核磁共振氢谱及碳谱(NMR)
核磁氢谱的基本原理和应用
核磁作为化合物定性中最重要的方式之一，主要分为核磁氢谱（1H-NMR）和核磁碳谱（13C-NMR）两种，接下来我们将分享一些关于核磁氢谱的基本原理和应用。
1H-NMR的基本原理主要是：利用特定频率的电磁波，使得具有自旋原子核（氢原子）发生能级跃迁，即发生核共振，产生的磁频率信号经过转换放大在谱图上以峰的形式体现。
（原理见图1）从原理上看，接收到的信号是磁频率信号，为方便转换，以基准物质为原点，不同官能团的原子核相对于基准物质的距离，即为化学位移（δ）。
一般使用的基准是四甲基硅烷（TMS），规定其化学位移为零。
而核磁定性的基本方式就是利用分子中含氢基团的化学位移和谱峰裂分情况，对化合物的分子结构进行判断。
图1 NMR原理图提到核磁，除了对分子结构进行定性外，我们经常听到的“定量核磁”又是指什么呢？实际上定量核磁（Q-NMR）就是在1H-NMR的基础上，引入“量”的概念，主要利用核磁信号强度与原子数成线性正比的关系，从而用于纯度化合物的含量测定上。
和传统的色谱面积归一化法相比，主要通过定量核磁内标对样品中主成分的含量进行定量，从而可以减少相对响应因子、水分、不挥发性杂质及挥发性杂质对纯度定值准确性的干扰。
目前中国药典、美国药典、英国药典、欧洲药典以及日本药局方均将定量核磁共振（QNMR）作为法定标准收载于附录中。
那么定量核磁又是怎样实现定量目的？定量核磁主要采用内标法，将精密称量的样品和内标混合配制成溶液，通过比较样品特征峰的响应值与内标峰的响应值计算样品的含量。
计算公式如下：式中：Px：定量核磁法测定样品质量分数（%）Pstd：内标物的质量分数（%）Ix：样品在1H-NMR的响应值Istd：内标物质在1H-NMR的响应值Nx：样品的原子核数Nstd：内标物的原子核数（二甲基砜的Nstd=6）Mx：样品摩尔质量Mstd：内标物的摩尔质量m：样品的称量质量mstd：内标物的称量质量想要利用定量核磁法得到准确的结果，除了要对核磁方法进行确认外，内标的选择会对结果的准确性产生很大的影响。
核磁共振氢谱(NMR)
代谢物变化分析
通过比较不同生理状态下的氢谱数据，可以分析代谢产物的变化，从而研究疾病 、营养状况等对生物体的影响。
药物代谢动力学研究
药物代谢过程研究
氢谱可以用于研究药物在体内的代谢过 程，了解药物在体内的转化和排泄机制 。
反应机理研究
总结词
核磁共振氢谱在反应机理研究中具有重要应用，通过监测反 应过程中谱峰的变化，可以揭示反应的中间产物和反应路径 。
详细描述
核磁共振氢谱可以实时监测反应过程中氢原子所处的化学环 境变化，从而揭示反应的中间产物和反应路径。通过分析谱 峰的变化，可以推断出反应过程中各组分的生成和消耗情况 ，有助于深入理解反应机理。
催化剂活性位点研究
总结词
核磁共振氢谱在催化剂活性位点研究中具有独特的应用价值，通过分析催化剂表面吸附物种的谱峰特 征，可以揭示催化剂的活性位点和反应机制。
详细描述
核磁共振氢谱可以用来研究催化剂表面吸附物种的结构和性质。通过分析谱峰的位置和裂分情况，可 以推断出吸附物种所处的化学环境和与催化剂表面的相互作用关系。这些信息有助于揭示催化剂的活 性位点和反应机制，对于优化催化剂性能和提高催化反应效率具有重要意义。
重要信息。
生物医学
用于研究生物大分子的 结构和功能，为疾病诊
断和治疗提供依据。
02
核磁共振氢谱的基本原理
原子核的自旋与磁矩
原子核自旋
原子核具有自旋角动量，使得原子核 具有一定的磁矩。
磁矩与磁场相互作用
能级跃迁
当外加射频场能量与能级分裂相匹配 时，原子核发生能级跃迁，释放出共 振信号。
原子核磁矩在外部磁场中受到洛伦兹 力，产生能级分裂。
核磁共振氢谱 解析图谱的步骤
核磁共振氢谱解析图谱的步骤核磁共振氢谱核磁共振技术发展较早，20世纪70年代以前，主要是核磁共振氢谱的研究和应用。
70年代以后，随着傅里叶变换波谱仪的诞生，13C—NMR的研究迅速开展。
