第4章核磁共振碳谱.ppt

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Ω=6
7.69(1H, d, J=15.9Hz ) 6.55(1H, d, J=15.9Hz)
6.68(2H, m) 7.44(3H, m)
45
第五节 碳谱在结构解析中的应用
- COCD3
- COCD3
O C
46
第五节 碳谱在结构解析中的应用
例题 化合物C10H13NO2的碳谱,推测结构
Ω=5,可能有苯环及双键
30
第四节 各类碳的化学位移
δC-1 = 28.7 δC-2 = 30.2 δC-3 = 36.5 δC-4 = 8.3
X=OH α位 48 β位 10 γ位 -5
δC-1= 28.7 δC-2= 30.2 - 5= 25.2 δC-3= 36.5 + 10= 46.5 δC-4= 8.3 + 48 = 56.3
化合物 C6H12O的碳谱如下 Ω=1,可能有双键存在
H
H
CC
H
O
OCH
CH2 OCH2
CH2
CH2 CH3
33
第四节 各类碳的化学位移
化合物 C6H12O的碳谱如下
H CC
CH
OCH
C
CH3 CH3 CH3
34
第四节 各类碳的化学位移
4.3 炔烃
➢炔烃及衍生物的δC值在60~90ppm ➢与极性基团直接相连的炔碳δ 20~95 ➢与三键直接相连的碳的化学位移向高场移动
➢自旋-晶格弛豫时间 ➢质子对直接相连碳原子的NOE增益
14
第三节 碳谱的测定技术
➢在13C NMR谱中,1H对13C的偶合很普遍。 ➢J值从几十到几百Hz,造成谱峰交错,归属和
解析困难。
15
第三节 碳谱的测定技术
• 脉冲傅立叶变换核磁共振技术
样品 B0
自旋核群处
B1
各核
于平衡状态 (脉冲激发) 跃迁
11
第二节 碳谱的主要参数
2. 温度效应
12
第二节 碳谱的主要参数
2.2 偶合常数 由分子结构决定,与外界条件无关 • 1H和13C的偶合
1.一键碳氢的偶合常数(1JCH)
➢1JCH值较大,在110~320Hz ➢碳原子杂化轨道s成分↑ ,1JCH值↑ ➢与键角有关,环张力增大, 1JCH值↑ ➢随取代基电负性增大, 1JCH值↑
2. 2JCCH, 3JCCCH, 4JCCCCH
13
第二节 碳谱的主要参数
2.2 偶合常数
• 2H和13C的偶合 裂分峰数为(2nIx+1) • 13C 和13C的偶合 忽略 • 19F和13C的偶合 裂分符合(n+1)规律 ➢1JCF值很大,158~370Hz, 2JCF 30~45Hz • 31P和13C的偶合 裂分符合(n+1)规律 2.3 峰面积 不完全定量关系
与该质子相连的碳原子变成单峰 • 其他碳原子与偏共振去偶谱类似
20
第三节 碳谱的测定技术
3.4 门控去偶及反转门控去偶
• 指用发射门及接收门来控制去偶的实验方法
B1 B2
21
第三节 碳谱的测定技术
反转门控去偶 (inverse gated decoupling)
• 测定真正的偶合常数或作各类碳的定量
➢ 谱峰相对较强,可能是等价碳的重叠峰。 ➢ 若推断的氢数目之和小于分子中的氢数目,则可能
存在活泼氢。 ➢ 谱峰数目大于分子式中的碳数,则可能化合物中可
能含有氟、磷或者存在异构体。
43
第五节 碳谱在结构解析中的应用
例题 化合物C5H10O2的13C谱给出5个碳信号, δ=174.0, 51.2, 36.0, 18.5, 13.5。试推测其结构。
云密度有所增加,屏蔽效应增加
8
第二节 碳谱的主要参数
6. 重原子效应
➢ 碘原子核外围有丰富的电子,碘原子的引入对与其 相连的碳原子产生抗磁性屏蔽作用。
CH4 CH3I CH2I2 -2.5 -20.7 -54.0
7. 分子内氢键的影响
CHI3 -139.9
CI4 -292.5
9
第二节 碳谱的主要参数
29
第四节 各类碳的化学位移
CH3
CH3
1
C
2
CH3
CH2
3
查P126,表4.6
CH3
4
Ci
A
α 9.1
β 9.4
γ -2.5
Ci 2.5 nA
Ci A δ 0.3 ε 0.1
