兼任鄭州大學、河南中醫(yī)學院、河南科技大學教授。中國藥品監(jiān)督管理局審評專家、中國物理學會波譜專業(yè)委員會委員、《波譜學雜志》編委。1992年10月被國務院批準為國家有突出貢獻專家、享受政府特殊津貼,1993年1月被河南省委、河南省人民政府命名為河南省優(yōu)xiu專家,1993年12月被國務院學位委員會批準為鄭州大學有機化學專業(yè)博士研究生導師。
主要研究領域為核磁共振波譜解析,有機化合物結構測定及天然產(chǎn)物化學。 主要研究方向為天然活性成分組及其配伍研究;天然產(chǎn)物核磁共振偶聯(lián)指紋圖譜研究;現(xiàn)代中藥飲片研究。
第一部分 核磁共振二維譜基礎
第1章 核磁共振二維譜的基本原理 2
1.1 核磁共振二維譜的定義 2
1.2 核磁共振二維譜的數(shù)學表達式 2
1.3 核磁共振二維譜有關的一些基本概念 3
1.3.1 自旋回波 3
1.3.2 極化和極化轉移 6
1.3.3 相干和相干轉移 8
1.3.4 自旋鎖定 8
1.3.5 等頻混合 9
1.3.6 多量子躍遷 10
1.4 核磁共振二維譜的實驗時間分段 11
1.4.1 預備期 11
1.4.2 發(fā)展期 11
1.4.3 混合期 12
1.4.4 檢測期 12
1.5 核磁共振二維譜的基本類型 13
1.5.1 二維分解譜 13
1.5.2 二維相關譜 13
1.6 核磁共振二維譜的圖形 14
1.6.1 核磁共振二維譜的圖形表示 14
1.6.2 核磁共振二維譜的共振峰類型 15
第2章 二維分解譜 17
2.1 同核二維H-H J分解譜 17
2.1.1 同核二維H-H J分解譜的脈沖序列分析 17
2.1.2 同核二維H-H J分解譜的特點 18
例1-1 D-蔗糖的二維H-H J分解譜 18
2.2 異核二維C-H J分解譜 20
2.2.1 異核二維C-H J分解譜的脈沖序列分析 20
2.2.2 異核二維C-H J分解譜的特點 21
例1-2 D-蔗糖的二維C-H J分解譜 21
第3章 二維化學位移相關譜 23
3.1 氫-氫相關譜 23
例1-3 feshurin中7-羥基香豆素結構單元的氫-氫相關譜 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譜 25
3.2 COSY-45(β-COSY) 27
例1-5 蔗糖的COSY-45 27
3.3 遠程氫-氫相關譜 28
例1-6 tricyclodecane的氫-氫相關譜及其遠程氫-氫相關譜 28
3.4 氫-氫總相關譜 30
例1-7 linum cerebroside的氫-氫總相關譜 31
例1-8 齊墩果酸型三萜六糖皂苷的氫-氫相關譜和氫-氫總相關譜 32
3.5 碳-氫相關譜 33
例1-9 8-乙酰山梔苷甲酯的碳-氫相關譜 37
3.6 遠程碳-氫相關譜 38
例1-10 balanophonin的COLOC 39
第4章 二維NOE譜和二維化學交換譜 42
4.1 核Overhauser 效應和交叉弛豫 42
4.2 同核二維NOE譜和二維化學交換譜的脈沖序列 45
4.3 同核二維NOE譜和二維化學交換譜舉例 47
例1-11 feshurin的二維NOE譜 47
例1-12 tamarixetin-3-O-α-L-ribopyranoside的二維化學交換譜 48
4.4 異核二維NOE譜 50
例1-13 α-山道年的異核二維NOE譜 50
第5章 二維多量子躍遷譜及其他 52
5.1 多量子躍遷產(chǎn)生 52
5.2 雙量子相干相關譜 53
例1-14 士的寧的雙量子相干相關譜 54
5.3 雙量子濾波相關譜 55
例1-15 20(R)-人參皂苷-Rg3的雙量子濾波相關譜 56
5.4 1H檢測的異核多量子相干相關譜 57
5.4.1 HMQC 57
例1-16 ravidin B的HMQC 59
例1-17 雪膽素C的HMQC 60
5.4.2 HSQC 62
例1-18 feshurin的HSQC 64
5.5 1H檢測的異核多鍵相關譜 65
例1-19 ravidin B的HMBC 66
例1-20 雪膽素C的HMBC 66
5.6 HMQC-TOCSY 67
例1-21 大葉吊蘭苷A的HMQC-TOCSY 68
第二部分 核磁共振二維譜應用舉例
例2-1 恩替卡韋鈉的NMR數(shù)據(jù)解析 73
例2-2 替尼泊苷的NMR數(shù)據(jù)解析 75
例2-3 1個萘酚萘磺酸酯的NMR數(shù)據(jù)解析 79
例2-4 1個六氫喹啉衍生物的NMR數(shù)據(jù)解析 81
例2-5 1個二苯乙烯衍生物的NMR數(shù)據(jù)解析 84