由于1H—NMR的灵敏度高，而且积累的研究资料丰富，因此在结构解析方面1H—NMR的重要性仍强于13C—NMR。
解析图谱的步骤1.先观察图谱是否符合要求;①四甲基硅烷的信号是否正常;②杂音大不大;③基线是否平;④积分曲线中没有吸收信号的地方是否平整。
如果有问题，解析时要引起注意，最好重新测试图谱。
2.区分杂质峰、溶剂峰、旋转边峰(spinning side bands)、13C卫星峰(13C satellite peaks)(1)杂质峰：杂质含量相对样品比例很小，因此杂质峰的峰面积很小，且杂质峰与样品峰之间没有简单整数比的关系，容易区别。
(2)溶剂峰：氘代试剂不可能达到100%的同位素纯度(大部分试剂的氘代率为99-99.8%)，因此谱图中往往呈现相应的溶剂峰，如CDCL3中的溶剂峰的δ值约为7.27 ppm处。
(3)旋转边峰:在测试样品时，样品管在1H-NMR仪中快速旋转，当仪器调节未达到良好工作状态时，会出现旋转边带，即以强谱线为中心，呈现出一对对称的弱峰，称为旋转边峰。
(4)13C卫星峰：13C具有磁距，可以与1H偶合产生裂分，称之为13C卫星峰，但由13C的天然丰度只为1.1%，只有氢的强峰才能观察到，一般不会对氢的谱图造成干扰。
3.根据积分曲线，观察各信号的相对高度，计算样品化合物分子式中的氢原子数目。
可利用可靠的甲基信号或孤立的次甲基信号为标准计算各信号峰的质子数目。
4.先解析图中CH3O、CH3N、、CH3C=O、CH3C=C、CH3-C等孤立的甲基质子信号，然后再解析偶合的甲基质子信号。
5.解析羧基、醛基、分子内氢键等低磁场的质子信号。
6.解析芳香核上的质子信号。
7.比较滴加重水前后测定的图谱，观察有无信号峰消失的现象，了解分子结构中所连活泼氢官能团。
核磁共振氢谱和碳谱确定同分异构体
核磁共振（NMR）技术是一种非常重要的化学分析方法，它在有机化学和药物研究等领域中得到了广泛的应用。
其中，核磁共振氢谱和碳谱确定同分异构体是其中一项重要的应用。
1. 概述核磁共振是一种实验技术，通过核磁共振现象来研究原子核周围的环境。
而核磁共振氢谱和碳谱是两种常见的NMR技术，它们通过观察分子内氢原子和碳原子的核磁共振信号来确定化合物的结构和构型。
2. 同分异构体的概念同分异构体是指分子式相同、结构不同的化合物。
它们具有相同的分子式，但由于原子的排列方式不同，导致了化合物的性质也不同。
3. 核磁共振氢谱和碳谱在确定同分异构体中的应用核磁共振氢谱和碳谱可以通过观察氢原子和碳原子的化学位移、耦合常数和积分峰面积来确定分子中原子的环境和相对数量。
这些信息可以帮助我们确定同分异构体的结构和构型。
4. 核磁共振氢谱的解析在核磁共振氢谱中，化学位移可以告诉我们不同氢原子的化学环境，耦合常数可以揭示氢原子之间的相对位置关系，而峰面积则可以给出氢原子的数量信息。
通过这些信息，我们可以确定同分异构体中不同原子的位置和数量。
5. 核磁共振碳谱的解析与氢谱类似，碳谱也可以通过化学位移、耦合常数和峰面积来确定同分异构体中碳原子的环境和数量。
碳谱对于确定分子中碳原子的排列和连接方式非常重要，尤其在复杂结构的有机化合物中。
6. 个人观点和理解从我个人的角度来看，核磁共振氢谱和碳谱在确定同分异构体中的应用是非常重要的。
它们为化学家提供了一种强大的工具，可以帮助他们确定未知化合物的结构和构型，并且对于有机合成、天然产物和药物研究具有重要意义。
总结在本文中，我们对核磁共振氢谱和碳谱在确定同分异构体中的应用进行了全面的介绍。
通过分析化学位移、耦合常数和峰面积等信息，我们可以确定同分异构体分子的结构和构型。
这两种技术为化学研究提供了重要的帮助，也为未来的科学研究和产业应用提供了新的思路和方法。
通过本文的阅读，我相信您对核磁共振氢谱和碳谱在确定同分异构体中的应用有了更深入的理解。
核磁共振碳谱和氢谱中 化学位移产生的原因
