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學習重點 依實驗原理區分核磁共振技術：哪些經化學鍵偶合建立關聯，哪些靠空間接近，哪些依分子擴散。 熟記 DEPT-90 與 DEPT-135 的碳類型訊號：DEPT 用來辨識碳級數，DEPT-90 只顯示 CH（三級碳）。 區分 COSY 的氫－氫關聯，以及 HMQC、HSQC、HMBC 的碳－氫關聯。 能從二維圖譜的座標軸、對角線與交叉峰判斷是否為 COSY，並會數 COSY 中某個氫的關聯數目。 理解 DOSY 的擴散分離原理與應用：混合物分析、粗萃取物去重複、植物藥品管，以及「沒有五種成分上限」的觀念。 核心觀念 一、先辨認實驗依據：化學鍵、空間或擴散 核磁共振中的「相關」不一定表示原子直接相連。COSY、TOCSY、HMQC、HSQC 與 HMBC 都利用經化學鍵傳遞的純量偶合（J coupling）建立關聯，屬於以鍵結偶合為基礎的二維實驗。NOESY 則利用核 Overhauser 效應（NOE），提供空間接近的資訊，不是以鍵結偶合為基礎。DOSY 則依分子在溶液中的擴散係數區分訊號。 技術主要觀察內容作答關鍵 COSY氫－氫偶合關聯（經鍵）提供氫－氫偶合資料；兩軸皆為 ¹H 化學位移 TOCSY同一自旋系統內所有氫的關聯（經鍵）可沿偶合網路傳遞，不限於直接互相偶合的一對氫 NOESY空間上接近的氫之間的關聯（經空間）判斷相對立體結構與構形 HMQC、HSQC碳－氫單鍵關聯（經鍵）判斷氫直接接在哪個碳上；一軸為 ¹³C、一軸為 ¹H HMBC碳－氫多鍵（長程）關聯，常見跨 2～3 個鍵連接結構片段，可看到氫與四級碳的關聯 DEPT依碳所接氫數編輯碳訊號（一維）辨識碳級數：CH₃、CH₂、CH、四級碳 DOSY化學位移與擴散係數依擴散係數分辨混合物中的各成分 二、COSY：從交叉峰找出氫－氫偶合 ¹H-¹H COSY 的兩軸都是氫的化學位移，圖譜沿對角線對稱。對角線峰對應各氫本身的化學位移，不代表關聯；非對角線交叉峰表示兩組氫之間有偶合，會在對角線兩側對稱成對出現。數某個氫與幾個氫有關聯時，沿它的化學位移讀取交叉峰，排除對角線峰，對稱的同一組關聯只算一次。 判讀圖譜種類：以 ethylbenzene 為例，乙基的 CH₂（約 δ 2.6）與 CH₃（約 δ 1.2）互相偶合，會在 COSY 中出現交叉峰，芳香氫之間也有交叉峰。若圖譜兩軸皆為 ¹H 化學位移，且有對角線及對稱交叉峰，就是 COSY。若一軸是碳、一軸是氫，才考慮 HMQC／HSQC 或 HMBC；DEPT 則是一維碳譜，不是二維圖。 芳香環的關聯數：aspirin（乙醯水楊酸）的苯環為鄰位二取代，有四個彼此不等價的芳香氫。除了鄰位氫的三鍵偶合，間位氫的四鍵偶合在 COSY 中也常可見，因此其中的芳香氫 HC 會與其餘 3 個芳香氫都出現關聯訊號，不能只數相鄰的 2 個。乙醯基的 CH₃ 與芳香氫之間沒有可見偶合，不列入計算。 三、NOESY：用空間資訊判斷相對立體結構 NOESY 的核心是空間距離，一般約在 5 Å 以內的氫會出現 NOE 關聯。兩個氫即使在鍵結路徑上相隔很遠，只要空間上靠近，就可能出現交叉峰。因此 NOESY 可判斷取代基的方向（如同側或異側）、環系構形，提供化合物的相對立體結構。 NOESY 不提供碳－氫單鍵關聯（屬 HMQC／HSQC），也不提供碳－氫多鍵關聯（屬 HMBC），也不是測量碳氫偶合常數的工具。 