核磁共振技术及其在天然产物结构鉴定中应用.pdfVIP

核磁共振技术及其在天然产物结构鉴定中的应用 张嫚丽1 史清文1* 顾玉诚1,2 （1． 河北医科大学药学院天然药物化学教研室， 河北 石家庄 050017 ； 2 ． Jealott’s Hill International Research Centre, Syngenta, Berkshire, RG42 6EY, UK ） [主题词] 核磁共振；一维核磁共振谱；二维核磁共振谱；结构鉴定 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 是一种基于具有自旋性质的原子 核在核外磁场作用下,吸收射频辐射而产生能级跃迁的谱学技术。该现象早在1946年 已被 Bloch 和 Purcell 等人用实验所证实。核磁共振现象的发现具有十分重要的意 义，不仅为量子力学的基本原理提供了直接的验证，而且为多个学科领域的研究提 供了一种不可或缺的分析与测试手段，特别是在复杂化合物的结构鉴定中具有独特 的优势并已取代了一些其他的分析手段。核磁共振技术主要有两个学科分支：核磁 共振波谱技术 (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR)和核磁共振成像技 术 （Magnetic Resonance Imaging，MRI ）。核磁共振波谱技术是基于化学位移的原 理发展起来的，主要用于测试物质的化学成分和分子结构。核磁共振成像技术诞生 于1973年，它是利用磁场与射频脉冲使结构组织内氢质子运动产生信号，经计算机 处理而成像的，它是一种无损害技术，可以用于获取多种物质的内部结构图像，现 在在临床医疗诊断中得到了广泛的应用。 1 核磁共振的基本概念 核磁共振 （NMR ）是共振现象的一种, 是指原子核在运动中吸收外界能量产生 的一种能量跃迁现象,这种现象只能出现在相邻的两个能量之间。对氢原子而言, 在 静磁场中处于两种基本能量状态, 指向磁场方向的原子核处于低能级, 逆向磁场方 向的原子核处于高能级, 由磁场和温度来决定两种基本能量状态核子之间的动态平 衡。将样品放入大磁场中, 加入与静磁场相交成一定角度的, 并发射与该样品原子核 运动频率(原子核在静磁场中按正确的角度旋转频率, 也称拉莫尔频率) 相同的射频 脉冲(RF 脉冲), 即RF脉冲与拉莫尔频率相同时, 质子磁矩会吸收RF脉冲的能量, 使磁矩从低能级跃迁到高能级, 称共振吸收。移去RF脉冲后, 质子磁矩便从高能级 - 1 - 回到低能级, 并将吸收的能量以电磁波的形式发射出来, 称为共振发射。上述吸收与 发射的过程称为核磁共振。 2 核磁共振的发展简史 1946年美国斯坦福大学的物理学家Bloch和哈佛大学的物理学家Purcell首次观 测到了核磁共振信号，并由此获得了1952年的诺贝尔奖。同样在1952年第一台30兆 周的核磁共振仪(Varian) 问世。1959年发现偶合常数取决于邻位氢的二面夹角，并于 [1] 1963年发表了计算偶合常数和邻位氢的二面夹角关系的Karplus公式 。1962年第一 台220兆周的超导核磁共振仪(Varian) 问世。1965年NOE谱用于构象研究。同样在1965 年傅立叶变换 （Fourier Transform ）技术被应用到核磁共振领域。1969年第一台90 兆周的傅立叶变换核磁共振仪(Bruker)被商业化生产。1971年提出了二维核磁共振的 概念。1973年360兆周的超导核磁共振仪(Bruker)被应用于结构鉴定。至七十年代中 期核磁共振碳谱成了结构鉴定的常规分析方法。1979年观测到了碳氢相关二维核磁 共振谱(HMQC)和二维NOE谱(NOESY)[2-4] 。同年生产出了500兆周的超导核磁共振 仪(Varian) 。1981年核磁共振技术被应用于医疗诊断。1986年观测到了碳氢远程相关 二维核磁共振谱(HMBC)[5,6