核磁共振（NMR）技术是一种应用广泛的谱学技术，常用于分析有机物和生物分子的结构和性质。
在核磁共振谱中，化学位移是一个重要的参数，它与化合物中原子核周围的电子环境有关。
化学位移在碳谱和氢谱中都是十分常见的，在本文中，我们将探讨化学位移在核磁共振碳谱和氢谱中产生的原因。
1. 基本概念在核磁共振谱中，化学位移是指核磁共振信号的频率与参考物质（通常是三氯化甲烷或二甲基硅烷）信号频率之差。
化学位移通常用ppm （parts per million）表示，它是一个相对值，可以用来比较不同化合物中原子核的化学环境差异。
2. 碳谱中化学位移的影响因素碳谱中的化学位移受到多种因素的影响，其中主要包括化学环境、电子效应和磁场效应。
- 化学环境：不同化学环境下的碳原子核受到不同的化学位移影响。
芳香环上的碳原子与脂肪链上的碳原子所受的化学环境不同，因此它们的化学位移也会有所差异。
- 电子效应：分子中的电子密度分布会影响到周围原子核的化学位移。
含有电子丰富基团的碳原子通常会表现出较低的化学位移，而含有电子贫瘠基团的碳原子则会表现出较高的化学位移。
- 磁场效应：外加磁场对原子核周围的电子运动轨迹会产生影响，从而影响原子核的化学位移。
这种效应在核磁共振谱分析中是不可忽视的。
3. 氢谱中化学位移的影响因素类似于碳谱，氢谱中的化学位移也受到化学环境、电子效应和磁场效应的影响。
- 化学环境：不同化学环境下的氢原子核受到不同的化学位移影响。
α-位置上的氢原子与β-位置上的氢原子所受的化学环境不同，因此它们的化学位移也会有所差异。
- 电子效应：分子中的电子密度分布会影响到周围原子核的化学位移。
对甲苯中的甲基氢和对位氢受到的电子效应不同，因此它们的化学位移也会有所差异。
- 磁场效应：外加磁场对原子核周围的电子运动轨迹会产生影响，从而影响原子核的化学位移。
这种效应在氢谱分析中同样需要考虑。
4. 结语化学位移在核磁共振碳谱和氢谱中的产生是一个复杂而又精密的过程，受到多种因素的影响。
简述核磁共振氢谱和碳谱的关系
简述核磁共振氢谱和碳谱的关系核磁共振氢谱和碳谱是两种常见的谱学技术，它们分别以氢和碳原子的核磁共振现象为基础，可用于分析物质的结构及化学性质。
这两种谱学技术在有机化学等领域中扮演着重要的角色，它们的关系也是十分密切的。
首先，我们需要了解核磁共振氢谱和碳谱的基本原理。
核磁共振的原理是：当原子核处于磁场中时，其核自旋会产生一个磁矩，它可以被外加的旋转磁场所感应，由此产生共振信号。
核磁共振氢谱是以氢原子的磁共振现象为基础的谱学技术，它可以用于分析含有氢原子的化合物。
碳谱则以碳原子的核磁共振现象为基础，它可以用于分析含有碳原子的有机化合物。
在有机化学中，氢原子和碳原子通常被认为是最常见的元素。
因为它们是有机化合物中的主要成分。
因此，核磁共振氢谱和碳谱被广泛应用于化合物的结构分析。
在某些情况下，仅使用其中一种谱学技术可能无法提供足够的信息，此时就需要同时使用核磁共振氢谱和碳谱来确定化合物的结构。
核磁共振氢谱和碳谱的信号有很多，这些信号与化合物的结构和电子云分布有密切关系。
因此，在分析核磁共振氢谱和碳谱时，需要考虑诸多因素。
例如，有机化合物中，每个不同的氢或碳原子都具有不同的环境，因此它们的化学位移也各不相同。
通常，化学位移是表示核磁共振信号位置的重要参数。
化学位移的大小和结构有关，因此，当分析化合物时，需要考虑到其结构的类型及其化学环境。
此外，核磁共振氢谱和碳谱也可以搭配使用，实现特定结构的化合物的结构分析。
例如，在有机化学中，如果其中包含一些环结构，那么核磁共振氢谱和碳谱的结合使用将是非常有价值的。
有机化合物中的环结构通常由碳原子及其周围的氢原子组成。
在分析环结构中的碳原子时，可以使用碳谱，通过观察其对应的氢谱来进一步分析相邻的氢原子的化学位移。
这种结合使用可以在研究复杂化合物和有机反应机理时非常有用。
总之，核磁共振氢谱和碳谱是化学领域中常用的分析工具。
