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核磁共振实验200例——实用教程 - [德]斯蒂芬·勃格、[德]希格玛·布朗著

上一篇 / 下一篇 2008-04-01 23:42:03

出版日期:2008年1月
当NMR(核磁共振)波谱学已经以惊人的速度发展了近60年，并将继续快速发展下去之际，其重要性即毋庸置疑。NMR领域最近两次获得的诺贝尔奖，即2002年的蛋白质NMR波谱学和2003年的NMR在医学领域的应用，就是对该领域重要性的有力证明。鉴于NMR波谱学持续快速的新发展所产生的吸引力和挑战性，以及我们出版的两本书即“100 and More Basic NMR Experiments”（1996年）和“150 and More Basic NMR Experiments”（1998年）受到广泛认可和好评，对此，我们备受鼓舞，感到是重新修订和扩展前书内容的时候了。修订后的新版书包括应用于化学领域的NMR实验，书名为《200 and More NMR Experiments—A Practical Course》，仍遵循“边做边学”的原则。那么，新的第三版具有哪些特色呢？（1）第二版的所有实验经过校核，消除了其中发现的一些谬误。（2）在第二版的14个章节中新增加了24个新实验。其中，大多数（15个）新实验编入第11章和第12章，内容包括具有梯度选择的重要的新一维（1D）和二维（2D）实验，即双量子和两步滤波、α/βSELINCORTOCSY、WET、3个DOSY实验、ctCOSY、HMSC、修正的HSQC、采用绝热脉冲的HSQC、HETLOC、J分辨的HMBC、（1，1）和（1，n）ADEQUATE；3个新实验增加到更侧重于化学的第8章中（Ka的测定、通过交换反应抑制水峰以及STD）；2个新实验添加到固体NMR方面的第14章中（REDOR和HRMAS）。已增加的其他实验分别是关于射频场均匀性（见第3章）、基本NOE差谱（见第4章）、DEPTQ（见第6章）和常规HETLOC（见第10章）方面的实验。（3）经过专门设计的20个新的蛋白质NMR实验收集在新增的第15章“蛋白质NMR”中，这是本书的一个重要特色和关键所在。第15章包括了最先进和必需的实验——绝大多数为三维（3D）类型——这些实验将引导该领域的初学者迈入蛋白质结构测定这个具有挑战性的世界。对于这些实验，需要特殊的典型样品——全13C和15N标记的人泛蛋白。在关键“构筑单元”的基础上，借助于一些通常很长而又复杂的脉冲序列，展示了解析蛋白质结构的过程。这些“构筑单元”中的大多数在前面的章节中作为独立的准备实验已经介绍，如INEPT转移、CT原理、PEP方法、滤波、梯度选择、回波/反回波步骤等。（4）在已有的两个附录［仪器术语（现为附录2）、基本乘积算符形式运算规则（现为附录4）］基础上，新增加了3个附录，以帮助初学者克服初始的障碍。附录1是实验中使用的标准Bruker脉冲序列清单，我们期盼其他仪器制造厂家能将相应的脉冲程序发布在我们的网站上，以帮助熟悉相关仪器的本书读者。附录3作为一种“指引文件”，根据某些重要的工作目的对实验进行了分类，即校验、维护、常规有机结构测定、耦合常数数值测定和核间的邻近/距离关系，最后是具有更偏重教学特点的实验。附录5列出了巴豆酸乙酯与马钱子碱的 1H和13C化学位移及自旋耦合常数。这样，现在的这本书得到了大大的扩充，其中囊括了206个实验，这些实验被分别安排在15章中，并列有5个附录。那么，哪些内容保持原样呢？如上所述，在前14章中保留了原有的整体编写构架风格，在此基础上增加了第15章，同时，在标准章节标题下的原有实验叙述体系予以保留，因为这种形式被证明是非常有效的。下面特别为新读者提供本书的结构梗概。第1章是关于FT NMR 谱仪和仪器操作方面（如探头调谐、锁场和匀场）的预备性简介。第2～15章是具体的实验描述，大部分是关于1H和13C的实验，在各章的编排上尽量按特定的用途或技术分类，在每一章的开头都有简短的概述。