δC-1= -2.5+9.1×1+9.4×3-2.5×1 +(-3.4)= 28.7 (29.1) δC-2= -2.5+9.1×4+9.4×1 +(-1.5) ×3 +(-8.4) = 30.2 (30.6) δC-3= -2.5+9.1×2+9.4×3 +(-7.2)= 36.5 (36.9) δC-4= -2.5+9.1×1+9.4×1-2.5×3 = 8.3 (8.9)
波谱解析
第四章 核磁共振碳谱
( carbon nuclear magnetic resonance, 13C-NMR )
1
波谱解析
主要内容
第一节 碳谱的特点 第二节 碳谱的主要参数 第三节 碳谱的测定技术 第四节 各类碳的化学位移 第五节 碳谱在结构解析中的应用
2
第四章 核磁共振碳谱
• 1957年首次观测到13C NMR信号,却在70年代才开 始直接研究有机化合物。
5
第二节 碳谱的主要参数
2.碳核周围的电子云密度
• 核外电子云密度↑,屏蔽效应↑,δ↓
6
第二节 碳谱的主要参数
3. 诱导效应 与电负性基团相连,电子云密度↓δ↑
4. 共轭效应 引起电子分布不均,δ↑或↓
7
第二节 碳谱的主要参数
5. 空间效应
➢ 碳化学位移值容易受到分子空间结构的影响 ➢ 空间上接近的碳上氢之间的斥力作用使得碳上电子
31
第四节 各类碳的化学位移
4.2 烯烃
➢烯碳的δ值在110~150ppm ➢除Br,I,CN外,取代基均使α-C的δ值低场位移。 ➢取代烯
δ C > δ CH > δ CH2
123.2
136.2 115.9
124.6
113.3 140.2
109.3 149.3
126.0
32
第四节 各类碳的化学位移
Ω=5,可能有苯环和1个双键存在
O
CH
N C CH3
CH2CH3
O
CN CC
CH2
CH3 CH3
49
第五节 碳谱在结构解析中的应用
例题 化合物C10H13NO的碳谱,推测结构
Ω=5,可能有苯环和1个双键存在
CH H3C
27
第四节 各类碳的化学位移
28
第四节 各类碳的化学位移
• 烷烃位移参数
Ci
S
CH3 CH
1(3)
-1.1
CH3 C
-3.4
1(4)
CH2 CH
-2.5
2(3)
CH2 C
-7.2
2(4)
Ci
CH CH2
3(2)
CH CH
3(3)
C CH3
4(1)
C CH2
4(2)
S -3.7 -9.5
-1.5 -8.4
Ω=1
δ=174.0
有羧基或酯基
δ=51.2
与氧相连的碳信号
13.5 36.0
51.2
18.5 174.0
44
第五节 碳谱在结构解析中的应用
例题 化合物C9H8O2的1H谱δ :7.69(1H, d, J=15.9Hz ), 6.68(2H, m), 7.44(3H, m), 6.55(1H, d, J=15.9Hz);以及碳谱图。试推测其结构。
O
CH3
C
OCH2CH3
NH
偏共振去偶谱
O
2CH
C
2CH
C C-O C
质子宽带共振去偶谱
OCH2 CH3CH3
47
第五节 碳谱在结构解析中的应用
例题 化合物C10H13NO2的碳谱,推测结构
2CH 2CH
CH CH C C-O C
CH3 CH3 OCH2
48
第五节 碳谱在结构解析中的应用
例题 化合物C10H13NO的碳谱,推测结构
NH2
6
1 Br
2
5
3
4
22
第三节 碳谱的测定技术 3.5 DEPT谱(distortionless enhancement by polarization transfer)
23
第三节 碳谱的测定技术
DEPT 90
CH
CH
CH
DEPT 135 CH
CH2 CH2 宽带去偶
小蠹烯醇
CH
CH3 CH3
弛豫 接收FID信号
体系逐步 恢复平衡
16
第三节 碳谱的测定技术
3.1 质子噪音去偶(全去偶)
强功率B2
B1
样品
各碳核跃迁
(脉冲激发)
所有质子饱和,偶合全部去掉
质子宽带 去偶谱
质子噪声 去偶谱
17
第三节 碳谱的测定技术
3.1 质子噪音去偶(全去偶)
➢ 全去偶不仅使13C NMR谱简化,而且提高灵敏度。 ➢ 偶合的多重峰合并,灵敏度↑ ➢ NOE效应,灵敏度↑ ↑
✓化学位移范围宽,δ为0~220ppm ✓给出季碳的信息 ✓不能用积分高度来计算碳的数目 ✓灵敏度低、偶合复杂
4
第二节 碳谱的主要参数
2.1 化学位移
(一)影响碳化学位移的结构性因素
1.碳原子的轨道杂化