它们的结合使用可以提供更加全面的结构分析信息，同时也可以加深对有机化学反应机理的理解。
核磁共振碳谱的基本特点
核磁共振碳谱的基本特点
核磁共振碳谱（C-NMR）是一种用于结构确定和鉴定化合物的重要实验技术，在核磁共振技术的基础上对氢原子和碳原子进行研究，它
可以直接获取到特定碳的位置、环的类型以及碳的价态，同时提供了
测定无机化合物中碳原子的碳同位素比例的能力。
下面是核磁共振碳
谱的一些基本特点：
1. 元素具有定性：核磁共振碳谱仅在氢原子和碳原子之间进行研究，
它可以直接获取到特定碳的位置、环的类型以及碳的价态。
2. 分辨能力强：核磁共振碳谱能准确识别不同的碳原子，可以辨别出
晶体中的结构，甚至可以分辨出碳原子之间的位置变动。
3. 分析能力强：使用核磁共振碳谱可以更详细地分析各种实验波谱，
由此得出精确的结果，从而得出准确的化学结构式。
4. 解析度高：核磁共振碳谱拥有很高的解析度，它可以分析出极小样
品量的化合物，并且能得出相对准确的结果。
5. 快速有效：核磁共振碳谱是一种很快捷的技术，它可以在很短的时
间内进行分析，能够满足日益增长的检测要求。
6. 无污染：与X射线衍射技术或其他一些实验技术不同，核磁共振碳
谱不会产生放射性污染，是一种更加环保的实验技术。
总而言之，核磁共振碳谱具有定性能力强、分辨能力高、分析能力强、解析度高、快速有效以及无污染等几大基本特点，是研究各种有机化
合物结构的基础技术之一。
因此，核磁共振碳谱已成为当今有机化学研究的重要工具，在有机分子结构和聚合物制备方面得到广泛应用。
核磁共振氢谱和碳谱
（1）对同一种核 ,为定值, H0变则射频频率变。 1H：1.409 T 共振频率为60MHz 2.3488T 共振频率为100MHz
（2）不同原子核, 不同产生共振条件不同,需要 磁场强度H0和射频频率不同。
（3）固定H0，改变（扫频），不同核在不同频率 处发生共振产生吸收。也可固定，改变H0（扫场） 不同核在不同磁场强度处发生共振产生吸收。
知，
z
m
h
2
07:49:22
（3）核能级分裂：若无外磁场，由于核的无序排 列，不同自旋方向的核不存在能级的差别。在外磁 场作用下，核磁矩按一定方向排列，对1H核磁矩有 两种取向，即m=1/2,是顺磁场,能量低；m=-1/2， 逆磁场，能量高。从而产生了能级的分裂现象。每 一种核磁矩取向所对应的能级可通过下面公式求得。
电磁波的能量（h）等于核能级差△E就会有NMR
（核自旋发生倒转）。
E
h 2
HO
h (电磁波频率)
2
HO,
o
2
HO，
o
07:49:22
共振条件
(1)核有自旋(磁性核)
(2)外磁场，能级裂分;
(3)照射频率与进动频率相等 0
2
H0
(4)符合跃迁选律： m 1(只能发生在相邻能级间 )
07:49:22
I=3/2：11B5，35Cl17，79Br35， I=5/2：17O8，127I
07:49:22
这类原子的核电荷分布呈现球体分布，核电荷分布 均匀,并象陀螺一样自旋，有核磁矩产生，对应的 核磁共振波谱图简单明了。自旋量子数 I=1/2原子 核是核磁共振研究的主要内容。例如1H核可看作核 电荷均匀分布的球体，核绕自旋轴转动时，除了产 生核磁矩还会产生一感应磁场，类似于一小磁体。
核磁共振谱图解析
核磁共振(NMR)谱 图解析
常用的核磁共振（NMR）实验
1H 13C 13C－DEPT135o ( CH CH3 , CH2 ) 13C－DEPT90o ( CH ) 1H －1H COSY (化学键上相邻氢原子的识别) 1H －1H TOCSY (结构片断的识别) 1H －1H NOESY (空间上相近的氢原子的识别) 1H － 13C (HSQC, HMQC) (碳氢一键相关） 1H － 13C HMBC (碳氢远程相关——碳氢原子二、三键偶合）
Ha Hb CH3COO
H2
B
H1 OCOCH3
3JHH
H Φ
H
C
0°
90 180° Φ
