有机波谱分析13CNMR
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第五章
核磁共振碳谱
13 （ C
- NMR）
2017/6/1
1
13C-NMR
C ：12C 、 13C
信号弱：13C的天然丰度低，仅是12C的1.1%； 灵敏度低：在相同磁场中，灵敏度大小与核的的立方
成正比：13C的 ：6.728 、1H的 ：26.753 ；13C的磁旋 比约为1H的1/4；13C的灵敏度大约是1H谱的1/5800；
选择某一特定质子作去耦对象，用ν2 照射某个特定质子， 消除这个被照射的质子对13C的耦合，使 13C 成为单峰。 照射3-H 照射4-H
123 114
H
4 3
H
114
O
CHO
123
16
2017/6/1
2.2.4 无畸变极化转移增强谱（DEPT谱）
Distortionless Enhancement by Polarization Transfer
2.1.2 实验技术 PFT-NMR（脉冲Fourier变换核磁共振）
对样品进行宽频带强脉冲照射，同时激发了全部同类核， 接受它的自由感应衰减信号，F(t)→F()，得到碳谱。
8
2017/6/1
2.1.3 溶剂和化学位移参考标准标准
常用溶剂的化学位移和耦合常数（161页，表4.1）
13 2017/6/1
H3C N H3C 1 3 2 4 CHO 5 6
质子宽带去耦谱
偏共振去耦谱
14 2017/6/1
苯酚的13C NMR谱
（质子耦合谱，质子宽带去耦谱，偏共振去耦谱）
OH
158.5 115.9 130.2 121.4
15
2017/6/1
2.2.3 质子选择性去耦（偏共振去耦的特例）
I ：自旋量子数；
2017/6/1
CAT（Computuer Averaged Transients）
计算机把很多次CW信号累加起来而使信号增强。
S
N n S N ns
1次 16次
ns ：扫描次数
80次
800次
缺点是费时较多（一次CW扫描约500 s）。
7 2017/6/1
12 2017/6/1
2.2.2 偏共振去耦（不完全去耦）
即在1H去耦时，使ν2放在偏离1H共振的中心频率几百到 几千Hz处，这样在谱图中只出现几十Hz以下的JC-H，而 长距离耦合消失了。可避免谱线交叉现象，易于识谱。
特点：
1）消除了2J , 3J, 4J的耦合，保留了1JC-H （同碳）的耦合， 谱图得到简化； 2）以耦合裂分峰数符合(n+1)规律，但强度不一定。 CH3 (q) CH2 (t) CH (d) C (s) quartet triplet doublet singlet
3
2017/6/1
Hale Waihona Puke Baidu
1
§1
13C-NMR的特点
1化学位移范围宽 δ 0~220 ppm (1H NMR 0~10 ppm) CI4 –292 ppm；正碳离子大于300 ppm。
胆固醇 C27H46O
1H
NMR
13C
NMR
4
2017/6/1
§1
13C-NMR的特点
2 13C-NMR反映的是化合物的碳骨架；可直接测定 C=O、C=C、CN、C C、季C； 3 采用某些实验方法直接识别碳级 CH3 CH2 CH C 4 灵敏度低，耦合复杂。 13C -13C的耦合忽略，13C - 1H的耦合峰数符合 n+1； 5 13C-NMR谱一般不定量（NOE效应）； 6 由于灵敏度低，须加大测定的信号，即样品量大， 尤其对稀有难得的样品，13C-NMR的测定有一定的 局限性。
10
2017/6/1
2.2 去耦方法（简化谱图的方法）
163页，图4.5
宽带去耦谱
质子耦合谱
11
2017/6/1
Nuclear Overhauser Effect (NOE)
B2很强，1H 核将部分能量传给与其空间位置相近的13C 核，增强C核共振信号，这种空间去耦作用可使信号增 强的效应叫NOE效应。
5 2017/6/1
§2
13C-NMR的实验方法及去耦技术
13C-NMR灵敏度的提高
2.1.1
以一个基准物质的信号(S)和噪音(N)之比作为灵敏度
（如1%乙基苯的氘代氯仿溶液）
