从核磁共振碳谱和氢谱的关系氢谱和碳谱中能判断出该化合物是什么结构?越详细越好。【哪怕简单的不行也麻烦说一下拜托~】

在各种各样的化学分析仪器中, 核磁共振谱仪被公认为是一种非常重要的研究和测试工具, 它的许多功能是其它手段无法代替的。1945年Bloch和Purcell分别领导两个小组同时独立地观察到核磁共振(NMR),二人因此荣获1952年诺贝尔物理奖。历经半个多世纪,NMR已从最初发现到最终发展成为成熟的医用的MRI影像学检测手段,期间6次被授予诺贝尔奖(物理、化学、生理/医学),堪称史上获奖次数最多的技术。

自1953年出现第一台核磁共振商品仪器以来,核磁共振在仪器、实验方法、理论和应用等方面有着飞跃的进步。谱仪频率已从30MHz发展到1100MHz。谱图已从一维谱到二维谱、三维谱甚至更高维谱。所应用的学科已从化学、物理扩展到生物、医学等多个学科。总而言之,核磁共振已成为最重要的仪器分析手段之一。

氢谱:非水溶剂四甲基硅烷(TMS)水溶液为2,2-二甲基戊硅烷-5-磺酸钠(DSS)

碳谱:四甲基硅烷(TMS)或者氘代试剂中的碳峰

TMS分子中12个1H处于完全相同的化学环境,只产生一个尖峰,少量的TMS即可测出NMR信号;屏蔽强烈,共振吸收峰位于谱图最右端。与有机化合物中的1H峰不重叠;化学惰性;易溶于有机溶剂;沸点低(27℃),样品易回收。

硼谱:乙醚三氟化硼或者三甲氧基硼

磷谱:85%磷酸(但只能作为外标)

锂谱:4M高氯酸锂溶液

硅谱:四甲基硅烷,但在低频区则用四乙基正硅酸酯

NMR常用同位素核有关物理参数

a 磁旋比的单位是107弧度/特斯拉/秒

b 共振频率以1H频率为100MHz作参考

c 检测灵敏度以1H为1作为参考,并考虑了同位素的天然丰度。

请大家记住:无论内标还是外标,实际化学位移值随温度变化而变化,而标准物本身就受温度的影响。如温度每改变30K,TMS质子共振信号将变化0.1 ppm。因此,如果做变温试验,最好标明详细的实验过程。

在核磁共振实验中,样品的量控制也是一门学问,有的产品是多步合成的,很宝贵,例如全合成产品。对于氢谱,3到10毫克样品足够。对于分子量较大的样品,有时需要浓度更大的溶液。但浓度太大会因饱和或者粘度增加而降低分辨率。对于碳谱和杂核,样品浓度至少为氢谱的5倍(一般在20-500毫克左右)

对于二维实验,为了获得较好的信噪比,样品浓度必须够。根据经验,25毫克样品足以完成所有实验,包括氢碳相关HMBC实验。如果样品只有1到5毫克,只能完成均核氢氢相关实验,是与碳相关的实验至少需要过夜。保持样品高度或者体积一致。这将减少换样品后的匀场时间。对于5毫米核磁管,样品体积应为0.6毫升或者样品高度为4厘米。

样品:纯净,干燥,溶液内无灰尘或沉淀,尤其不应含有铁磁性杂质。特殊条件下需要过滤或除氧。黏度不要过高(影响驰豫时间),黏度越大,分辨率越差,样品可适度稀释来提高分辨率。

溶液内的灰尘会使谱线明显变宽而降低分辨率,再好的匀场也无法解决该问题。

样品管:匀质,清洁,不携带铁磁性物质。不要用洗液洗涤,以免带入很难除去的顺磁杂质。不要在温度太高的烘箱里直立烘太久。

3mm 用于样品量很少的样品

10mm 用于观测低灵敏度核或溶解度受限制的样品

样品管处于合适的高度,使样品处于磁场的最强且最均匀的部分。

足够的溶液高度,3.5~5cm。

对于5毫米核磁管,样品体积应为0.5毫升或者样品高度为4~4.5厘米。太低的溶液高度使匀场所需时间大大增加,而且很难得到高质量的谱图。不要为了增加浓度而过分缩小溶液的体积。