A：H1和H2与Ha（Hb）构成的两面角相同，则3J1a(b)与3J2a(b)相同 B：H1和H2与Ha（Hb）构成的两面角不同，则3J1a(b)与3J2a(b)不同
活泼氢
与O、S、N相连的氢是活泼氢. 切记想看活泼氢一定 选择氘代氯仿或DMSO做溶剂. 在DMSO中活泼氢的出 峰位置要比CDCl3中偏低场些.活泼氢由于受氢键、浓 度、温度等因素的影响，化学位移值会在一个范围内 变化.有时分子内氢键的作用会使峰型变得尖锐.后面附 注一些常见活泼氢的核磁谱图。
A ROH; RNH2; R2NH ArOH; ArSH; ArNH2 RSO3H; RCOOH;
RCOH(醛氢） RCONH2; ArCONH2; RCONHR`;ArCONHAr;
ArCONHR RNH2.HCl
(R是脂肪链基团)
核磁共振氢谱和碳谱
核磁共振氢谱核磁共振---NMR1945年美国斯坦福大学的 F. Block 和哈佛大学的 E. M. Purcell 同时发现了核磁共振现象，并因此荣获了1952年的 Nobel 物理奖。
核磁共振谱可为化合物鉴定提供下列信息：1.磁核的类型：由化学位移来判别，如在1HNMR 中，可判别甲基氢、芳氢、烯氢、醛氢等。
2.磁核的化学环境：由偶合常数和自旋－自旋裂分来判别，如在 1H-NMR 中可判定甲基是与-CH 2-相连，还是与苯环相连。
3.各类磁核的相对数量：氢谱中，通过积分面积或积分曲线来判断。
4 .核自旋弛豫时间：13CNMR 可提供 T 1，并用于结构归属指定，构象的测定，以及窥测体 系的运动情况。
5 .核间相对距离：通过核的 Overhause 效应可测得。
3.1核磁共振的基本原理3.1.1原子核的磁矩原子核是带正电荷的粒子，自旋将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核有自旋，只有有自旋才有磁矩。
具有自旋运动的原子核具有一定自旋量子数（I ），I=1/2 *n ，那1，2，3···1. 核电荷数和和质量数均为偶数的原子核没自旋。
2. 核电荷数为奇数或偶数，核质量数为奇数，有自旋现象。
3. 核电荷数为奇数，核质量数为偶数，I 为整数的原子核有自旋现象。
对于自旋不为零的核来说，当其自旋时由于形成环电流，故而产生一个小磁场，这个小磁场可用核磁矩 μ 表示。
μ 是矢量，其大小由下式确定：πγγμ2)1(hI I p +==式中 γ ---核的磁旋比 p---自旋角动量不同的核有不同的 γ 值，是确定同位素核的特征常数。
3.1.2自旋核在磁场中的取向和能级对于I 不为零的核来说，如果不受外来磁场的干扰，其自旋轴的取向将是任意的。
当它们处于外加静磁场（磁场强度为H0）中时，根据量子力学理论，它们的自旋轴的取向不再是任意的，而只有(2I+1)种，这叫核自旋的空间量子化。
每一种取向可用一个磁量子数m 表示，则m=I，I-1，I-2，…-I+1，-I。
氢谱解析核磁共振碳谱
4.4.2 13C NMR化学位移
化学位移 1) TMS为参考标准，c=0 ppm 2) 以各种溶剂的溶剂峰作为参数标准
碳的类型 化学位移（ppm）
C-I
C-Br
C-Cl
—CH3 —CH2 —CH—
0~40 25~65 35~80
8~30 15~55 20~60
碳的类型
化学位移 （ppm）
C—（炔） =C—（烯）
CH 3
非常好的对称性，分子中有9个碳
=10 50 ppm 只可能出现三个峰
CH 3
1r-3-反-5-反三甲基环己烷
分子中有9个碳 =10 50 ppm
出现6个共振峰
CH 3 CH 3
CH 3
CH 3 CH 3
CH 3
CH 3 CH 3
CH 3
谢谢大家！
4
3
5
O
O 确定糠醛中3位碳和4位碳的归属
CH
分别照射3位及4位质子，则3位碳及 4位碳的二重峰将分别成为单峰， 于是就可确定信号归属。
4.4.4 13C NMR的应用
13C NMR
分子结构
了解分子中碳的种数 提供碳在分子中所处环境的信息
