核磁共振(NMR)在當(dāng)今有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析中占有舉足輕重的地位。大到復(fù)雜天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)鑒定，小到有機(jī)合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征，NMR的身影無(wú)處不在。毫不夸張地說(shuō)，NMR就是有機(jī)合成人的眼睛。NMR技術(shù)博大精深，每個(gè)人掌握的水平也是良莠不齊，可能很多同學(xué)對(duì)NMR的應(yīng)用還停留在看看化學(xué)位移，數(shù)數(shù)積分?jǐn)?shù)值的層面上。以ChemDraw結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)研判NMR的同學(xué)請(qǐng)自行面壁。今天，借用魁北克大學(xué)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(shù)在有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析中的應(yīng)用策略。

　　作者開(kāi)篇先舉了兩個(gè)藥物研發(fā)領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)表征錯(cuò)誤的例子。2012年，C&EN警告消費(fèi)者博舒替尼(Bosutinib，1b)的錯(cuò)誤異構(gòu)體1a被在市面上出售，而該異構(gòu)體是沒(méi)有活性的。C&EN原文指出這兩個(gè)化合物的質(zhì)譜和元素分析是完全一樣的，雖然兩個(gè)化合物氫譜的芳環(huán)信號(hào)有所差異，但是如果不將這兩個(gè)化合物對(duì)比分析很難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

圖片來(lái)源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　另一個(gè)例子則是關(guān)于誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的化合物TIC10。這個(gè)化合物于1973年和2013年被兩個(gè)不同的公司申請(qǐng)了專利。隨后當(dāng)Scripps研究所人員在研究這個(gè)化合物時(shí)發(fā)現(xiàn)他們制備的化合物居然沒(méi)有活性。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，被兩個(gè)公司先后申請(qǐng)專利的化合物2a沒(méi)有活性，有活性的化合物是其異構(gòu)體2b。這個(gè)例子也真夠?qū)Φ闷養(yǎng)MCL作者給的這個(gè)化合物編號(hào)，雖然原文作者不是中國(guó)人。

圖片來(lái)源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　咱們接下來(lái)就按照原文作者的思路學(xué)習(xí)一下什么情況下該用什么NMR實(shí)驗(yàn)鑒定結(jié)構(gòu)。

　　區(qū)域異構(gòu)(Regioisomerism)

　　有的反應(yīng)由于不可控性會(huì)使得一些官能團(tuán)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(gòu)體。這種情況下利用常規(guī)的LC-MS和1H NMR是很難進(jìn)行有效區(qū)分的。這時(shí)應(yīng)用HMQC(HSQC)和HMBC兩種2D-NMR實(shí)驗(yàn)通?？梢暂p而易舉地解決這種問(wèn)題。如下圖所示，作者隨手給了一個(gè)應(yīng)用HMBC鑒定區(qū)域異構(gòu)體的例子。

圖片來(lái)源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　當(dāng)然，作者也提到了HMBC實(shí)驗(yàn)本身的一些不足，比如會(huì)有1JH,C和4JH,C信號(hào)的干擾，這有時(shí)會(huì)影響一些化合物的解析。分享一個(gè)我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)吧：1JH,C信號(hào)結(jié)合HSQC譜很容易分辨，所以也有人管這個(gè)信號(hào)叫QC殘留信號(hào)。對(duì)于4JH,C信號(hào)，當(dāng)用核磁軟件讀取原始HMBC數(shù)據(jù)圖時(shí)可以通過(guò)調(diào)整切面高度，比較信號(hào)強(qiáng)度等手段排除4JH,C信號(hào)的干擾。

　　另外，作者認(rèn)為2D-NMR實(shí)驗(yàn)中的ROESY實(shí)驗(yàn)在判別區(qū)域異構(gòu)體時(shí)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(gè)例子。

圖片來(lái)源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　同樣，作者也提到了ROESY實(shí)驗(yàn)的一些缺點(diǎn)，主要是會(huì)有一些假信號(hào)的干擾。說(shuō)到這，再跟大伙分享一個(gè)自己的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)吧：ROESY實(shí)驗(yàn)確實(shí)方便，一下子能獲得分子所有氫原子之間的空間關(guān)系。ROESY譜中有相關(guān)信號(hào)的兩個(gè)氫原子位置相近這毋庸置疑，但是ROESY譜中沒(méi)有相關(guān)信號(hào)的兩個(gè)氫原子不一定空間距離遠(yuǎn)。對(duì)于這種有疑問(wèn)的氫原子需要做1D-NOE差譜來(lái)最終給出結(jié)論。[此處可以有掌聲]