谱仪的磁场强度越高,仪器灵敏度也高,对于污染物、样品制备不好和不好的样品管的灵敏度也增加。

  • 谱议靠氘信号锁场和匀场,一般要求:惰性,低沸点,价格尽量便宜首要规则,氘代原子越多,价格越高。

  • 溶解度:越大越好,以增加实验的灵敏度。

  • 溶剂信号对样品的干扰:越小越好,尽量不与谱峰范围重叠。

  • 温度可靠性:在实验温度下不会挥发或凝固,溶解度不会受太大影响。比如,D6-DMSO凝固点18.4度,如果实验室不是恒温的,冬天凝固很正常温度低会发生凝固。

  • 粘滞性:粘滞性越小,分辨率越好

  • 水含量:几乎所有核磁溶剂里都有痕量或更多的水,水的存在会降低谱图的质量。

  • 带活泼氢的试样尽量选择不含活泼氢的试剂,避免该峰因氢氘交换而无 法在图谱中表现出来

  • 适当的芳香氘代溶剂有可能简化图谱

1.  尽量直接把 NMR 溶液过滤进样品管避免沾染灰尘和其他污物。

2. 拿住样品管是要拿住上部。

3.  实验过程中的溶剂残留也是影响图谱质量的很大因素。常见的有石油 醚、乙酸乙酯等溶剂。

4. 对于氢谱,3 到 10 毫克样品足够。对于分子量较大的样品,有时需要浓度 更大的溶液。但浓度太大会因饱和或者粘度增加而降低分辨率。

5. 对于碳谱和杂核 谱,样品浓度至少为氢谱的 5 倍(一般在 100 毫克左右)

6. 对于二维实验,为了获得较好的信噪比,样品浓度必须够。根据经验,25 毫克样品足以完成所有实验,包括氢碳相关 HMBC 实验。如果样品只有 1 到 5 毫克,只能完成同核氢氢相关实验,与碳相关的实验至少需要过夜。保持样品高度或者体积一致。这将减少换样品后的匀场时间。对于 5 毫米核 磁管,样品体积应为 0.6 毫升或者样品高度为 4 厘米。

7. 保持样品高度或者体积一致。这将减少换样品后的匀场时间。

8. 盖上样品管,使用封口膜密封减少蒸发。

做核磁的时候为何要加氘代试剂
      
1)用一句话来回答氘代试剂的作用,那就是为了准确的锁场。化合物中H共振频率是与仪器里面的磁场强度相关的函数,通常我们指的400 M核磁仪器,对应的磁场强度时9.4T,这里的400M是在这个强度下H核的共振频率,另外化合物的共振频率还会轻微的受到化合物的化学环境影响,比如同样在 9.4T的磁场强度下面,CH3OH,里面的 CH3的在核磁谱图上是出峰子啊3.6左右,而CHCl3中的氢出峰在 7.26左右,两个峰在化学位移上好像差别挺大,差不多 4个 ppm,转化为频率的差别就是 4 ppm* 400M= 1600 HZ, 相对于400M的这个共振频率,这个量是非常小的 只占到 百万分之4.
2)核磁里面的磁场强度之所以需要去非常准确的锁定,核心原因是,我们测试化合物里面的H的共振频率都是几乎完全一样的,在9.4T的磁场强度下几乎都是 400 M核磁,为了要准确区分由于化合物化学结构的差异,造成的核磁共振频率的变化,那么一定要在非常均匀稳定的磁场环境下,才能获得测试这个微小差异的可能。
3)举例说明这个工作机制,比如我们使用氘代甲醇做溶剂,那核磁仪器有一个通道就可以用来接收氘核的频率信号,氘代甲醇的氘在9.4T的磁场强度下,其共振信号是一个常数,如果由于仪器超导原因(偶然因素),磁场发生微小的变化,那检测器检测到的氘的频率信号就会跟着发生一个微小变化,仪器这个时候会自动启动匀场线圈(这个就是大学里面学的罗线圈,不是超导体,可以产生微小磁场),来维持磁场强度稳定在9.4T,这样就确保在在一个HNMR整个测试过程当中,都是在一致的磁场强度,以及准确的磁场强度获得的数据。
4)为何做核磁的时候我们需要准确的登记所用氘代试剂的种类呢?这个原因其实和上面第二点里面说的理论是一致的,虽然不同氘核的共振频率是基本一样的,但是还是会受到化学结构的一些影响,不同氘代试剂的试剂共振频率都是不一样的,如果登记错误的氘代试剂,会造成整个谱图的化学位移,一起平移几个ppm单位,这对于氢谱来说是不能允许的,因为99%的化合物的H的化学位移都在0-20
5)那么如果我的样品单一氘代试剂不能溶解,是否可以使用混合氘代试剂呢,答案是肯定的,登记进仪器的时候,登记那个浓度高一些的作为溶剂即可,因为混合溶剂中的氘照样可以帮助到仪器准确锁场,只是期浓度比以前稍微下降了一点而已,不妨碍仪器准确锁场,这个同样适用于定量核磁。