CH 3 Cl
CH 3
CH 2
KOH
C2H5OH
or
反应产物 质子去偶13C NMR谱图 判定它的消去方向
取代基对13C的值影响
i = 2.6+9.1n+9.4n2.5n
i为i碳原子的化学位移
n，n 和 n 分别为 i 碳原子， 和 位所连碳原子的个数
正戊烷
C1 和 C5，C2 和 C4 是对称的三个共振峰 CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 1 2 34 5
核磁共振氢谱和碳谱讲解
核磁共振氢谱核磁共振---NMR1945年美国斯坦福大学的 F. Block 和哈佛大学的 E. M. Purcell 同时发现了核磁共振现象，并因此荣获了1952年的 Nobel 物理奖。
核磁共振谱可为化合物鉴定提供下列信息：1.磁核的类型：由化学位移来判别，如在1HNMR 中，可判别甲基氢、芳氢、烯氢、醛氢等。
2.磁核的化学环境：由偶合常数和自旋－自旋裂分来判别，如在 1H-NMR 中可判定甲基是与-CH 2-相连，还是与苯环相连。
3.各类磁核的相对数量：氢谱中，通过积分面积或积分曲线来判断。
4 .核自旋弛豫时间：13CNMR 可提供 T 1，并用于结构归属指定，构象的测定，以及窥测体 系的运动情况。
5 .核间相对距离：通过核的 Overhause 效应可测得。
3.1核磁共振的基本原理3.1.1原子核的磁矩原子核是带正电荷的粒子，自旋将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核有自旋，只有有自旋才有磁矩。
具有自旋运动的原子核具有一定自旋量子数（I ），I=1/2 *n ，那1，2，3···1. 核电荷数和和质量数均为偶数的原子核没自旋。
2. 核电荷数为奇数或偶数，核质量数为奇数，有自旋现象。
3. 核电荷数为奇数，核质量数为偶数，I 为整数的原子核有自旋现象。
对于自旋不为零的核来说，当其自旋时由于形成环电流，故而产生一个小磁场，这个小磁场可用核磁矩 μ 表示。
μ 是矢量，其大小由下式确定：πγγμ2)1(hI I p +==式中 γ ---核的磁旋比 p---自旋角动量不同的核有不同的 γ 值，是确定同位素核的特征常数。
3.1.2自旋核在磁场中的取向和能级对于I 不为零的核来说，如果不受外来磁场的干扰，其自旋轴的取向将是任意的。
当它们处于外加静磁场（磁场强度为H0）中时，根据量子力学理论，它们的自旋轴的取向不再是任意的，而只有(2I+1)种，这叫核自旋的空间量子化。
每一种取向可用一个磁量子数m 表示，则m=I，I-1，I-2，…-I+1，-I。
氢谱和碳谱
氢谱和碳谱
氢谱和碳谱是核磁共振（NMR）谱的两种类型，它们在化学和生物化学领域被广泛应用，用于确定有机化合物的结构。
氢谱主要检测的是化合物中氢原子的核磁共振信号。
在氢谱中，不同的氢原子因其所处的化学环境不同，会产生不同的化学位移，从而在谱图上呈现出不同的峰。
通过分析这些峰的位置和强度，可以确定化合物中氢原子的种类和数量，进而推断出化合物的结构。
碳谱则主要检测的是化合物中碳原子的核磁共振信号。
与氢谱类似，碳原子也会因其所处的化学环境不同而产生不同的化学位移。
通过分析碳谱中的峰，可以确定化合物中碳原子的种类和连接方式，从而得到更为详细的分子结构信息。
氢谱和碳谱各有其优点和局限性。
氢谱的灵敏度高，因为氢核的天然丰度很高，而且旋磁比也大，这使得氢谱的信号相对较强。
但是，氢谱的分辨率较低，对于结构复杂的化合物，可能会出现峰的重叠，使得解析变得困难。
碳谱的分辨率较高，可以提供更为详细的结构信息，但是碳谱的灵敏度较低，因为碳核的天然丰度很低。
在实际应用中，氢谱和碳谱通常会结合使用，以得到更为准确和全面的结构信息。
通过比较氢谱和碳谱的数据，可以验证结构推断的正确性，并发现可能存在的错误或遗漏。
