为同聚糖的结构表征准确确定单糖残基的核磁共振（NMR）自旋系统

《Carbohydrate Polymers》：Accurate assignments of NMR spin systems of monosaccharide residues for homopolysaccharide structural characterization

本研究通过整合2D DQF-COSY、TOCSY及1D DREAMTIME TOCSY技术，解决了单糖重复单元多糖（如APS-N）的化学位移解析难题，利用异核关联和J耦合常数差异实现糖苷键连接及构型（α/β）精准识别，显著提升结构解析效率。

　　本研究探讨了如何通过整合多种核磁共振（NMR）技术，实现对同质多糖中单糖残基的精准核磁共振自旋系统识别。同质多糖是指由单一类型的单糖残基组成的多糖，这类化合物在结构分析上面临较大挑战，尤其是在使用常规的1D和2D NMR实验时，由于信号重叠严重，导致难以明确地进行化学移位的分配。为了克服这一问题，研究团队引入了一种名为DREAMTIME的实验技术，该技术能够高选择性地激发特定的J耦合质子，从而提高结构解析的准确性。

多糖作为传统中药中常见的生物活性成分，具有广泛的药理作用，包括免疫调节、抗氧化、抗炎、抗菌、抗肿瘤以及调节肠道菌群等。这些作用的多样性主要来源于多糖结构的复杂性，如糖苷键的类型、链的分支程度以及环状结构的构型等。尽管多糖的药理潜力巨大，但其结构分析仍然充满挑战。由于多糖通常由多种单糖通过不同的糖苷键连接而成，即使单糖组成存在微小差异，也可能导致多糖结构的显著变化。此外，多糖结构的复杂性进一步增加了结构解析的难度，使得传统的化学方法难以满足需求。

在结构解析方面，通常采用1D ¹H NMR和一系列2D NMR实验，如2D COSY和TOCSY，以实现对单糖残基的化学移位分配。然而，对于同质多糖，由于信号重叠现象普遍存在，使得这些方法在进行自旋系统识别时存在局限性。即使通过改进分辨率的方法，如使用2D DQF-COSY或TOCSY，仍然难以有效解决信号重叠问题。此外，2D ¹H-¹³C相关NMR实验，如HSQC和HMBC，虽然提高了分辨率，但受限于同质多糖中¹³C化学移位的分散性，这些方法在区分不同自旋系统时效果不佳。而且，由于这些实验的灵敏度较低，只有约1.1%的天然丰度¹³C同位素能够贡献信号，进一步限制了其应用范围。

为了解决这些问题，研究团队引入了一种新型的NMR技术——DREAMTIME。该技术基于J耦合常数的选择性，通过设计特定的双重聚焦回波序列和双频率选择性振幅与相位调制波形，实现对目标化学组的高选择性激发。DREAMTIME能够有效区分具有相似或相同化学移位但属于不同自旋系统的质子，只要它们的耦合伙伴质子具有不同的化学移位或J耦合常数。这种技术不仅提高了信号的分离度，还增强了对复杂混合物中特定成分的识别能力，使得研究者能够在较短时间内完成结构分析。

此外，研究团队还开发了一种结合2D DQF-COSY、TOCSY和1D DREAMTIME TOCSY的综合NMR方法。该方法首先利用2D DQF-COSY谱中的清晰交叉峰，对单糖残基的H-1/H-2质子进行初步的J耦合常数分配。随后，通过TOCSY谱中的异构质子化学移位，区分α-和β-构型的单糖残基。对于同质多糖APS-N，研究团队采用1D DREAMTIME TOCSY技术，对特定单糖残基中的H-1和H-2质子进行选择性激发，从而实现对整个自旋系统的识别。这种技术不仅提高了信号的分辨率，还增强了对复杂结构的解析能力，使得研究者能够更准确地分配化学移位。

在实验过程中，研究团队使用了多种化学试剂和标准物质，如氘氧化物（99.9% D）、三甲基硅基丙酸钠-2,2,3,3-d₄（TSP，98% D）以及高纯度的d-葡萄糖标准品。这些试剂和标准物质为实验提供了必要的条件和参考，使得研究者能够准确地进行结构分析。此外，研究团队还使用了一种商业可用的阿拉伯糖葡聚糖（P-WAXYL），其纯度超过95%，糖链比为Ara:Xyl=38:62，分子量为56,700 Da。通过对比分析P-WAXYL和APS-N的结构，研究团队验证了该方法的有效性。

研究结果表明，整合2D DQF-COSY、TOCSY和1D DREAMTIME TOCSY方法能够显著提高同质多糖自旋系统的识别精度。与传统的CSSF和GEMSTONE方法相比，1D DREAMTIME TOCSY在灵敏度方面具有明显优势，因为它能够有效利用特定单糖残基中H-1和H-2质子的初始磁化，从而生成更清晰的信号。此外，该方法在信号分离度和分辨率方面也表现出色，使得研究者能够更准确地进行化学移位分配。

综上所述，本研究提出了一种新的NMR方法，能够有效解决同质多糖结构分析中的信号重叠问题，提高自旋系统的识别精度。该方法不仅适用于结构明确的多糖，如P-WAXYL，还能够应用于同质多糖APS-N，为多糖的结构解析提供了新的思路和技术支持。研究团队计划进一步撰写关于APS-N结构分析的详细报告，以展示该方法在实际应用中的潜力。