布鲁克核磁共振培训-13C-nmr-chs

杂核的性质
T1 驰豫时间的范围很宽:
14 14
9
107
CH
132 9.2
需要较长的 D1 时间，总的实验时间也较长
化学位移的分布范围也很广:
~ 250ppm 59Co: ~ 5000ppm 需要较短的90度激发脉冲 激发的偏共振效应较大
13C:
杂核实验技术
天然丰度和灵敏度低:
累加FID (S/N)NS = NS *(S/N)1 (S/N)100 = 10*(S/N)1 (S/N)1000 = 30*(S/N)1
144 143 142 141 140 139 138 137 136 135 134 133 132 131 130 129 128 127 126 125
ppm
对反转门控去偶的 13C 谱进行去卷积分析
Data set: D:/data/dmo/nmr/Strychnin/45/pdata/1 Fit type: Gaussian Fit Frequency ppm Hz Width ppm Hz Intensity Area %Lor.
decoupling during relaxation delay ('gated decoupling')
no decoupling at all
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
ppm
去偶模式
不要只分析峰强 度，因为由于去 偶不完全的原因 半峰宽可能各不 相同
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杂核 NMR 实验简介
杂核 NMR 实验简介
• 杂核的性质
Example: 13C-NMR
• 杂核的实验技术
杂核的性质
天然丰度低:
1H:
99.98%
13C:
1.11%
灵敏度与旋磁比的关系:
灵敏度 ~ (I+1)*g3*B0/I2 两个核的相对灵敏度: g3(nucleusA) / g3(nucleusB)
驰豫延迟时间和 T1 驰豫时间
驰豫延迟时间的范围通常为 1 - 5*T1 使用小倾倒角的激发脉冲可以缩短驰豫延迟时间 使用“Ernst angle”，可以得到最佳的灵敏度 : cosbopt = exp(-TR/T1) TR: 脉冲重复时间
bopt: 最佳倾倒角
驰豫延迟时间太短对实验结果的影响:
– 降低实验的灵敏度 – 对于多脉冲实验，会带来噪音
杂核的性质
异核标量偶合：
1J(13C,1H) ~ 125 - 150Hz 直接偶合: nJ(13C,1H) ~ 长程偶合: 1 - 10Hz 复杂的信号结构 “精细裂分” 灵敏度下降
杂核的性质
异核标量偶合:
门控去偶
全偶合
全去偶
136 134 132 130 128 126 124 122 120 118 116 ppm
碳谱
54
6
13C{1H}
NMR (1H decoupling)
2
1
3
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
ppm
4 5 6
3
2
1
54
2 1 6
ethylbenzene
3

DEPT：区分13C的级数
CH3
CH2
CH
45 CH CH2 CH3 + + + 90 + 135 + +
CH
DEPT区分碳的级数
4 5 6 3 2 1
ethylbenzene
5 4 6 3
140 130 120 110 100 90 80
2 s
70 60 50 40 30
1
20 ppm
驰豫延迟时间和 T1 驰豫时间
纵向磁化矢量的恢复
Mz
0.63
0.87 0.95 0.99
t
T1 2T1 3T1 5T1
S/N ~ gH * gC3/2 (S/N)DEPT
13C-NMR:
S/N ~ gC * gC3/2
(S/N)13C-NMR
gH * gC3/2 = gC * gC3/2
=
2.79
0.7
= 4
极化转移技术对信号的增强与相邻1H 的数目无关 (与NOE 效应不同) 极化转移技术 (DEPT和INEPT)常用于“谱编辑” 谱编辑 = 确定13C 的级数
gE : 激发核的旋磁比
gD : 检测核的旋磁比
极化转移技术
90o
1H
180o
a
1H
WALTZ16
90o 180o
WALTZ16
90o
13C
13C
DEPT:
g E = 1H gD = 13C
13C-NMR: S/N ~ gE * gD3/2
gE = 13C gD = 13C
极化转移技术
DEPT:
g(1H) = 2.79; g(13C) = 0.7
相对灵敏度 13C : 1H = ?
杂核的性质
13C的灵敏度:
1. 天然丰度: 1H: 99.98% g(1H) = 2.79; g(13C) = 0.7
13C:
1.11%
2. (I+1)*g3*B0/I2 3. 结果: • 同等数目核的灵敏度比 = g3(13C) /g3(1H) =1/64 • 天然丰度核的灵敏度比 = 1.11/99.98*64 = 1/5764
对反转门控去偶的 13C 谱进行去卷积分析
去卷积结果
13C-谱图
142
140
138
136
134
132
130
128
126
124
122
120
118
ppm
对反转门控去偶的 13C 谱进行积分
当有信号重叠时，去卷积分析结果更好
144
143
142
141
140
139
138
137
136
135
134
133
132
同核去偶: gA= gX, gX/2gA =0.5 异核去偶: gA= g13C, gX = g1H gX/2gA =2
杂核实验技术
NOE效应: 重要提示:
– NOE效应可以是正的或负的，由核的旋磁比来决定 – NOE效应可以使信号增强也可以使信号减弱： 13C{1H}: NOE 增强信号 g13C = 0.70 15N{1H}: NOE 减弱信号 g15N = -0.29 – NOE效应对信号强度的影响与相邻的被去偶核的数目也 相关： NOE(CH3) > NOE(CH2) > NOE(CH)
13C 1H
d1
acq.
脉冲序列: zggd (C13GD) 有NOE效应，信号增强，偶合的谱图
13C
d1
acq.
脉冲序列: zgig (C13IG) 定量 13C 谱，去偶的谱图
1H
去偶模式
decoupling during relaxation delay and acquisition time
1 142.560 10758.66 0.02595 2 140.448 10599.31 0.06006 3 4.532 5.354 44.943 0.00 1.959 11.176 40.545 0.00
132.903 10029.88 0.03223
2.432
9.162
41.268
0.00
对反转门控去偶 13C 谱进行定量分析，最好是先进行去卷积 分析
去偶模式
13C
d1
acq.
不去偶
13C 1H
d1
acq.
在整个实验过程中都去偶
13C 1H
d1
acq.
“门控去偶”:
在驰豫延迟时间内去偶
13C
d1
acq.
“反转门控去偶”：
在采样时间内去偶
1H
去偶模式
13C
d1
acq.
脉冲序列: zg 没有信号增强，偶合的谱图
13C 1H
d1
acq.
脉冲序列: zgdc (C13CPD) 信号最强，去偶的谱图
T2 驰豫时间和线宽
横向磁化矢量衰减的越快，NMR 信号的线宽越宽： w1/2 = 1/T2 w1/2 : 半峰宽
w1/2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
sec
异核标量偶合:
进行去偶 简化谱图 增强灵敏度（NOE效应）
杂核实验技术
NOE效应
– 在对其它核去偶时，本身的信号强度发生变化 – 源于偶极－偶极作用，与空间距离相关 – 不需要核之间有标量偶合 IANOE/ IA0 = 1+(gX/2gA) * (驰豫参数)
A: 观测核, X: 去偶核, g: 旋磁比, I: 信号强度
inverse gated decoupling, relaxation delay 120sec
inverse gated decoupling relaxation delay 60sec
inverse gated edecoupling, relaxation delay 2sec
standard 13C-NMR, relaxation delay 2sec