碳水化合物的核磁共振光谱学

碳水化合物核磁共振光谱学是将核磁共振（NMR）光谱学应用于碳水化合物的结构和构象分析。这种方法使科学家能够阐明来自合成和天然来源的单糖、寡糖、多糖、糖结合物和其他碳水化合物衍生物的结构。可以通过核磁共振确定的结构属性包括初级结构（包括立体化学）、糖的构象、取代物的化学计量以及混合物中单个糖的比例。用于碳水化合物样本的现代高场核磁共振仪器，通常为500兆赫或更高，能够运行一套1D、2D和3D实验，以确定碳水化合物化合物的结构。

碳水化合物残余物内的核子的常见化学位移范围是。碳水化合物环状质子的典型1HNMR化学位移为3-6ppm（异构质子为4.5-5.5ppm）。碳水化合物环状碳子的典型13CNMR化学位移为60-110ppm在简单的单糖和寡糖分子中，所有质子信号通常彼此分离（通常在500MHz或更好的NMR仪器中），并且可以仅使用1DNMR谱系进行分配。然而，更大的分子表现出明显的质子信号重叠，特别是在非异构体区域（3-4ppm）。碳-13核磁共振通过更大的化学位移范围和允许阻断碳-质子自旋耦合的特殊技术克服了这一缺点，从而使所有的碳信号都很高，并且可以相互区分出狭窄的单区。未被取代的单糖中特定碳水化合物的化学位移的典型范围是。异构碳：90-100ppm带有羟基功能的糖环碳。68-77带有羟基功能的开放型糖碳。71-75带有氨基功能的糖环碳化物。50-56外环羟甲基：60-64外环羧基：172-176脱氧糖环碳：31-40吡喃糖环闭合处的一个碳：71-73（α-异构体），74-76（β-异构体）呋喃糖环闭合处的一个碳：80-83（α-异构体），83-86（β-异构体）耦合常数直接碳-质子耦合常数用于研究糖的异构结构。纵向质子-质子耦合常数用于研究糖环内质子相对于其他质子的立体方向，从而确定单糖。纵向异核H-C-O-C耦合常数用于研究糖之间的糖苷键或外环片段的扭转角度，从而揭示分子构象。糖环是相对坚硬的分子片段，因此临近的质子-质子耦合是特征。赤道对轴向：1-4Hz赤道对赤道。0-2赫兹轴对轴非异构体：9-11赫兹轴对轴异构体：7-9赫兹轴对外环羟甲基：5赫兹，2赫兹羟甲基质子之间的双子：12赫兹核超声效应（NOEs）NOEs对原子间距离敏感，允许其作为构象探针使用，或证明糖苷键的形成。比较寡糖中质子-质子NOEs的计算结果和实验结果以确认理论上的构象图，是一种常见的做法。NOEs的计算意味着分子几何的优化。

松弛度、核松弛率、线型和其他参数在碳水化合物的结构研究中很有用。通过核磁共振光谱阐明碳水化合物的结构碳水化合物的结构参数以下是可以通过核磁共振阐明的结构特征清单。

分子中每个碳水化合物残基的化学结构，包括碳骨架大小和糖的类型（醛糖/酮糖）循环大小（吡喃糖/呋喃糖/线性）所有碳的立体构型（单糖识别）异构碳的立体构型（α/β）绝对构型（D/L）氨基、羧基、脱氧和其他功能的位置分子中非碳水化合物残基的化学结构（氨基酸、脂肪酸、醇、有机聚糖等等。残基中的替代位置残基的序列终端残基和侧链的比例磷酸盐和硫酸盐二酯键的位置聚合度和框架定位（对于多糖）核磁共振光谱与其他方法广为人知的结构研究方法，如质谱法和X射线分析，只有限地适用于碳水化物。此类结构研究，如序列确定或新单糖的识别，最受益于核磁共振光谱。xxx构型和聚合度并不总是可以仅使用核磁共振来确定，因此结构阐明的过程可能需要其他方法。