氢谱和碳谱是两种重要的核磁共振技术，它们在有机化合物结构确定中发挥着不可替代的作用。
[整理版]核磁共振氢、碳普解析的步骤
![[整理版]核磁共振氢、碳普解析的步骤](https://img.taocdn.com/s3/m/76bbb61402d8ce2f0066f5335a8102d276a26118.png)
三. 核磁共振氢谱核磁共振技术发展较早，20世纪70年代以前，主要是核磁共振氢谱的研究和应用。
70年代以后，随着傅里叶变换波谱仪的诞生，13C—NMR的研究迅速开展。
由于1H—NMR的灵敏度高，而且积累的研究资料丰富，因此在结构解析方面1H—NMR的重要性仍强于13C—NMR。
解析图谱的步骤1.先观察图谱是否符合要求;①四甲基硅烷的信号是否正常；②杂音大不大；③基线是否平；④积分曲线中没有吸收信号的地方是否平整。
如果有问题，解析时要引起注意，最好重新测试图谱。
2.区分杂质峰、溶剂峰、旋转边峰（spinning side bands）、13C卫星峰(13C satellite peaks) （1）杂质峰：杂质含量相对样品比例很小，因此杂质峰的峰面积很小，且杂质峰与样品峰之间没有简单整数比的关系，容易区别。
（2）溶剂峰：氘代试剂不可能达到100％的同位素纯度（大部分试剂的氘代率为99－99.8％），因此谱图中往往呈现相应的溶剂峰，如CDCL3中的溶剂峰的δ值约为7.27 ppm处。
（3）旋转边峰:在测试样品时，样品管在1H-NMR仪中快速旋转，当仪器调节未达到良好工作状态时，会出现旋转边带，即以强谱线为中心，呈现出一对对称的弱峰，称为旋转边峰。
（4）13C卫星峰：13C具有磁距，可以与1H偶合产生裂分，称之为13C卫星峰，但由13C 的天然丰度只为1.1％，只有氢的强峰才能观察到，一般不会对氢的谱图造成干扰。
3.根据积分曲线，观察各信号的相对高度，计算样品化合物分子式中的氢原子数目。
可利用可靠的甲基信号或孤立的次甲基信号为标准计算各信号峰的质子数目。
4.先解析图中CH3O、CH3N、、CH3C=O、CH3C=C、CH3-C等孤立的甲基质子信号，然后再解析偶合的甲基质子信号。
5.解析羧基、醛基、分子内氢键等低磁场的质子信号。
6.解析芳香核上的质子信号。
7.比较滴加重水前后测定的图谱，观察有无信号峰消失的现象，了解分子结构中所连活泼氢官能团。
核磁共振谱(NMR)
样品
TMS
仪
223 134 100 10 60 10 240 400 60 10 100 10
6 6
10
6
相对于TMS的化学位移 CH3CCl2CH2Cl(1,2,2-三氯丙烷) 60MHz 100MHz δ(ppm) CH3 134Hz 223Hz 2.23 CH2 240Hz 400Hz 4.00
质子环境 δ(ppm) 氢键受纯度、浓度、 4、特征质子的化学位移值 低场← 大δ小→高场 温度等影响。 0.9 CH3－H －C－H (烷) 0.9～1.5 X－C－H－I －O－H (羟) 2.2～4 1～5.5 √ 2.2 CH3 ≡C－H (炔) 2～3 －O－C－H －N－H (胺) 1～5 √ 2.7 CH3－Br 3.4～4 ＝C－H (烯) 5～6 O＝C－C－H O＝C－H－Cl 2～2.7 9～10 3.1 CH3 (醛) ＝C－H (芳) 6～8 HOOC－C－H 10～12 RCOO－H(酸) 2～2.6 4.3 CH3－F
2 (H H )
伯 仲 氢 氢
22
羟 基 氢
0 感应
HH 0 有效
2
H 0 (1 )
屏蔽 常数
共振条件 H核周围电子云密度越大，屏蔽效应越大。 产生共振吸收所需要的H0越高，信号向高场移动
2、化学位移如何表示？ ——采用相对数值表示法δ 存在两个问题：①化学位移的绝对值很小； ② 频率、H0不同，位移值也不同。 δ小→高场 选择(CH3)4Si(TMS)为标准，δ= 0 δ大→低场 ①TMS结构对称，只有一种氢 为什么选TMS作标准？ ②屏蔽效应高，在高场吸收