　　幾何異構(gòu)(Geometric Isomerism)

　　幾何異構(gòu)體(E/Z)常見(jiàn)于各種含雙鍵化合物當(dāng)中。通常，大家可以通過(guò)雙鍵上兩個(gè)氫原子的耦合常數(shù)進(jìn)行判斷，cis構(gòu)型的耦合常數(shù)大約在3-13 Hz，trans構(gòu)型的耦合常數(shù)大約在12-20 Hz?；A(chǔ)知識(shí)稍微扎實(shí)點(diǎn)的同學(xué)都是知道這些考點(diǎn)的?？墒牵?dāng)雙鍵上的氫原子和其他原子存在耦合時(shí)，圖譜變得復(fù)雜，耦合常數(shù)很難準(zhǔn)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(jiàn)下圖，藍(lán)色圖譜是選擇性去耦之后的氫譜。

圖片來(lái)源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　看完作者舉的圖，我想到一個(gè)簡(jiǎn)單粗暴方法，換機(jī)器唄(混過(guò)網(wǎng)吧的同學(xué)肯定懂的)，400 MHz測(cè)的不行就換600 MHz，要不換800 MHz，還有1G的呢，備不住過(guò)兩年聽(tīng)著更像U盤了，2G、4G、8G，神馬都有。

　　旋轉(zhuǎn)異構(gòu)/阻轉(zhuǎn)異構(gòu)(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(zhuǎn)或者環(huán)的自由翻轉(zhuǎn)，這就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體或阻轉(zhuǎn)異構(gòu)體。遇到這種情況，作者提供了常見(jiàn)的解決辦法：換溶劑、變溫度以及ROESY。作者以三級(jí)酰胺的NMR變溫實(shí)驗(yàn)和ROESY實(shí)驗(yàn)為例介紹了這種旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體的NMR信號(hào)特點(diǎn)。

　　圖片來(lái)源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　N-烷基化和O-烷基化(N- vs. O-Alkylation)

　　當(dāng)分子中的氮原子和氧原子都可被烷基化時(shí)，我們需要對(duì)產(chǎn)物的烷基化位點(diǎn)進(jìn)行分辨。除去之前提到的ROSEY、HBMC或HSQC實(shí)驗(yàn)可以用于解析烷基化位點(diǎn)以外，碳譜中的化學(xué)位移值也可以很容易地鑒定出產(chǎn)物的烷基化位置。這個(gè)簡(jiǎn)單也常見(jiàn)，咱就不多說(shuō)了。

圖片來(lái)源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　立體化學(xué)異構(gòu)體(Stereoisomerism)

　　確定手性分子的絕對(duì)構(gòu)型一直以來(lái)都是富有挑戰(zhàn)性的。作者也承認(rèn)X射線單晶衍射技術(shù)無(wú)疑是最合適的手段，但是ROESY實(shí)驗(yàn)在很大程度上能夠給出化合物的相對(duì)立體構(gòu)型。作者以化合物9為例，利用ROESY譜相關(guān)信號(hào)的強(qiáng)弱解析了該化合物的相對(duì)立體構(gòu)型。

圖片來(lái)源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　文末，作者總結(jié)了一個(gè)超級(jí)實(shí)用的表格告訴大家什么情況應(yīng)該用哪種NMR技術(shù)。

圖片來(lái)源：Bioorg. Med. Chem. Lett.

　　絕對(duì)的實(shí)用干貨，適用于大多數(shù)有機(jī)合成初學(xué)者，同學(xué)們可以多多轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)為業(yè)的植化/天然藥化大牛們也來(lái)分享自己的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

　　最后，本人安利兩本書吧，絕對(duì)是學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)解析的經(jīng)典教材。英語(yǔ)閱讀無(wú)障礙，喜歡原汁原味的同學(xué)請(qǐng)看原著;能夠接受翻譯版本的同學(xué)就看藥明康德分析部譯的這個(gè)中文版吧。

圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)