与H-H COSY不同，这一实验给出的是C-H直接相关的信息，类似于HSQC或HMQC。但与后者的区别在于，这一实验没有采用反向检测技术，直接采集的是C的信号，因此C维分辨率一般要好于HSQC，但却要付出更多扫描时间的代价。下面给出同一范围内的C-H COSY与HSQC谱图。

很明显可以看到，两种实验在C维和H维分辨率上各有优势，但因为灵敏度的原因，采用反向检测的HSQC在H-C一键关系的指认上用的要广泛的多。

H-H COSY给出的是相邻质子间的耦合关系，是一种非常重要的二维实验。

与之前所介绍的HSQC不同在于，H-H COSY的横向(F2维)和纵向(F1维)表征的都是质子的化学位移，这使得这类谱图呈现与对角线呈对称分布的相关峰(因为耦合作用是相互的，H_a对H_b的耦合等于H_b对H_a)。这一性质在谱图处理中十分有用，后面我会提到经过对称化处理的COSY谱图给出的耦合信息是恐怖的！这类谱图的解谱类似于HSQC，在相关点的横纵两个方向对应的质子存在耦合关系。图中对角线我用红线标示，由于对角峰是同一质子相关，因此并没有任何实际用处，相反由于这部分信号很强常常会严重干扰到化学位移相近的相关峰之间的指认(如图中的6-8 ppm)。早期的相敏COSY实验需要做很好的相位校正来减小对角峰的影响，而DQF-COSY通过过滤掉单自旋的信号使得沿对角峰附近谱图的解释变得更为容易。因此通常而言，如不特殊说明，目前的COSY实验通常为DQF-COSY。

关于二维谱图，我想单独插一句，由于单次采样时间较短以及仪器本身固有的缺陷，COSY等常见的二维谱的信噪比往往比一维要低，虽然可以通过一些软件处理突出我们希望看到的信号，但信号与噪音的区别往往伴随着二维解谱的整个过程。核磁操作人员对于这一点的体会要比解谱人员深刻的多，很多时候谱图一些重要信号的“出”与“不出”只在操作者鼠标滚轮的毫厘之间。我以上图F2维4-10 ppm，F1维2-8 ppm单独放大如下：

在左图的阈值调节下，环上质子之间的耦合关系较为清晰，但其与甲基以及亚甲基之间的相关信息远少于右图相应部分；但右图的阈值调节导致了环上质子相关信号过强而相互干扰，在5-6 ppm之间出现了假信号。由于核磁人员通常为了照顾整张图的信号而必须做出阈值的取舍，因此解谱人员掌握对二维谱图原始数据(topspin的ser文件)的简单处理还是很有必要的。

另一方面，H-H COSY信号的对称性使得对称化处理在谱图的“去伪存真”方面发挥着很重要的作用。以6.6-7.6 ppm的谱图对称化处理前后为例：

从图中可以看到，对称化处理将拥挤的“迷雾”拨开，显露出H₆与H₉之间的J5耦合关系(这与之前J分辨谱的结果一致)，此外，H₂与H₇之间的J6耦合亦得以显现！在大共轭体系下，这类超长距离的耦合关系在COSY中并不罕见。

最后这张图体现了H-H COSY在H归属中的作用：高场氢与H2较强的相关信号暗示了这一氢可能与H₂键隔更短而有较大可能为H₁₀。随后给出的HMBC结果更是增强了这一判断。

异核J分辨谱与同核的解谱方式相同，只不过其F2维是C信号，而F1维给出的是H对C的耦合常数。同样的，为了照顾到所有碳的信号，图中的信号被不合理地放大了，因此显得难以分辨。这里我截取153 ppm处C-8在F1维上的剖面图如下

由于采样时间较短，F1维误差较大，具体值我就不测量了，后面介绍的J-HMBC谱将给出更为精确的C-H耦合常数。不过我们仍然可以从上图初略看到C-8受到H-6，H-9及H-7耦合而呈现的裂分情况。