例2-6 1個含芳基噻唑的糖基胍的NMR數(shù)據(jù)解析 87
例2-7 1個籠狀β-碳苷酮衍生物的NMR數(shù)據(jù)解析及結構確證 89
例2-8 1個含C10高碳糖片段衍生物的NMR數(shù)據(jù)解析 91
例2-9 苦皮藤水解產(chǎn)物中2個β-二氫沉香呋喃倍半萜多醇的NMR數(shù)據(jù)解析 94
例2-10 1個雙香豆蒽衍生物的NMR數(shù)據(jù)解析及結構確證 98
例2-11 2個縮水蔗糖衍生物的NMR數(shù)據(jù)解析及結構確證 100
例2-12 2個對氯苯氧基氯苯乙酮異構體的NMR數(shù)據(jù)解析 102
例2-13 馬來酸羅格列酮的NMR數(shù)據(jù)解析 105
例2-14 免疫抑制劑FTY720的NMR數(shù)據(jù)解析 107
例2-15 硫酸頭孢匹羅的NMR數(shù)據(jù)解析 109
例2-16 1個雄甾烷衍生物的NMR數(shù)據(jù)解析 112
例2-17 比卡魯胺的NMR數(shù)據(jù)解析 116
例2-18 1個三環(huán)螺環(huán)化合物的NMR數(shù)據(jù)解析 119
例2-19 四氫小檗堿衍生物氟代四氫小檗堿的NMR數(shù)據(jù)解析 121
例2-20 地塞米松棕櫚酸酯的NMR數(shù)據(jù)解析 125
例2-21 單甲酯亞磺酸帕珠沙星鹽的NMR數(shù)據(jù)解析 129
例2-22 鹽酸洛美利嗪的NMR數(shù)據(jù)解析 131
例2-23 鹽酸氟西汀的NMR數(shù)據(jù)解析 133
例2-24 二嗪磷的NMR數(shù)據(jù)解析 135
例2-25 1個雙苯并[d,g][1,3,2]-二氧磷雜八環(huán)的NMR數(shù)據(jù)解析 138
例2-26 1個喹啉-4-氨基磷酸酯衍生物的NMR數(shù)據(jù)解析 139
例2-27 1個哌啶醇的NMR數(shù)據(jù)解析 142
例2-28 美托拉宗構象異構體的NMR數(shù)據(jù)解析 144
例2-29 亞胺培南順反異構體的NMR數(shù)據(jù)解析 146
例2-30 三尖杉堿中間體末端炔鍵的確證 149
例2-31 文冠果酮A的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 151
例2-32 除蟲菊酯Ⅰ的NMR數(shù)據(jù)解析 154
例2-33 瓜菊酯Ⅱ的NMR數(shù)據(jù)解析 157
例2-34 橄欖苦苷的NMR數(shù)據(jù)解析 160
例2-35 金花忍冬素的結構測定 164
例2-36 HMQC和HMBC在苯乙醇酯裂環(huán)環(huán)烯醚萜苷結構測定中的應用 166
例2-37 馬錢素的NMR數(shù)據(jù)解析 168
例2-38 7α-莫諾苷和7β-莫諾苷的NMR數(shù)據(jù)解析與結構研究 171
例2-39 山茱萸新苷的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 177
例2-40 白芍苷R1的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 181
例2-41 苦皮素A的NMR數(shù)據(jù)解析和結構測定 184
例2-42 HMBC在β-二氫沉香呋喃倍半萜多醇酯結構測定中的應用 189
例2-43 苦皮種素Ⅱ、Ⅲ的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 195
例2-44 H-H COSY在西北風毛菊素NMR數(shù)據(jù)解析中的應用 202
例2-45 沒藥中1個呋喃倍半萜的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 205
例2-46 NOESY在地膽草倍半萜內(nèi)酯化合物結構鑒定中的應用 208
例2-47 艾菊素的NMR數(shù)據(jù)解析 211
例2-48 表二氫羥基馬桑毒素的NMR數(shù)據(jù)解析 214
例2-49 烏藥烷型倍半萜內(nèi)酯8β,9-dihydro-onoseriolide的NMR數(shù)據(jù)解析 216
例2-50 jolkinolide A和B的NMR數(shù)據(jù)解析 219
例2-51 sarcocrassolide B 的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 223