第2～15章的内容涉及从脉冲持续时间的测定、常规谱和校验步骤以及去耦技术、变温操作、镧系诱导位移的测量，到1D多脉冲序列和异种核素（如6Li、15N和17O）的观测等，也包括目前有较大需求的实验——运用选择性脉冲的实验、二维和三维NMR的实验、梯度场的应用实验、固体试样的检测，以及作为新热点的利用NMR波谱学确定蛋白质结构的一些实验。本书中编排的所有实验都已专门做过，并且加以确切的表述和描绘。书中选用了4个化合物作为主要的演示试样，即氯仿、巴豆酸乙酯、马钱子碱和标记了的人泛蛋白（后两者必须用密封好的试样）。对每个实验，书中都详细地描述了实验步骤，并附有相关的背景信息，分别按下述各小节编写而成：实验目的阐明该实验的思路和目的，并指导读者参阅有关的实验。参考文献列出原始出版物和后续改进方法的参考文献，以及（或）专著和综述性文章中的有关章节信息。脉冲时序图和相循环给出与仪器类型无关的图形和自解释形式的脉冲程序，以及脉冲和接收器的全部相循环，即使对只用一次脉冲程序就能完成的特殊实验也作了同样安排。为便于更好地理解，许多实验还给出了相关途径。数据采集数据采集是实验的主要部分，内容包括关于所用试样的说明、谱仪的配置、程序类型，最后是完成该实验必须设定的参数。数据处理描述如何处理时域数据。实验结果提供严格按照所给实验步骤进行操作所获得的谱图，并且包括作为解释的某些标注。注释和评述包括对脉冲序列中最重要步骤的解释，有时用乘积算符形式来描述。观测记录鼓励用户记录在自己的特定NMR谱仪上完成实验所做的标注、校核或提示。本书中实验参数的命名以我们所用的Bruker公司的NMR谱仪所采用的术语为准。显然，特定实验的采样程序就无法清楚地给出了，不过附录1列出了所用Bruker脉冲程序的有关信息。需要说明的是，采样程序不必转移到同一仪器公司的其他谱仪上，因为同一仪器制造厂家也可能会使用不同的术语。更严格地说，知名程度相当的不同仪器制造厂家，其术语在总体上是不同的。附录2给出的仪器语言纲要对上述两种情况都会有所帮助。应该指出，在“数据采集”小节的开头给出的“所需时间”只包括测量时间，而且只是粗略的表示；最小的时间单位是5min。对于书中所给的几个实验，尤其是最新的那些实验，仪器制造厂家的软件可能还没有包含专门的采样程序（见附录1）。在这种情况下，您可以向仪器制造厂家的应用化学人员求得帮助。如果您需要我们已经写好的程序或者本书所述实验涉及到的专门仪器（AM AC AMX ARX或Advance型号的NMR谱仪）程序的话，请发传真或电子邮件给通讯作者。本书中所述的实验条件一般没有经过优化。在所有情况中，给出的结果确实代表着我们所获得的、未经修饰的甚至有时是在所用试样不太纯的情况下得到的结果。关于如何最大程度地使用好这本实验集，此处我们提一点建议，希望对读者有所帮助。原则上讲，由于每个实验自成一体，您可以直接跳到准备做的实验的那一章。不过，我们还是建议初学者首先阅读第1章和第3章的概述部分并完成标准的1H和13C的实验31与实验32（在所用仪器上用预设的90°脉冲宽度等），然后自己确定脉冲，在继续实验之前至少完成实验21～实验23。对于每一个实验，无论您是否是初学者，建议您首先阅读完全部叙述，包括“注释和评述”，这样才会了解实验的来龙去脉、必要的先决条件以及可能出现的问题等多方面的信息，也会找到利用并不高级的仪器完成实验所需参考的相关文献。当计划做更高级的实验时，您可以从一个已知的、与设计实验水平相近的实验开始做起，作为检查并由此熟悉实验描述中所用的符号和注释。应该说，书中所给出的理论并非尽善尽美，但在“注释和评述”中您往往可以发现基于乘积算符形式（POF，见附录4）的某些理论背景信息，而参考文献也将有助于您对相关问题作进一步研究，使自己在这方面达到更深层次的洞察和理解。实事求是地说，书中所选的实验在某种程度上缘于我们的主观偏爱。假如您没有从中发现自己喜欢的实验，请您毫不迟疑地告诉我们。总之，为使每一位读者都能从这本书中获得最大的裨益，我们期待所有读者对本书提出评论和改进意见，或者提示我们纠正错误和不合理之处。实践证明，电子邮件是读者和作者之间进行相互交流的快捷而不拘形式的手段，通过交流，也许会使本书成为一本更具活力的工具书。此外，在因特网上，以后您也许会发现一张有望是简短的、更为认真的纠错清单。