第五章：核磁共振碳谱

化学位移(ppm) 碳的类型
0 ~ 40
C-
25 ~ 65
=C-
35 ~ 80
C=O
8 ~ 30
C-O
15 ~ 55 20 ~ 60
C6H6 C-N
化学位移(ppm) 65 ~ 85
100 ~ 150 170 ~ 210
40 ~ 80 110 ~ 160
30 ~ 65
13C的化学位移是13C NMR谱的重要参数，由碳
参数，帮助指认碳原子；
总结碳谱的特点：
化学位移范围：0 ～ 220 ppm，氢谱0 ～16ppm 提供各种类型碳（伯、仲、叔、季碳）的信息 不能用积分曲线获取碳的数目信息 邻近有吸电子基团，信号移向低场（左移）
碳周围电子密度增加，信号移向高场（右移） 常规 13C NMR 谱为全去偶谱，因而所有的碳信号
最常见的数模转换器是将并行二进制的数字量转换为直流电压或直 流电流，它常用作过程控制计算机系统的输出通道，与执行器相连，实 现对生产过程的自动控制。数模转换器电路还用在利用反馈技术的模数 转换器设计中。
采用PFT技术实现：
（1）提高分辨能：谱线之间分得很开，容易识别； （2）化学位移范围大：0~300 ppm，是1H NMR谱的20~30
有机波谱分析课件
有机波谱分析 Organic Spectroscopy
王伟
2016 年 4月
第五章 核磁共振碳谱
主要内容:
5.1 碳核磁共振谱简介 5.2 13C的化学位移 5.3 1wk.baidu.comC NMR偶合谱 5.4 碳核磁共振谱中的实验技术 5.5 碳核磁共振谱的解析及其应用
在有机物中，有些官能团不含氢, 例如C=O，C=C=C和 N=C=O, 官能团的信息不能从1H NMR谱中得到，只能从13C NMR谱中得到。
5.1 核磁共振碳谱的特点
主要特点：灵敏度低：为1H 的1/5800，13C 的天然丰度只占1.108%，所以含碳化合物 的13C NMR信号很弱，需借助PFT-NMR。 缺点：PFT-NMR扭曲了信号强度，不能用 积分高度来计算碳的数目。
注：PFT-NMR：脉冲傅里叶变换核磁共振仪 采用恒定磁场，用一定频率宽度的射频辐射试样，激发
大多数有机分子骨架由碳原子组成，用13C核磁共振研究 有机分子的结构显然是十分理想的，但13C的天然丰度低，仅 为12C的1.108%，其磁旋比（）约是1H核的1/4，所以13C NMR的灵敏度相当于1H NMR的1/5800 。采用连续波扫描，加 以脉冲傅里叶变换（PFT）和去偶技术的应用，使13C NMR谱 测试变得简单易行，也加快了13C NMR在结构测定、构象分析、 动态过程讨论、活性中间体及反应机制、定量分析等应用，成 为化学、生物学、医学等领域不可缺少的分析测试方法。
温度等。
(1)碳杂化轨道
杂化状态是影响 C的重要因素，一般说 C与该碳上的 H 次序
基本上平行。
sp3 CH3 < CH2 < CH < 季C 在较高场 0 ~ 50 ppm
sp2 -CH=CH2
在较低场 100 ~ 150 ppm
>C=O
在最低场 150 ~ 220 ppm
sp CCH
在中间 50 ~ 80 ppm
均为单峰
核磁共振碳谱 （13C NMR)
b
d
c
a
氢谱与碳谱
5.2 13C的化学位移
13C NMR化学位移也是相对值，以TMS为内标，C
= 0 ppm，各类碳的化学位移在0 ～ 220 ppm之 间。下表为各类型C的化学位移参考值。
碳的类型
-C-I -C-Br -C-Cl -CH3 -CH2-CH-
O CH2 C 127 ~ 134 41 171
14 CH3
CH2
61 O
114 36 138 36 126-142
(2)取代基的电负性
有电负性取代基、杂原子以及烷基连接的碳，都能使其
C信号向低场位移，位移的大小随取代基电负性的增大而增
核所处的化学环境决定。其化学位移的计算公式
与H谱一致。
样品标准106 仪器
共振
B0 2
(1)
σ为屏蔽常数，反应碳核外围电子（包括核本身的电子
及周围其他原子的电子）环流对该核所产生屏蔽作用的总和。
即为 i 。
1.屏蔽常数 i
i = d + p + a + s d：反映由核周围局部电子引起的抗磁屏蔽的大小。 p：项主要反映非球形电子（比如p电子）环流产生
全部欲观测的核，得到全部共振信号。当脉冲发射时,试 样中每种核都对脉冲中单个频率产生吸收，接收器得到自 由感应衰减信号(FID),这种信号是复杂的干涉波，产生于 核激发态的弛豫过程。FID信号是时间的函数，经滤波、 转换数字化后被计算机采集，再由计算机进行傅里叶变换 转变成频率的函数，最后经过数／模转换器变成模拟量， 显示到屏幕上或记录在记录纸上，得到通常的NMR谱图。
的有关顺磁屏蔽的大小，它与电子云密度、激发
能量和键级等因素有关，是13C谱化学位移的决 定因素是顺磁屏蔽。
a：表示相邻基团磁各项异性的影响。 s：表示溶剂和介质的影响，表式溶剂种类、浓度的
大小、pH值等对核产生的屏蔽影响。
2、影响13C化学位移的因素
13C NMR谱化学位移的分布范围约为400 ppm，因 此对分子构型和构象的微小差异也很敏感，一般情况下， 对于宽带去偶的常规谱，几乎化合物的每个不同种类的 碳均能分离开。影响13C化学位移的因素有： （1）碳杂化状态 （2）诱导效应 （3）空间效应 （4）超共轭效应 （5）重原子效应 （6）氢键 （7）测定条件：溶解样品的溶剂、溶液的浓度、测定时的
PFT-NMR：脉冲傅里叶变换核磁共振仪
数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC，它是把数字量转变成模 拟的器件。D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大 器、基准电源和模拟开关。模数转换器中一般都要用到数模转换器，模 数转换器即A/D转换器，简称ADC，它是把连续的模拟信号转变为离散 的数字信号的器件。
倍； （3）自然丰度低：不可能同时有两个13C出现在一个分子中，
不必考虑13C与13C的偶合，只需考虑1H-13C偶合； （4）无法区别碳上连接的1H核数目； （5）掌握碳原子(特别是无H连接时)的信息，确定碳原子级
数 （6）容易实现双共振实验； （7）准确测定驰豫时间T1，可作为化合物结构鉴定的波谱