天然药物化学 结构研究法-NMR

这是一个关于天然药物化学 结构研究法-NMR的思维导图，包含核磁共振NMR、 NMR化学位移、NMR偶合裂分等。

结构研究法

• 核磁共振NMR
  • 2D-NMR
    • 1H-NMR
      • 化学位移：质子类型 偶合常数：连接方式 积分曲线：质子数目
    • 13C-NMR
      • 化学位移：碳原子所处的环境 DEPT：碳原子的类型
  • 1D-NMR
    • HSQC
      • C-H直接连接关系
    • 1H-1H COSY
      • 偶合质子间的连接关系 自旋体系结构片段
    • HMBC
      • 碳氢远程相关 解决结构碎片的连接
    • NOESY
      • 空间位置 相对构型
• NMR化学位移
  • 影响化学位移的因素
    • 电子效应
      • 诱导效应 (I效应)，或称电负性
        • 电负性↑ ，核外e↓→ 向低场位移，化学位移值增大 I效应通过成键e传递，相隔3个C以上可忽略 具有加和性
      • 共轭效应 (C效应)
        • 给电子基团→电子云密度增大→向高场位移，化学位移值减小
        • 一类定位基（给电子）： 强供电基团： -NR2、 -OH 中等供电基团： -OR、 -NH、-COCH3、 -OCOCH3 弱供电基团： -CH2R、-CH2COOH -X
        • 二类定位基（吸电子）: 强吸电基团： -NO2、 -CF3、-NR3+ 中等吸电基团： -C≡N、-SO3H 弱吸电基团
      • 空间效应（Van der Waals效应）
        • 原子核在空间上非常靠近时，核外的电子会互相排斥，沿着化学键向远离彼此的方向移动，造成化学位移的变化
        • γ-旁氏效应：由于空间挤压，化学位移值减小（顺式的化学位移值小于反式）
      • 场效应
        • 带电基团(COO－、 NH3＋)引起的位移效应
          • 中、短距离的非键相互作用 强度随距离而衰减，强度正比于cosθ
        • 含氮化合物中明显：电子移向α和β碳
      • 氢键的影响
        • 氢键形成的本质
          • 共用H的核外电子，使H核电子云密度降低， δ ↑
        • 分子内氢键
          • 烯醇互变： δ 11~16；受环境影响较小
        • 分子间氢键
          • -OH：0.5~5；-CONH2：5~8；-COOH：10~13；受环境影响较大；用惰性溶剂稀释时δ减小
      • 活泼质子交换
        • O、 N、 S相连H存在交换反应
          • 重水交换实验：活泼质子峰在加入D2O后消失
          • 溶剂选择：使用惰性溶剂观测活泼H信号： DMSO、C5D5N、 (CD)2CO、 CHCl3 活泼溶剂则不易观测到活泼H信号：D2O， CD3OD
          • 残留H2O对活泼H信号的影响：活泼H信号不固定
      • 溶剂效应
        • 溶剂不同所引起的化学位移改变:溶剂的磁各向异性，溶剂与溶质形成氢键强弱不同
    • 磁各向异性：芳环平面上方为正屏蔽区，芳环平面为负屏蔽区；双键上方为正屏蔽区，双键平面为负屏蔽区；叁键的键轴为屏蔽区，其他为去屏蔽区；沿单键轴向的圆锥范围为负屏蔽区，其余为正屏蔽区，没有其他因素干扰时e键（平伏键）的化学位移值大于a键（直立键）
  • 活泼氢的化学位移
• NMR偶合裂分
  • 峰的自旋裂分
    • 邻近磁性核相互作用导致谱线增多
  • 核的等价性
    • 化学等价
      • 化学环境完全相同， δ 相同 快速旋转化学等价： CH3CH2OH 对称性化学等价：分子中存在对称性(点、线、面)的
    • 磁等价