本书通讯作者的地址是：ProfDrStefan BergerInstitut für Analytische Chemieder Universitt LeipzigLinnéstr 3D04103 Leipzigemail：stberger@rzunileipzigdeFax：+49 341—9736115或9711833Internet：http：//wwwunileipzigde/～nmr/STB/indexhtml最后，真诚地感谢许多同事和读者的建议与校正。在本书的编写过程中，我们的研究生作了有益的评论，Wolfgang Bermel博士（BrukerBiospin）阅读了第15章的手稿，JKBecconsall博士做了非常细致的拷贝编辑工作，秘书Frau Uta Zeller对全书850页作了精细的调整。在此，对他们的辛勤劳动表示衷心的感谢！斯蒂芬·勃格希格玛·布朗20043 第1章NMR谱仪1
11NMR谱仪的组成1
111磁体1
112谱仪箱1
113计算机2
114维护2
12探头调谐3
13锁通道3
14匀场技术5
141匀场梯度6
142匀场步骤6
143梯度匀场9
第2章脉冲持续时间的测定11
实验 211H发射器90°脉冲持续时间的测定11
实验2213C 发射器90°脉冲持续时间的测定13
实验231H去耦器90°脉冲持续时间的测定15
实验24谱仪具有反向构件的90° 1H脉冲18
实验25具有反向构件的90° 13C去耦器脉冲19
实验26组合脉冲22
实验27辐射阻尼24
实验28脉冲和接收器相位26
实验29射频功率的测定28
第3章常规NMR谱和标准测试31
实验31标准1H NMR实验31
实验32标准13C NMR实验35
实验33窗口函数的应用39
实验 34计算机辅助谱图解析41
实验 351H NMR谱的线形检测43
实验361H NMR谱的分辨率检测45
实验 371H NMR谱的灵敏度测试47
实验3813C NMR谱的线形检测49
实验3913C NMR谱的ASTM灵敏度检测50
实验31013C NMR谱的灵敏度检测52
实验311正交图像测试54
实验312信号幅度的动态范围测试56
实验 31313°相位稳定性检测57
实验314射频场均匀性59
第4章去耦技术62
实验41同核去耦的去耦器校准63
实验42异核去耦的去耦器校准64
实验43异核去耦的低功率校准66
实验 44同核去耦68
实验45两种频率的同核去耦70
实验 46同核SPT实验71
实验 47异核 SPT 实验74
实验48基础同核NOE差谱实验76
实验 49一维核的欧沃豪塞差谱78
实验410多重选择性辐照一维NOE谱80
实验4111H偏共振去耦的13C NMR谱82
实验412门控1H去耦技术84
实验413反转门控1H去耦技术85
实验41413C NMR谱的1H单频率去耦87
实验41513C NMR谱的1H低功率去耦89
实验416异核NOE效应的测量91
第5章动态NMR谱93
实验51用甲醇作低温校准94
实验52用1,2乙二醇作高温校准96
实验53二甲基甲酰胺的动态1H NMR谱98
实验54饱和转移实验 100
实验55旋转坐标系中弛豫时间T1ρ的测量102
第6章一维多脉冲序列105
实验61自旋晶格弛豫时间T1的测定105
实验62自旋自旋弛豫时间T2的测定108
实验63SEFT测13C NMR谱110
实验64APT测13C NMR谱112
实验65基础INEPT技术114
实验66INEPT+116
实验67重聚焦的INEPT118
实验68反向INEPT120
实验69DEPT135122
实验 610用DEPT编辑13C NMR谱124
实验611DEPTQ126
实验612用PENDANT确定多重度128
实验613一维INADEQUATE130
实验614BIRD滤波132
实验615TANGO134
实验616异核双量子滤波137
实验617用自旋锁定脉冲进行净化139
实验618预饱和法抑制水峰 141
实验619跳跃返回法抑制水峰143
第7章选择性脉冲NMR谱145
实验71整形90° 1H发射器脉冲的确定146
实验72整形90° 1H去耦器脉冲的确定148
实验73整形90° 13C去耦器脉冲的确定150