J-分辨谱在早期曾经是一种非常有用的谱图，它能够很好地区分由于化学位移相近而相互重叠的峰，并将它们的耦合信息在另一个维度加以放大。如上图所示，横向F2维表征了氢谱的出峰位置，而纵向F1维却给出了相应峰在邻核耦合下的裂分情况——很显然，这一裂分比单看氢谱要明显的多，以至于我们可以通过右侧放大的“刻度尺”直接读出相应耦合值。为了便于观察，我将6.6-7.6 ppm的谱图单独放大如下：

从氢谱来看，H-6与H-7 J3耦合,耦合常数8.8 Hz；H-9与H-7的J4耦合，耦合常数2.4 Hz，因此H-6，H-9为d峰，H-7为dd峰。然而通过J-分辨谱，我们观察到了单纯通过氢谱所无法观察到的H-6与H-9 J5耦合的存在，耦合常数0.8 Hz！

不过随着核磁技术的发展，COSY,TOCSY等实验在指认H与H耦合关系中渐渐取代了J分辨谱的地位。如上面提到的H-6和H-9的J5耦合关系，同样可以在之后的TOCSY实验以及对称化处理的COSY谱图中看到。

一种被称为J-HMBC的实验能够给出CH多键耦合常数的信息，这一实验在判定结构(如顺反异构的C-H耦合值差别较大)及优化HMBC参数方面有着重要的作用。

J-HMBC的谱图与HMBC有相似的地方，但不同在于HMBC上的CH相关点沿碳维裂分成了两个，两点间的距离除以放大因子(SCALEF)即为CH远程耦合常数。

以H₇为例，局部图中H₇与C₅的相关点被裂分成了相距426 Hz的两个峰，本实验的SCALEF为43,426/43=9.9 H_Z即为J³_H7C5的值，同样的方法，我们可以算出J²_H7C8约为2.4 Hz，这就很好地解释了在HMBC中H₇与C₅相关点比其与C₆的相关点更强的事实。以此类推，再结合HMBC的CH一键耦合数据，在C13CPD中缺失的CH耦合关系便完美地呈现在了解谱人员的眼前。

需要注意的是，J-HMBC中同样有漏过的CH一键相关信号。图中圆圈标示的6055Hz除以43即为C₁₄与H₁₄的耦合常数141 Hz。这一点在解谱中需要予以区分。

与普通HMBC相比，J-filter后的谱图显得更为清晰(注意，只是J1的相对强度变弱了，有些时候还是能看到部分逃过”筛子”的J1信号，此时要注意区分)。下面我以上图局部为例说明HMBC在结构指认上的作用。

结果如图。可以看到，HMBC使之前较难判断的H₁₀与H₁₁有了新的线索：高场的H由于与C₂与C₄的远程耦合而更接近于H₁₀。之前在H-N HMBC中已经讨论过，HMBC系列对J3经常表现出比J2更大的”偏好“，而J4，J5由于耦合值相似而无法在HMBC上做出明确判断，因此在解HMBC时要较为灵活不能过于教条，要结合多方面的信息做出最为合理的判断。

最后提一点，有一个与需要观察的CH远程耦合值相关的参数对HMBC的实验优化十分重要。比如想要看多键耦合关系，就把这个值调小一点，但这样也将付出整体信号降低的代价。以后有机会我会单独就这个化合物在此参数不同取值下的谱图做一个专帖说明。

H-C HMBC实验给出的是H-C多键耦合的信息。这一谱图的解谱方式与之前介绍的H-N HMBC相似：横向F2维为H，纵向F1维为C，相关点表示F2与F1维的H-C之间J2以上的耦合关系，作为最常见的二维实验之一，H-C HMBC在结构指认上极为重要。

上图为常规HMBC，如果不特殊说明，核磁人员一般给大家的是这种谱图。这种谱图有一个需要注意的地方，由于脉冲中并没有过滤掉CH一键耦合信号，因此在C₁₄所在的F1维化学位移处，沿着H₁₄会对称出现两个小点，两点之间的距离为J1CH的大小(图中145Hz)。这一特征在各氢化学位移离的较远时不会造成太大影响，甚至还能附带给出CH耦合常数，但一旦各H化学位移相近甚至重叠将会对解谱造成一定影响，如图中局部放大的6-8 ppm处，红线连接的即为CH耦合所造成的对称峰，有一些已经与远程耦合的信号叠加在了一起。

