摘  要：由于木素结构的复杂性，近年来出现了各种研究木素结构的新方法。本文主要阐述了13c-nmr及31p-nmr在木素结构研究中的进展。简单介绍了1h-nmr 、19f-nmr 、29si-nmr在木素结构研究中的应用。

关键词：13c-nmr   31p-nmr   木素结构

木素是植物的主要成份之一，它是由苯基丙烷结构单元组成具有三维空间结构的复杂高分子聚合物。不同植物的木素其结构有所不同，不同处理方法所得同一植物木素其结构也常有差异。由于木素结构的多样性、复杂性和易变性，使其结构研究成为科学工作者长期探索的课题。木素结构研究方法众多，有化学分析法、紫外光谱法、红外光谱法及核磁共振氢谱等仪器分析方法，对木素组成及某些官能团的特征研究有着重要作用。然而，由于13c-nmr可以测定同一分子中处于不同化学环境的碳原子的化学位移，因而可以准确、快速地了解木素分子的细微结构，从而成为研究木质素结构的主要手段之一。自从nimz等运用13c-nmr方法研究木质素结构以来，应用13c-nmr技术研究不同植物木质素结构日益广泛，从而使人们对木素的认识更为深刻[1]。31Ｐ-nmr光谱由于其能定量研究木素中存在的各种官能团，使得其在木素定量研究中变得普遍。

因此迄今为止，使用最多的核磁共振法是13c-nmr和31p-nmr，近年来亦有29si-nmr,31p-nmr和19f-nmr研究木素和碳水化合物的功能基。本文主要介绍13c-nmr及31p-nmr在木素结构研究中的进展，对其它的nmr只做简单的介绍。

1        1h nmr谱在木素结构化学中的应用

1h-nmr法侧定对象是含h的化合物，因此木素和碳水化合物都可进行1h-nmr分析。根据不同位置的h具有不同的化学环境，在图谱中不同化学位移(δ)出现共振峰而进行定性分析，峰面积与h原子数成比例，从而也可进行定量分析。化学位移范围为δ＝0～9ppm。

1Ｈ核自然丰度为100%,核旋磁比大,共振信号峰强,分析时间短,用样量少,这是1Ｈnmr技术的优点，但由于它分辨率低而变得不受欢迎。现在1Ｈnmr谱仅用于分析低分子量的木素产品。

2  13c nmr谱在木素化学中的应用

相比1h-nmr谱,13Ｃnmr技术有很大优越性。13Ｃ-nmr法直接反映c原子所处的化学环境。13Ｃ的自然丰度只有1. 108 ％，（12c的自然丰度为98-89%, 'h的自然丰度99.85％)，因此测定时灵敏度低，但可用脉冲核磁共振加傅利叶变换法提高其灵敏度13c-nmr有许多优点:(1)各种有机物都含c原子；(2)不同13c的化学位移变化范围大(0～220ppm)； (3)化学环境稍有不同的13c核都有不同的化学位移值[2]。

相对于1Ｈnmr谱,使用频率对于13Ｃnmr谱信号加宽受到影响较小,因为在相同场强下13Ｃnmr谱占有比较宽的频率范围(13Ｃ约为1Ｈ的20倍),因此13Ｃnmr的分辨率高。即使考虑偶极作用谱线变宽这个原因,13Ｃnmr分辨率还是高。13Ｃnmr可以利用去偶技术,消除自旋偶合,得到纯的13Ｃ谱,它比较简单,干扰少,可以得到整个碳骨架结构信息。此外,谱线变宽正比于核磁矩平方,(13Ｃ磁矩约为1Ｈ磁矩的1/4);同时,碳核处在大分子骨架中,碳周围质子屏蔽了中间分子的偶极作用,这更进一步促进13Ｃ信号峰明显窄于1Ｈ信号峰。由于以上这些原因决定13Ｃnmr谱研究木素有比较高的效果。在木素结构研究中13Ｃnmr谱实际上已取代了1Ｈnmr[3]。而且13Ｃ的丰度可以通过同位素示踪的方法得到弥补[4～10]。

2.1　固体13c nmr cp/mas方法在木素化学中应用

cp/mas方法是获取固体高分辨核磁共振谱的最有效方法,该法用于木素研究中。所谓cp/mas是交叉极化序列(cp)和魔角变换技术(mas)的结合,前者能克服固体核磁共振谱信号弱的缺点;后者以魔角(54.7°)来旋转试样可以使宽信号峰变成清晰的尖峰。虽然固体的木素13Ｃnmr谱的分辨率弱于液体的13Ｃnmr分辨率,但是这个方法的绝对优越性是能在对木素样品不采取任何化学或机械处理的情况下对其进行测定。用这个方法实际能研究不溶于任何有机溶剂的样品。此外,有可能得到固体中特殊相互作用的信息和分子动力学等方面的信息。考虑化学方法测定木素时,部分木素溶解产生了复杂测况,特别是部分木素结构点阵被破坏这种情况。而cp/mas方法避免了这种可能,它是直接测木材、纸浆中木素含量快速方便的方法。在木素的研究中经常用到固体13Ｃnmr[5,8,9,11]。

2.2 带 13Ｃ 标记的木素前驱物在研究木素结构中的应用

   为了区别于分离木素一般称存在于细胞壁中的木素为原生木素，原生木素是在多糖存在的环境下由木素单体通过不可逆的方式聚合而成。木素单体和多糖随着细胞年龄和种类而变化，木素又与多糖通过物理化学的方式结合在一起。因此，将木素从细胞壁中分离出来而又对其三维非均匀立体结构不产生影响是不可能的。

    在木素化学中经常用磨木木素来进行研究，而磨木木素被认为是从次生壁中分离出来的。它的最高得率不到细胞壁中原生木素的一半，而且其中还有相当数量与木素紧密结合在一起的碳水化合物。通常用来研究木素结构的方法是各种降解分析方法。首先将木素氧化、降解或溶剂分解成单体、二聚体或者寡聚物等片断，然后再测定这些片断的结构和得率。木素的各种结构都是在基于对这些低分子量物质的认识的基础上提出来的，而所有低分子量的得率总和不到40％，超过一半的木素高分子量物质不能被这种降解方法所分析到。

原生木素的这种特点使得对其结构的研究变得困难，用放射性和稳定同位素示踪法可以克服上述方法所带来的困难，因为它在不将木素从细胞壁中分离出来的同时就可以提供有关原生木素结构的信息。通过放射性同位素14c和3h的使用，细胞壁中各形态区域非均匀木素的结构和分布都得到了研究。然而，放射性同位素示踪法不能提供有关被同位素标记的碳和氢所处的化学环境的直接信息。用13Ｃ强化并结合固体nmr可以提供有关原生木素化学结构的信息而不用将其从细胞壁中分离出来。各种植物中某一被13Ｃ选择性强化的原生木素可以通过将带13Ｃ标记的前驱物注入到该植物中获得。noritsugu terashima[4]等人通过分别将在α，β，γ位带13Ｃ标记和未带标记的松柏醇葡萄糖苷注入到正在生长的银杏树体内来获得带13Ｃ标记的愈疮木基苯丙烷单元。对木质部中含有13Ｃ标记的木素进行nmr分析，并用带13Ｃ标记木素的nmr谱图减去未带标记木素的nmr谱图得到细胞壁中整体木素侧链碳得到增强的谱图，在各种条件下测定信号强度并考虑到各种标准的不确定性，可以得到木素内部各主要键的连接情况。

用13Ｃ-nmr研究木素结构时，由于天然木素13Ｃ丰度很低以及各碳原