实验74利用DANTE进行选择性激发152
实验75SELCOSY154
实验76SELINCOR：经由1J（C，H）的选择性反向HC相关156
实验77SELINQUATE 158
实验78选择性TOCSY160
实验79INAPT162
实验710长程CH耦合常数的测定164
实验711SELRESOLV167
实验712SERF169
第8章辅助试剂、定量测定和反应机理171
实验 81利用镧系位移试剂进行信号分离171
实验 82利用手性位移试剂对对映异构体进行信号分离174
实验 83利用手性溶剂化试剂对对映异构体进行信号分离176
实验 84用Pirkle试剂测定对映异构体纯度177
实验85用31P NMR测定对映异构体纯度179
实验86用高级Mosher法确定绝对构型181
实验87芳香族溶剂诱导的位移（ASIS）184
实验88羟基质子的NMR谱与H/D交换185
实验89用交换试剂抑制水峰187
实验810同位素对化学屏蔽的影响189
实验811用13C NMR测定 pKa192
实验812缔合常数Ka的测定194
实验813饱和转移NMR差谱197
实验814弛豫试剂Cr（acac）3200
实验815用NMR测定顺磁性物质的磁化率201
实验816顺磁性化合物的1H 和13C NMR谱203
实验817CIDNP效应206
实验8181H NMR谱定量测定波兰伏特加酒中的酒精含量208
实验819反转门控1H 去耦的13C NMR定量谱210
实验820用液晶溶剂进行NMR测量212
第9章异核NMR谱215
实验91使用DEPT的1H去耦15N NMR谱219
实验92使用DEPT的1H耦合15N NMR谱221
实验9319F NMR谱222
实验94使用DEPT的29Si NMR谱224
实验95使用自旋锁定极化的29Si NMR谱226
实验96119Sn NMR谱229
实验972H NMR 谱231
实验9811B NMR谱233
实验99使用RIDE的17O NMR 谱234
实验910使用ARING的47/49Ti NMR谱236
第10章二维NMR谱240
实验101二维J分辨1H NMR谱243
实验102二维J分辨13C NMR谱245
实验103基本H，HCOSY实验247
实验 104长程 COSY249
实验105相敏COSY251
实验106 相敏 COSY45253
实验107ECOSY255
实验108带预饱和的双量子滤波COSY257
实验109完全耦合的CH相关（FUCOUP）259
实验1010通过极化转移的CH相关(HETCOR)261
实验1011通过极化转移的长程CH相关264
实验1012长程耦合的CH 相关(COLOC)266
实验 1013基本HMQC实验268
实验1014用BIRD 过滤和GARP 去耦的相敏HMQC270
实验 1015穷人的梯度 HMQC272
实验1016用BIRD滤波的相敏HMBC275
实验1017基本HSQC 实验277
实验1018HOHAHA 或 TOCSY 实验279
实验1019HETLOC282
实验1020NOESY实验284
实验1021CAMELSPIN或ROESY实验287
实验1022HOESY实验289
实验1023二维INADEQUATE291
实验1024EXSY实验293
实验1025XY相关295
第11章应用脉冲梯度场的一维NMR谱299
实验111脉冲梯度场的校准300
实验112梯度预加强302
实验113梯度放大器试验304
实验114脉冲梯度场下凹延迟的测定306
实验115脉冲梯度场自旋回波实验308
实验116选择性脉冲的激发图形310
实验117梯度异核双量子滤波312
实验118梯度zz滤波314
实验119梯度选择的两步低通滤波316
实验1110gsSELCOSY319
实验1111gsSELTOCSY321
实验1112DPFGSENOE324
实验1113gsSELINCOR326
实验1114α/βSELINCORTOCSY328
实验1115GRECCO331
实验1116WATERGATE333
实验1117用激发刻蚀抑制水峰335
实验1118用WET抑制溶剂峰337
