核磁共振(NMR)在當今有機化合物結構解析中占有舉足輕重的地位。大到復雜天然產(chǎn)物的結構鑒定，小到有機合成產(chǎn)物的結構表征，NMR的身影無處不在。毫不夸張地說，NMR就是有機合成人的眼睛。NMR技術博大精深，每個人掌握的水平也是良莠不齊，可能很多同學對NMR的應用還停留在看看化學位移，數(shù)數(shù)積分數(shù)值的層面上。以ChemDraw結果為標準研判NMR的同學請自行面壁。今天，借用魁北克大學Steven R. LaPlante課題組在Bioorg. Med. Chem. Lett.發(fā)表的文章幫大伙擦亮雙眼，分享一下各種NMR技術在有機化合物結構解析中的應用策略。

　　作者開篇先舉了兩個藥物研發(fā)領域中結構表征錯誤的例子。2012年，C&EN警告消費者博舒替尼(Bosutinib，1b)的錯誤異構體1a被在市面上出售，而該異構體是沒有活性的。C&EN原文指出這兩個化合物的質譜和元素分析是完全一樣的，雖然兩個化合物氫譜的芳環(huán)信號有所差異，但是如果不將這兩個化合物對比分析很難發(fā)現(xiàn)問題。

圖片來源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　另一個例子則是關于誘導腫瘤細胞凋亡的化合物TIC10。這個化合物于1973年和2013年被兩個不同的公司申請了專利。隨后當Scripps研究所人員在研究這個化合物時發(fā)現(xiàn)他們制備的化合物居然沒有活性。經(jīng)過仔細分析后發(fā)現(xiàn)，被兩個公司先后申請專利的化合物2a沒有活性，有活性的化合物是其異構體2b。這個例子也真夠對得起B(yǎng)MCL作者給的這個化合物編號，雖然原文作者不是中國人。

圖片來源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　咱們接下來就按照原文作者的思路學習一下什么情況下該用什么NMR實驗鑒定結構。

　　區(qū)域異構(Regioisomerism)

　　有的反應由于不可控性會使得一些官能團以非常規(guī)形式連接到另一分子上從而產(chǎn)生區(qū)域異構體。這種情況下利用常規(guī)的LC-MS和1H NMR是很難進行有效區(qū)分的。這時應用HMQC(HSQC)和HMBC兩種2D-NMR實驗通?？梢暂p而易舉地解決這種問題。如下圖所示，作者隨手給了一個應用HMBC鑒定區(qū)域異構體的例子。

圖片來源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　當然，作者也提到了HMBC實驗本身的一些不足，比如會有1JH,C和4JH,C信號的干擾，這有時會影響一些化合物的解析。分享一個我個人的經(jīng)驗吧：1JH,C信號結合HSQC譜很容易分辨，所以也有人管這個信號叫QC殘留信號。對于4JH,C信號，當用核磁軟件讀取原始HMBC數(shù)據(jù)圖時可以通過調(diào)整切面高度，比較信號強度等手段排除4JH,C信號的干擾。

　　另外，作者認為2D-NMR實驗中的ROESY實驗在判別區(qū)域異構體時也可以作為重要的依據(jù)，它可以提供分子內(nèi)空間距離在5埃之內(nèi)的氫原子信息。如下圖所示，作者又舉了一個例子。

圖片來源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　同樣，作者也提到了ROESY實驗的一些缺點，主要是會有一些假信號的干擾。說到這，再跟大伙分享一個自己的實戰(zhàn)經(jīng)驗吧：ROESY實驗確實方便，一下子能獲得分子所有氫原子之間的空間關系。ROESY譜中有相關信號的兩個氫原子位置相近這毋庸置疑，但是ROESY譜中沒有相關信號的兩個氫原子不一定空間距離遠。對于這種有疑問的氫原子需要做1D-NOE差譜來最終給出結論。[此處可以有掌聲]

　　幾何異構(Geometric Isomerism)

　　幾何異構體(E/Z)常見于各種含雙鍵化合物當中。通常，大家可以通過雙鍵上兩個氫原子的耦合常數(shù)進行判斷，cis構型的耦合常數(shù)大約在3-13 Hz，trans構型的耦合常數(shù)大約在12-20 Hz?；A知識稍微扎實點的同學都是知道這些考點的?？墒?，當雙鍵上的氫原子和其他原子存在耦合時，圖譜變得復雜，耦合常數(shù)很難準確讀出。作者提示咱們，可以嘗試選擇性去耦氫譜讀出耦合常數(shù)，具體的例子見下圖，藍色圖譜是選擇性去耦之后的氫譜。

圖片來源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　看完作者舉的圖，我想到一個簡單粗暴方法，換機器唄(混過網(wǎng)吧的同學肯定懂的)，400 MHz測的不行就換600 MHz，要不換800 MHz，還有1G的呢，備不住過兩年聽著更像U盤了，2G、4G、8G，神馬都有。

　　旋轉異構/阻轉異構(Rotamers/Atropisomers)

　　在某些分子中，一些特殊因素可以限制單鍵的自由旋轉或者環(huán)的自由翻轉，這就產(chǎn)生了旋轉異構體或阻轉異構體。遇到這種情況，作者提供了常見的解決辦法：換溶劑、變溫度以及ROESY。作者以三級酰胺的NMR變溫實驗和ROESY實驗為例介紹了這種旋轉異構體的NMR信號特點。

　　圖片來源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　N-烷基化和O-烷基化(N- vs. O-Alkylation)

　　當分子中的氮原子和氧原子都可被烷基化時，我們需要對產(chǎn)物的烷基化位點進行分辨。除去之前提到的ROSEY、HBMC或HSQC實驗可以用于解析烷基化位點以外，碳譜中的化學位移值也可以很容易地鑒定出產(chǎn)物的烷基化位置。這個簡單也常見，咱就不多說了。

圖片來源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　立體化學異構體(Stereoisomerism)

　　確定手性分子的絕對構型一直以來都是富有挑戰(zhàn)性的。作者也承認X射線單晶衍射技術無疑是最合適的手段，但是ROESY實驗在很大程度上能夠給出化合物的相對立體構型。作者以化合物9為例，利用ROESY譜相關信號的強弱解析了該化合物的相對立體構型。

圖片來源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　文末，作者總結了一個超級實用的表格告訴大家什么情況應該用哪種NMR技術。

圖片來源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　絕對的實用干貨，適用于大多數(shù)有機合成初學者，同學們可以多多轉發(fā)，拯救更多被NMR困擾的小伙伴們。我們更歡迎各位整日以鑒定結構為業(yè)的植化/天然藥化大牛們也來分享自己的寶貴經(jīng)驗。

　　最后，本人安利兩本書吧，絕對是學習結構解析的經(jīng)典教材。英語閱讀無障礙，喜歡原汁原味的同學請看原著;能夠接受翻譯版本的同學就看藥明康德分析部譯的這個中文版吧。

圖片來自網(wǎng)絡