因此，我平时更喜欢用一种能去除一键耦合干扰的HMBC实验H-C HMBC(J-filter)。

同大家所熟知的H-C HMBC一样，H-N HMBC给出的是H-N远程耦合的信息。为了便于分析，我将谱图的信号部分单独放大。

同HSQC相同之处在于H-N HMBC给出的同样是¹⁵N和¹H之间的相关信息，谱图中每一个点所对应的F2维H及F1维N在结构上有相关性；但同HSQC的不同之处在于，HMBC给出的是H-N远程耦合的信息，H-N一键相关的信号在谱图上常以耦合形式出现（如图中N₁所对应的在10-11 ppm围绕H₁对称出现的点）或干脆消失（如结构中端位的NH₂）。但这里要消除的一个关于HMBC的误区是，很多人都认为信号的强度与耦合经历的键数成反比：J2耦合信号强于J3，而J3强于J4，以此类推……然而事实是，C/N-H的耦合常数并不完全取决于传递键的个数(通常而言，J2耦合X-Y-X角大，耦合值大，J3耦合值受所成二面角的影响，而J4，J5耦合值常常相等)；而不同耦合值在HMBC中信号的强弱还受到脉冲序列中一个设定参数(CNST13)的影响。总体而言，J3耦合较J2耦合在HMBC中的信号有时会更强一些，而J2有时并不出现，J4，J5无法区分。

本实验中的N₁与H₂的J2信号在谱图中很明显，而N₁₂与H₁₀的J3耦合信号要远强于其与H₁₁的J2耦合，这导致我一度在信号归属中将H₁₀与H₁₁的归属标反（结合前面H谱分析中关于¹⁴N核四极矩引起谱线增宽的判断，这一决定让我着实犹豫了很久），但最终在之后明确的证据下我还是选择了目前的标法，这一点我之后会细谈。

H-N HSQC给出的是H与N一键相关的信息。解谱方式参照H-C HSQC。

这一实验的魅力在于，利用反向检测技术，将不灵敏核¹⁵N的信息转移到灵敏核¹H，极大地缩短了¹⁵N信号出峰的时间：通常而言¹⁵N谱所需要的样品浓度非常之高，而普通样品的¹⁵N谱花费数天甚至数星期都是很有可能的，但本实验只用了不到1h就得到了较为满意的结果 。由于N元素在有机物尤其是生物大分子中大量出现，这一实验在结构指认方面的重要性不言而喻。

这里插一句，也许大家会想到既然¹⁵N在自然界的丰度如此之低(0.366%)，为何不直接采集¹⁴N(99.634%)的核磁信号呢？事实上这是核磁科学家的无奈之举。我们知道，自旋数不为0的核能够被核磁检测出来，然而只有自旋数为1/2的核才能被当做点电荷处理，而其他非0自旋核在磁场中都不得不考虑一种称为核四极矩的电场不均匀效应。幸运的是，对于有些核而言，核四极矩并不会对信号由太大干扰（如我之后将介绍的氘谱），但对于绝大多数核，核四极矩将严重影响谱线的线型，而¹⁴N正是这些核的典型：大部分情况下，¹⁴N的核磁信号将会展宽到无法被观察到。因此，科学家不得不转向丰度低的多的¹⁵N来寻求N元素的信息。

这一HSQC与前面所介绍的相比，能够给出更多的信息：CH及CH₃类型的碳氢一键相关，图中出现的点为“正”；CH₂类型的相关，则给出“负”的相关信号，正负信号由两种不同的颜色在谱图上区分（如上图中的黑色和红色）。这一规律同DEPT135相当类似，但也有同样的问题——相位是可以校正的，所以如果发现颜色与预期相反，要求操作人员把峰矫正回来就是了。

事实上，这一谱图可以取代传统的H-C HSQC，甚至可以部分取代DEPT135的作用。如果在做完氢谱之后再给我5分钟的话，我会顺手做个edit的HSQC。