实验1119DOSY339
实验1120INEPTDOSY341
实验1121DOSYHMQC343
第12章应用梯度场的二维NMR谱347
实验121gsCOSY347
实验122恒定时间的COSY350
实验123相敏的gsDQFCOSY352
实验124gsHMQC355
实验125gsHMBC357
实验126ACCORDHMBC359
实验127HMSC362
实验128灵敏度提高的相敏gsHSQC365
实验129灵敏度提高的编辑HSQC367
实验1210高场仪器用绝热脉冲的HSQC370
实验1211gsTOCSY373
实验1212gsHMQCTOCSY375
实验1213gsHETLOC377
实验1214gsJ分辨的HMBC383
实验12152QHMBC385
实验1216检测1H的2DINEPTINADEQUATE388
实验12171，1ADEQUATE391
实验12181，nADEQUATE394
实验1219gsNOESY397
实验1220gsHSQCNOESY399
实验1221gsHOESY401
实验1222用gsHMQC实现1H15N相关404
第13章三维NMR谱407
实验 1313D HMQCCOSY408
实验1323D gsHSQCTOCSY411
实验133三维HCP的相关414
实验1343DHMBC417
第14章固体（态）NMR谱420
实验141固体的探头匀场421
实验142调节魔角423
实验143哈特曼哈恩匹配425
实验144基础CP/MAS实验427
实验145TOSS430
实验146SELTICS432
实验147固态中连接关系的测定434
实验148REDOR436
实验149高分辨魔角旋转439
第15章蛋白质NMR442
实验151蛋白质NMR脉冲的确定444
实验152HNHSQC446
实验153HCHSQC450
实验154MUSIC453
实验155使用TROSY确定HN相关456
实验156HNTOCSYHSQC459
实验157HNCA463
实验158HN（CO）CA467
实验159HNCO471
实验1510HN（CA）CO476
实验1511HCACO480
实验1512HCCHTOCSY484
实验1513CBCANH488
实验1514CBCA(CO)NH492
实验1515HBHA(CBCACO)NH496
实验1516HN(CA)NNH500
实验1517HNNOESYHSQC504
实验1518HCNOESYHSQC508
实验1519三维HCNNOESY512
实验1520HNCAJ515
附录520
附录1脉冲程序520
附录2仪器术语521
附录3实验分类523
附录4基本乘积算符形式运算规则524
附录5巴豆酸乙酯和马钱子碱的化学位移和自旋耦合数据525
NMR常用专业术语英汉对照（原文节选）
本书可作为化学、物理、生物、医学、材料等领域从事NMR技术研究和应用的相关人员的必备参考书，也可作为相关专业研究生和高年级本科生的实用教材。核磁共振（NMR）技术作为化学、物理、生物、医学、材料等诸多领域研究的强有力工具，其应用日益广泛，尤其是在对有机化合物和生物大分子的结构鉴定方面，具有极其重要的地位。本书针对核磁共振技术涉及原理复杂、应用领域广泛但实验操作较“难”的特点，以实验的形式讲解理论和操作。全书内容丰富，涵盖了从仪器及其调试到单脉冲、多脉冲、整形脉冲、选择性脉冲和梯度场脉冲等各种脉冲技术，以及相循环、回波/反回波、保存等价途径、去耦、滤波、极化转移、多量子、抑制水（溶剂）峰、扩散排序、魔角旋转等诸多技术，从常规的一维实验到二维、三维实验以及固体核磁、蛋白质分析应用，从氢、碳核测试到多种核素测试，从常规的静态结构分析到动态学研究,可谓包罗万象。在内容编排上，本书坚持边做边学的原则，循序渐进，由浅入深，是近年来难得的一本集基础性、实践性、理论性、应用性、教学性和手册性于一身的优秀图书，原著自1996年第一版出版以来即受到相关读者的普遍欢迎。本书可作为化学、物理、生物、医学、材料等领域从事NMR技术研究和应用的相关人员的必备参考书，也可作为相关专业研究生和高年级本科生的实用教材。