1HNMR可测各种氢的比例 ——计算峰面积
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22.7
H 3C
32 .65 36 .65
35 .55
22 .7
CH3
32.65
3 5 .0
H
30 .3 29 .0
37 .7
43 . 5
H
36 .8
H
22.3 H
20 . 1
H3C
30 .15
30 .6
H
30 .6
20 .1
H
30 .15
H H
38.9
30 .6
22 .4
H
17 .4
H
40 .7
34 .6
H H
R-CH2(CH3)3 > R-CH2CH(CH3)2 > R-CH2CH2CH3 > R-CH2CH3 > R-CH3
伯碳 < 仲碳 < 叔碳 < 季碳
烷烃中C的化学位移
b．g-邻位交叉效应
a位的取代基使g位C移向高场（d 减小）：
当g处于邻位交叉构象时，R“挤压”Cg的H，使电子移向Cg。
3. C谱化学位移范围宽，0~220 ppm，几乎每一个不 等价的C都有不重叠的谱峰.
4. 有多种不同的方法来观测13C谱，还可以进行谱编辑 ，可以区分C的级数（伯、仲、叔、季），如DEPT
碳谱的化学位移
核磁共振碳谱的化学位移范围
影响碳谱化学位移的因素
• 与1H谱类似，13C的化学位移也由许多影响因素： = d + p + m + r + e + s
碳谱的特点
3. 由于碳谱的化学位移范围很大，在较为复杂的分子中， 1Ｈ耦合的碳谱无法解释，因为往往会重叠在一起 。 因此实际上我们通常使用的13C谱是质子去耦谱。
碳谱的特点
13C谱的优点：
1. C构成化合物的骨架，因而C谱能够提供结构鉴定的 重要信息
2. 不 含 H 的 C ， 如 >C=O, >C=C=C<, -N=C=O, -N=C=S等基团，1H谱不能观察，而13C谱可以
• 取代基电负性对化学位移的影响
a. 取代基电负性越大，相邻的a-C原子越往低场移，
d 增大。
F > Cl > Br > OH > NH2 > SH > CH3 > H > I
这可以解释为电负性越大的取代基吸电子能力强，使得相邻 C 原 子 的 电 子云密度降低，则r-3增大，||增大，因而d增大。
4 7 .5 1 4 .3 2 3 .7
3 3 .6 4 4 .1 2 0 .6 4 3 .5 8 .7 4 3 .8
4 3 .8 2 0 .6
2 3 .4
3 3 .6
2 0 .6
R
Cg
烷烃中C的化学位移
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ空间效应
a．取代基密集性的影响 对链状烷烃C原子而言，当H被取代后，取代基为烷
基，则取代基越多，越大，分支越多，则d越大。
其中：
DE——电子的激发能
r ——2p电子与核的距离
Q——为分子轨道理论中的键级：QAA为A核的2p轨道电子数目的
贡献，9.2 15.3
14.033.8为14.645.5 与A相连的核的贡献，二者之和为键级的贡献
26.9 I 21.5 Br 18.7 Cl
注意其中的负号。
影响碳谱化学位移的因素
• 根据轨道杂化程度不同，有如下关系：
影响碳谱化学位移的因素
• 但由于13C有p电子，其化学位移主要由p决定。它是
与外磁场方向相同的，因而是去屏蔽的，由Kaplus和
Pople公式计算
O H
7 .8
8 8 .7 7 .8 1 4 .7 O
1 4 .7
3 2 .9 3 2 .9
6 6 .1 6 6 .1
7 7 .5 3 5 .7 3 2 .9
烷烃中C的化学位移
CH4 CH3NH2 CH3OH CH3F
Chemical shift, d
1H
13C
0.2
-2
2.5 27 3.4 50
4.3 75
烷烃中C的化学位移
b. 取代基使b位碳化学位移向低场位移，g 位碳稍向高场
位移。
2 0 .6
3 3 .6
1 4 .0 g2 b 6 .5 3 9 a .0 3 9 .0 2 6 .51 4 .02 3 .3 4 4 .4
CH4 CH3X CH2X2 CHX3 CX4 X=Cl -2.3 23.8 52.8 77.7 95.5
X=I
-21.8 -55.1 -141.0 -
292.5
烷烃中C的化学位移
d．超共轭效应 N、O、F的取代，使g-C原子高场位移比烷基取代 更明显。
有人提出了超共轭效应，即X—C键短，X上的孤电子 对与Ca的p电子重叠，导致Cg的电子密度增加。
Cb Cg
X Ca
在开链烷烃中，邻位交叉存在的几率为30%； a位甲基取代平均使
Cg 产生2ppm高场位移；而卤素取代会有多达7ppm的位移
烷烃中C的化学位移
d2.3
Zsd减小
i
kj
ij
烷烃中C的化学位移
c. 重原子效应：
或叫做重卤素效应。C原子被电负性基团取代后，应该 移向低场，但若被I原子取代后，反而移向高场，这是 因为其众多的外层电子对C有抗磁屏蔽作用，从而使C 移向高场。
sp3(C-C) < sp(-CC-) < sp2(>C=C<) < sp2(>C=O) 0~50ppm 50~80ppm 90~150ppm ~200ppm
影响碳谱化学位移的因素
36 114
138 36 126-142
H C C CH2 CH2 CH3 68 84 22 20 13
O
CH2 C O CH2 CH3
4. 需要长时间累加已得到信噪比较好的谱，需要较多 的样品量
碳谱的特点
3. 在13C-NMR中，13C对13C的偶合可忽略不计，但1H
对13C的偶合十分明显，包括1JCH, 2JCH, 3JCH, 使图谱
变得复杂，灵敏度↓，测定所需样品量大。
3. 由于碳谱的化学位移范围很大，在较为复杂的分子中， 1Ｈ耦合的碳谱无法解释，因为往往会重叠在一起 。
127-134 41 171
61 14
影响碳谱化学位移的因素
• 2p电子密度的影响 2p轨道电子密度增加，则轨道扩大，<r-3>2p减
小，|p|减小，dC减小。
• 如电子体系：电子密度r与dC有一个线性关
系
dC = 160r + 287.5 (ppm)
即电子密度r越大，化学位移越小
烷烃中C的化学位移
核磁共振氢谱及碳谱
13C 谱
碳谱的特点
13C谱测定的困难： 1. 天然丰度低：~1.1%; 而 1H: 99.98% 2. 相 对 灵 敏 度 低 : gCgH/4, 因 此 其 相 对 灵 敏 度 为 (gC/gH)3=0.016。 3. 再考虑到弛豫等因素，总体来讲，13C的灵敏度要比 1H低约6000倍。