例2-52 neodiosbulbin的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 228
例2-53 ravidin A的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 233
例2-54 冬凌草甲素的NMR數(shù)據(jù)解析 238
例2-55 lasiodonin acetonide的NMR數(shù)據(jù)解析 242
例2-56 jianshirubesin A的NMR數(shù)據(jù)解析 247
例2-57 7,9-dideacetyltaxayuntin的NMR數(shù)據(jù)解析 250
例2-58 14β-羥基巴卡亭Ⅵ的NMR數(shù)據(jù)解析 253
例2-59 羅漢果醇的NMR數(shù)據(jù)解析 258
例2-60 達瑪烷-20(22),24-二烯-3β,6α,12β-三醇的NMR數(shù)據(jù)解析 263
例2-61 熊果酸的NMR數(shù)據(jù)解析 266
例2-62 齊墩果酸的NMR數(shù)據(jù)解析 271
例2-63 triptohypol F的NMR數(shù)據(jù)解析 276
例2-64 路路通酮A的NMR數(shù)據(jù)解析和結構測定 281
例2-65 21β-羥基柴胡皂苷b2的NMR數(shù)據(jù)解析 287
例2-66 滿樹星苷Ⅰ的NMR數(shù)據(jù)解析 294
例2-67 canaric acid的NMR數(shù)據(jù)解析 298
例2-68 川楝素的NMR數(shù)據(jù)解析 303
例2-69 金絲桃苷的NMR數(shù)據(jù)解析 309
例2-70 蘆丁的NMR數(shù)據(jù)解析 312
例2-71 萹蓄苷和番石榴苷的NMR數(shù)據(jù)解析 315
例2-72 山柰苷和川藿苷A的NMR數(shù)據(jù)解析 319
例2-73 淫羊藿苷的NMR數(shù)據(jù)解析 324
例2-74 朝藿定C的NMR數(shù)據(jù)解析 329
例2-75 3'''-羰基-2''-β-L-奎諾糖基淫羊藿次苷Ⅱ及 3'''-羰基-2''-β-L-奎諾糖基淫羊藿苷的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 334
例2-76 大豆異黃酮苷的NMR數(shù)據(jù)解析 340
例2-77 葛根素的NMR數(shù)據(jù)解析 343
例2-78 黃杞苷的NMR數(shù)據(jù)解析 346
例2-79 兒茶精和表兒茶精的NMR數(shù)據(jù)解析 349
例2-80 橙皮苷的NMR數(shù)據(jù)解析 353
例2-81 魚藤酮的NMR數(shù)據(jù)解析 356
例2-82 白當歸腦的NMR數(shù)據(jù)解析 359
例2-83 紫花前胡苷的NMR數(shù)據(jù)解析 361
例2-84 連翹苷的NMR數(shù)據(jù)解析 364
例2-85 五味子醇乙的NMR數(shù)據(jù)解析 368
例2-86 淫藿根木脂素的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 371
例2-87 連翹酯苷A的NMR數(shù)據(jù)解析 376
例2-88 小葉丁香苷A的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 380
例2-89 綠原酸的NMR數(shù)據(jù)解析 383
例2-90 丹酚酸B的NMR數(shù)據(jù)解析 387
例2-91 幾個丹參酮的NMR數(shù)據(jù)解析 391
例2-92 甘西鼠尾新酮A的結構測定 396
例2-93 幾個寡糖的NMR數(shù)據(jù)解析 401
例2-94 苦皮藤生物堿Ⅲ的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 409
例2-95 幾個百部生物堿的NMR數(shù)據(jù)解析 413
例2-96 幾個吲哚里西丁類生物堿的NMR數(shù)據(jù)解析 419
例2-97 藜蘆胺的NMR數(shù)據(jù)解析 425
例2-98 苦參堿的NMR數(shù)據(jù)解析 428
例2-99 秋水仙堿的NMR數(shù)據(jù)解析 431
例2-100 苦皮素堿A和苦皮素堿B的NMR數(shù)據(jù)解析及結構測定 434
參考文獻 443
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