四、DEPT：辨識碳級數 DEPT（Distortionless Enhancement by Polarization Transfer）利用氫到碳的極化轉移，依碳所接的氫數讓訊號出現、消失或反相，因此能辨識碳級數。考題中的對應為：CH₃ 為一級碳，CH₂ 為二級碳，CH 為三級碳，不接氫的碳為四級碳。 碳類型DEPT-45DEPT-90DEPT-135 CH₃（一級）正不出現正 CH₂（二級）正不出現負（倒峰） CH（三級）正正（唯一出現）正 C（四級）不出現不出現不出現 DEPT-90 只顯示 CH，所以是辨識三級碳訊號的實驗。DEPT-135 中 CH 與 CH₃ 都朝上，需搭配 DEPT-90 區分。四級碳在所有 DEPT 中都不出現，需與一般寬頻去偶合 ¹³C 譜比對：¹³C 譜中有、DEPT 中沒有的訊號即為四級碳。 五、DOSY：以擴散係數分析混合物 DOSY（Diffusion-Ordered Spectroscopy，擴散性光譜）利用脈衝磁場梯度，讓訊號強度隨分子擴散快慢產生不同程度的衰減，再算出各訊號的擴散係數 D。圖譜一軸為 ¹H 化學位移，另一軸為擴散係數。同一分子的所有訊號擴散係數相同，會落在同一水平線上，因此可在二維圖上把混合物中的不同成分分開，有如「NMR 層析」，不必事先物理分離各成分。 一般而言，分子（流體力學半徑）越大擴散越慢，D 越小；但擴散也受形狀、溶劑黏度、聚集等因素影響。 應用： 混合物分析：直接分辨混合物中各成分的訊號。 粗萃取物的去重複（dereplication）研究：及早辨識已知成分，避免重複分離與鑑定。 植物藥（天然藥物）品管工具：比較樣品的成分組成與特徵。 計算原則與限制：計算擴散係數時，應選用完全分離、不與其他成分重疊的波峰，結果才準確。解析能力取決於成分間擴散係數的差異與訊號重疊程度，沒有「成分超過五種便無法解析」的上限。 常考陷阱 「NOESY 是以鍵結偶合為基礎的 2D-NMR」：錯。NOESY 依據空間接近（NOE）；COSY、TOCSY、HMBC、HMQC 才是經鍵偶合。 「NOESY 提供碳氫單鍵或多鍵關聯、碳氫偶合常數」：錯。單鍵看 HMQC／HSQC，多鍵看 HMBC；NOESY 提供相對立體結構。 「HMQC、HMBC 提供氫－氫偶合資料」：錯。兩者是碳－氫關聯；氫－氫偶合看 COSY（題目可能誤拼為 COSEY）。 「COSY、HMBC、NOESY 可辨識碳級數或三級碳」：錯。碳級數看 DEPT，三級碳（CH）看 DEPT-90；TOCSY 也是氫－氫實驗。 把兩軸皆為氫的二維圖誤認為 HMQC、HMBC 或 DEPT：兩軸皆為 ¹H、有對角線與對稱交叉峰就是 COSY；DEPT 是一維譜。 數 COSY 關聯時只算鄰位氫：aspirin 苯環的間位偶合也可見，HC 與 3 個氫有關聯；也別把對角線峰算進去。 把 DEPT-135 朝上的峰全判成 CH₃：CH 也朝上，需配合 DEPT-90。 「DOSY 組成物超過五種便無法解析」：錯，DOSY 沒有成分數上限。「可作植物藥品管」「可做粗萃取物去重複」「應以完全分離的波峰計算」都是正確敘述。 記憶口訣 「COSY 氫氫偶，NOESY 看空間；單鍵 HMQC，長程 HMBC。」 「九十只留 CH（三級碳）；一三五，CH、CH₃ 朝上，CH₂ 朝下；四級碳全不見。」 「DOSY 看擴散，同分子同一線；品管、去重複都能做，成分沒有五種限。」