➢ sp3杂化碳的δ值:0~60ppm ➢ sp2杂化碳的δ值:100~167ppm(烯碳和芳碳) ➢ sp2杂化碳的δ值:160~220ppm(羰基) ➢ sp杂化碳的δ值: 60~90ppm
在13C{1H}NMR实验中,最大NOE提高因子
f 2 2 13C(1H )
1H 13C
质子宽带去偶谱缺点:失去碳氢偶合全部信息
18
第三节 碳谱的测定技术
3.2 偏共振去偶(off resonance decoupling)
• 采用频率范围小,强度弱的射频场B2 • 消除2J~4J的偶合,仅保留1J。
8. 取代基的数目 ➢ 碳上烷基或拉电子取代基数目↑ δ↑
10
第二节 碳谱的主要参数 (二)影响碳化学位移的外部因素
1. 介质效应
➢ 溶剂不同、浓度不同或pH不同都会引起δ改变 ➢ 溶剂效应通常通过氢键缔合产生去屏蔽作用 ➢ pH变化影响某些基团的离解度,从而引起这些基团
上电子密度,影响相连碳的屏蔽作用。
CH2 CH2
24
第四节 各类碳的化学位移
25
第四节 各类碳的化学位移
26
第四节 各类碳的化学位移
4.1 烷烃 • 1 链状烷烃
➢未被杂原子取代的烷烃δ=0~60 ➢长链烷烃中,末端CH3的δ为13~14ppm,C-2 δ 为22~23ppm。
Ci 2.5 nA
➢ n为具有加和位移参数的碳数目 ➢ A为加和位移参数
4.5 杂环化合物 4.6 卤化物
4.7 醇 ➢与氧相连的δ值在60~70
38
4.8 胺
第四节 各类碳的化学位移 ➢与氮相连的δ值在40左右
39
第四节 各类碳的化学位移
4.9 羰基
➢羰基碳的δ值在160~220ppm ➢除醛基外,羰基碳在偏共振去偶谱中以单峰出现。 ➢羰基碳峰弱
1.醛和酮
O CH3 C H
S B02 3nI (I 1)
N
T
13C
1H
γ 6.726 26.752
相对丰度 1.11% 99.98%
• 13C NMR灵敏度仅为1H NMR的1/5700。 • 采用连续波扫描方式,时间长和样品量大。 • PFT-NMR的出现及去偶技术发展,使13C NMR变
得简单易行。
3
第一节 碳谱的特点
1.由分子式求不饱和度 2.识别重氢试剂峰,排除其干扰 3.由δ值分析sp3,sp2,sp杂化碳数目 4.由DEPT、偏共振去偶谱识别伯,仲,叔碳,结
合δ值推导出可能的基团。 5.综合分析,推导可能的结构 6.参考UV、IR、MS,来验证结构
42
第五节 碳谱在结构解析中的应用
一些有用的规律
➢ 谱峰的数目小于分子中碳原子数的数目,则分子中 可能存在某种对称因素。
• CH3,CH2,CH和C分别变成四重峰(q),三重峰 (t),二重峰(d)和单峰(s)。
偶合谱 质子宽带去偶谱
mo
p
OH
mo
偏共振去偶谱
19
第三节 碳谱的测定技术 3.3 质子选择性去偶 (selective proton decoupling) • 用较低的射频功率准确照射某个质子,在13C NMR谱中,
35
第四节 各类碳的化学位移
4.4 芳环化合物
➢苯的δC值在128.5ppm,取代苯δC值在 ➢12除3~C1,6N7pC,pCmBr,I使δC-1值高场位移外,其余取代基 均使δC-1值低场位移。 ➢所有取代基对间位碳影响小
36
第四节 各类碳的化学位移
芳烃碳δ值经验计算公式
Ci 128.5 Ai
δ=200.5
CH3 O
CH3 CH C H
δ=204.9
O CH3 CH2 C H
δ=202.7 δ=206.7
O CH
δ=192 δ=196.9
δ=211.0
δ=192.1
40
第四节 各类碳的化学位移
2.羧酸及其衍生物
➢δ值在150wk.baidu.com185ppm
41
第五节 碳谱在结构解析中的应用
5.1 碳谱解析一般程序
δC-1= 128.5 + 9.3 + (-7.3) = 130.5 δC-2= 128.5 + 0.7 + 1.6 = 130.8 δC-3= 128.5 + (-0.1) + (-12.7) = 115.7 δC-4= 128.5 + 26.6 + (-2.9) = 152.2
37
第四节 各类碳的化学位移
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