B0 nI ( I 1) S N T
B0：外磁场强度； n ：13C核的数目； T ：测试温度。
6
2 3
：磁旋比；
溶剂 氯仿 丙酮
CCl4 CS2
质子溶剂
77.2 30.0 206.7 96.0 192.8
氘代溶剂
76.9 29.8 206.5
1J
CD
峰形 三重峰 七重峰 单峰 单峰
27 20
<1
D2O不含碳，是理想的极性溶剂
标准物： TMS ，CS2
C (TMS ) 192.8 C (CS
9 2017/6/1
2)
2.2 去耦方法（简化谱图的方法）
1H对13C的耦合是普遍存在的，虽然耦合能给出丰富的
结构信息，但是谱峰相互交错，难以解析。且耦合裂 分的同时，又降低了灵敏度。因此需要去耦技术解决 这些问题。
2.2.1 质子宽带去耦（完全去耦）
采用双共振技术，在(B1)激发13C共振吸收的同时，用另一 个强功率射频场(B2，去耦场)宽频带照射使所有氢质子饱和， 从而使氢质子对13C的耦合全部去掉，去耦使峰合并，强度 增加，这样的13C-NMR谱称为质子宽带去耦谱。
难解析：13C - 1H的耦合（1J - 4J）； 直到PFT-NMR的出现和去耦技术的发展，才使碳核
磁在有机化学中得到广泛应用。
2 2017/6/1
内容
1 2 3 4 5
13C-NMR谱的特点
13C-NMR的实验方法及去耦技术
13C的化学位移及影响因素 13C的化学位移及经验计算 13C-NMR核磁共振谱的解析
(1) (2)
因NOE增强不等，导致谱峰的强度与碳数目不成比例； 有用的耦合信息丢失，无法识别碳级。
质子宽带去耦的结果：
1 图谱简化，每1条峰代表1种化学环境不同的碳； 2 耦合的多重峰合并，信噪比提高，灵敏度增大； 3 NOE增强，使灵敏度的提高远大于复峰的合并。
13C-NMR的常规谱即是质子宽带去耦谱。
为了区分不同的碳，一般要做三次分别为不同的角度， 其中季碳不出峰： 45度的DEPT谱：所有的CH、CH2、CH3的峰都向上 （不常用，因为无法达到区分的目的） 90度的DEPT谱：只能看到CH 向上的峰 135度的DEPT谱：CH、CH3的峰向上（即信号为正）， CH2为倒峰（即信号为负）
核磁共振碳谱
13 （ C
- NMR）
2017/6/1
1
13C-NMR
C ：12C 、 13C
信号弱：13C的天然丰度低，仅是12C的1.1%； 灵敏度低：在相同磁场中，灵敏度大小与核的的立方
成正比：13C的 ：6.728 、1H的 ：26.753 ；13C的磁旋 比约为1H的1/4；13C的灵敏度大约是1H谱的1/5800；
选择某一特定质子作去耦对象，用ν2 照射某个特定质子， 消除这个被照射的质子对13C的耦合，使 13C 成为单峰。 照射3-H 照射4-H
123 114
H
4 3
H
114
O
CHO
123
16
2017/6/1
2.2.4 无畸变极化转移增强谱（DEPT谱）
Distortionless Enhancement by Polarization Transfer
2.1.2 实验技术 PFT-NMR（脉冲Fourier变换核磁共振）
对样品进行宽频带强脉冲照射，同时激发了全部同类核， 接受它的自由感应衰减信号，F(t)→F()，得到碳谱。
8
2017/6/1
2.1.3 溶剂和化学位移参考标准标准
常用溶剂的化学位移和耦合常数（161页，表4.1）
13 2017/6/1
H3C N H3C 1 3 2 4 CHO 5 6
质子宽带去耦谱
偏共振去耦谱
14 2017/6/1
苯酚的13C NMR谱
（质子耦合谱，质子宽带去耦谱，偏共振去耦谱）
OH
158.5 115.9 130.2 121.4
15
2017/6/1
2.2.3 质子选择性去耦（偏共振去耦的特例）
I ：自旋量子数；
2017/6/1
CAT（Computuer Averaged Transients）
计算机把很多次CW信号累加起来而使信号增强。
S
N n S N ns
1次 16次
ns ：扫描次数
80次
800次
缺点是费时较多（一次CW扫描约500 s）。
7 2017/6/1
12 2017/6/1
2.2.2 偏共振去耦（不完全去耦）