      • δ 相同的核，对组外任一个核的偶合相等，只表现出一个J 值 化学等价未必磁等价
    • 磁全同核
      • 即化学等价又磁等价的核，磁全同核之间的偶合不必考虑
    • 磁不等同核
      • 磁不等同核间未必存在自旋偶合作用：当键间隔3个以上，可忽略
      • 化学不等同的核，磁一定不等同：处于末端双键的H 带双键性质的单键：如酰胺键 前手性H：与不对称C相连的CH2上的两个质子 CH2上的两个H处于刚性环上或不能自由旋转的单键时
      • 化学等同，磁未必等同：对位取代芳环上的质子、对称共轭烯烃
  • 峰裂分的数目
    • n+1律（2nI+1律）：一组等价质子邻近有 n 个等价磁性核，裂分为 n + 1 重峰
    • 广义n+1律：与若干组磁不等同核相邻时，裂分应当考虑J值大小
  • 裂分峰的强度
    • 理论符合二项式展开式
    • 实际上存在招手效应：不完全符合比例，内侧峰高，外侧峰低，两峰相距越近，越明显
  • 偶合常数：体现核之间相互干扰的强度
    • 偕偶，2J
      • 负值
      • 变化范围大
      • α-C的取代基电负性↑，向“＋”方向移动（增加）：CH4 (-12.4) < CH3OH (-10.8) < CH3F (-9.7)
      • 邻位C与吸电基团相连， 向“－”方向变化（减小）：CH4 (-12.4) > CH3CCl3 (-13.0)
      • CH2可能为磁全同核，需用特殊方法测定
    • 邻偶，3J
      • 饱合型化合物
        • 开链脂肪族化合物： σ键自由旋转平均化，约为 6~8Hz 与键长、取代基电负性、两面角等因素相关 两面角： 3J = 4.2 - 0.5 cosf + 4.5 cos2f 邻位电负性↑， 3J ↓： 3J =7.9 - n0.7Δx Δx: 取代基与H电负性的差值
      • 应用1：同侧：赤式 ，异侧：苏式
      • 应用2：确定糖端基的构型（二面角）
      • 烯型化合物
        • J反大于J顺：反式结构的双面夹角为180°，顺式结构的双面夹角为0°
        • 取代基电负性↑， 3J ↓：R=-CH3： Jtrans = 16.8, Jcis = 10.2 R=-F： Jtrans = 12.7, Jcis = 4.7
        • 与双键与共轭体系相连， 3J ↓：R=-COOR， Jtrans = 17.2, Jcis = 10.2
        • 环烯的环↑， 3J ↑
    • 间偶
    • 远程偶合，4J
      • 饱合化合物：W型偶合， 4J = 1 Hz 环张力↑或多种渠道发生的W型偶合， 4J ↑
      • π系统：烯丙基、高烯丙基 5J 偶合：折线型偶合 炔键、叠烯传递偶合最有效，有时可达7根键以上
  • 自旋系统
    • 定义：把几个互相偶合的核按偶合作用的强弱分成不同的系统，系统内部的核互相偶合，不和系统外核相互作用，系统间是隔离的
    • 命名规则
      • 英文字母：系统类型
        • 低级偶合
          • 条件：Δδ / J >> 6 意义：化学位移差距Δδ 比偶合常数J大得多，干扰较弱，图谱为一级（初级）图谱，组内质子为磁全同核 意义：磁全同质子间，虽然 J 不为0，但只表现出一个峰；裂分峰数目,符合2nI+1律；峰中心即为化学位移值；峰型大体左右对称；峰间距离等于偶合常数J；各裂分峰的强度比符合(a+b)n展开式系数比
        • 高级偶合
          • 条件：Δδ / J ≤ 6 意义：Δδ 值太小、为二级图谱、谱图复杂，难以解析、一级图谱的所有特征，都不具备意义 特点：Δδ 与测定条件有关，J 值与条件无关，不同仪器，可得不同的裂分系统
      • 字母下标的数字：磁全同核的个数
      • 化学等价而磁不等价：在字母上方用′加以标记