即在1H去耦时，使ν2放在偏离1H共振的中心频率几百到 几千Hz处，这样在谱图中只出现几十Hz以下的JC-H，而 长距离耦合消失了。可避免谱线交叉现象，易于识谱。
特点：
1）消除了2J , 3J, 4J的耦合，保留了1JC-H （同碳）的耦合， 谱图得到简化； 2）以耦合裂分峰数符合(n+1)规律，但强度不一定。 CH3 (q) CH2 (t) CH (d) C (s) quartet triplet doublet singlet
3
2017/6/1
Hale Waihona Puke Baidu
1
§1
13C-NMR的特点
1化学位移范围宽 δ 0~220 ppm (1H NMR 0~10 ppm) CI4 –292 ppm；正碳离子大于300 ppm。
胆固醇 C27H46O
1H
NMR
13C
NMR
4
2017/6/1
§1
13C-NMR的特点
2 13C-NMR反映的是化合物的碳骨架；可直接测定 C=O、C=C、CN、C C、季C； 3 采用某些实验方法直接识别碳级 CH3 CH2 CH C 4 灵敏度低，耦合复杂。 13C -13C的耦合忽略，13C - 1H的耦合峰数符合 n+1； 5 13C-NMR谱一般不定量（NOE效应）； 6 由于灵敏度低，须加大测定的信号，即样品量大， 尤其对稀有难得的样品，13C-NMR的测定有一定的 局限性。
10
2017/6/1
2.2 去耦方法（简化谱图的方法）
163页，图4.5
宽带去耦谱
质子耦合谱
11
2017/6/1
Nuclear Overhauser Effect (NOE)
B2很强，1H 核将部分能量传给与其空间位置相近的13C 核，增强C核共振信号，这种空间去耦作用可使信号增 强的效应叫NOE效应。
5 2017/6/1
§2
13C-NMR的实验方法及去耦技术
13C-NMR灵敏度的提高
2.1.1
以一个基准物质的信号(S)和噪音(N)之比作为灵敏度
（如1%乙基苯的氘代氯仿溶液）
B0 nI ( I 1) S N T
B0：外磁场强度； n ：13C核的数目； T ：测试温度。
6
2 3
：磁旋比；
溶剂 氯仿 丙酮
CCl4 CS2
质子溶剂
77.2 30.0 206.7 96.0 192.8
氘代溶剂
76.9 29.8 206.5
1J
CD
峰形 三重峰 七重峰 单峰 单峰
27 20
<1
D2O不含碳，是理想的极性溶剂
标准物： TMS ，CS2
C (TMS ) 192.8 C (CS
9 2017/6/1
2)
2.2 去耦方法（简化谱图的方法）
1H对13C的耦合是普遍存在的，虽然耦合能给出丰富的
结构信息，但是谱峰相互交错，难以解析。且耦合裂 分的同时，又降低了灵敏度。因此需要去耦技术解决 这些问题。
2.2.1 质子宽带去耦（完全去耦）
采用双共振技术，在(B1)激发13C共振吸收的同时，用另一 个强功率射频场(B2，去耦场)宽频带照射使所有氢质子饱和， 从而使氢质子对13C的耦合全部去掉，去耦使峰合并，强度 增加，这样的13C-NMR谱称为质子宽带去耦谱。
难解析：13C - 1H的耦合（1J - 4J）； 直到PFT-NMR的出现和去耦技术的发展，才使碳核
磁在有机化学中得到广泛应用。
2 2017/6/1
内容
1 2 3 4 5
13C-NMR谱的特点
13C-NMR的实验方法及去耦技术
13C的化学位移及影响因素 13C的化学位移及经验计算 13C-NMR核磁共振谱的解析
(1) (2)
因NOE增强不等，导致谱峰的强度与碳数目不成比例； 有用的耦合信息丢失，无法识别碳级。
质子宽带去耦的结果：
1 图谱简化，每1条峰代表1种化学环境不同的碳； 2 耦合的多重峰合并，信噪比提高，灵敏度增大； 3 NOE增强，使灵敏度的提高远大于复峰的合并。
13C-NMR的常规谱即是质子宽带去耦谱。
为了区分不同的碳，一般要做三次分别为不同的角度， 其中季碳不出峰： 45度的DEPT谱：所有的CH、CH2、CH3的峰都向上 （不常用，因为无法达到区分的目的） 90度的DEPT谱：只能看到CH 向上的峰 135度的DEPT谱：CH、CH3的峰向上（即信号为正）， CH2为倒峰（即信号为负）