1.下列哪一组原子核的核磁矩为零;不产生核磁共振信号的是()

D 16O、12C 2.在外磁场中,其核磁矩只有两个取向的核是( )

D 19F 31P 12C 3.在外磁场中,质子发生核磁共振的条件为( )

A 照射频率等于核进动频率

B 照射电磁波的能量等于质子进动的能量

C 照射电磁波的能量等于质子进动的两个相邻能级差

D 照射电磁波的能量等于使核吸收饱和所需的能量

4. 不影响化学位移的因素是()

A 核磁共振仪的磁场强度

C 磁的各向异性效应D内标试剂

5.自旋量子数I=1/2的原子核在磁场中,相对于外磁场,有多少种不同的能量状态?()

6. 下列五个结构单元中的质子δ最大的是()

7.下面四个化合物中在核磁共振谱中出现单峰的是()

D CH3CH(CH3)2 8.下面四个化合物质子的化学位移最小的者是()

9. 使用60MHz 核磁共振仪,化合物中某质子和四甲基硅烷之间的频率差为120Hz,其化学位移值δ为()

10. 某化合物中两种相互偶合质子,在100兆周的仪器上测出其化学位移δ差为 1.1,偶合常数(J)为5.2Hz,在200兆周仪器测出的结果为( )。

11. 常见的碳谱是一条条单峰;这是因为 ( )

A 个相邻的碳同为13C的几率很少,它们不会偶合,所以都是单峰

B 除A的原因外,碳氢之间会相互偶合,使图谱相当复杂,常见的碳谱是全去偶得到的谱图

C 除A的原因外,碳氢之间是不同类型的原子核不会偶合,所以都是单峰

D 除A原因外,碳氢之间偶合常数很小,无法观察,所以一般碳谱都为单峰

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。

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。

(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。

8.根据图谱提供信号峰数目、化学位移和偶合常数,解析一级类型图谱。

9.解析高级类型图谱峰信号,如黄酮类化合物B环仅4,-位取代时,呈现AA,BB,系统峰信号,二氢黄酮则呈现ABX系统峰信号。

10. 如果一维1H-NMR难以解析分子结构,可考虑测试二维核磁共振谱配合解析结构。

11. 组合可能的结构式,根据图谱的解析,组合几种可能的结构式。

12. 对推出的结构进行指认,即每个官能团上的氢在图谱中都应有相应的归属信号。

1.鉴别谱图中的非真实信号峰

(1)溶剂峰:虽然碳谱不受溶剂中氢的干扰,但为兼顾氢谱的测定及磁场需要,仍常采用氘代试剂作为溶剂,氘代试剂中的碳原子均有相应的峰。

(2)杂质峰:杂质含量相对于样品少得多,其峰面积极小,与样品化合物中的碳呈现的峰不成比例。

(3)测试条件的影响:测试条件会对所测谱图有较大影响。如脉冲倾斜角较大而脉冲间隔不够长时,往往导致季碳不出峰;扫描宽度不够大时,扫描宽度以外的谱线会折叠到图谱中来;等等,均造成解析图谱的困难。

根据分子式计算的不饱和度,推测图谱烯碳的情况。

若谱线数目等于分子式中碳原子数目,说明分子结构无对称性;若谱线数目小于分子式中碳原子数目,说明分子结构有一定的对称性。此外,化合物中碳原子数目较多时,有些核的化学环境相似,可能δ值产生重叠现象,应予以注意。

碳原子大致可分为三个区

(1)高δ值区δ>165ppm,属于羰基和叠烯区:①分子结构中,如存在叠峰,除叠烯中有高δ值信号峰外,叠烯两端碳在双键区域还应有信号峰,两种峰同时存在才说明叠烯存在;②δ>200 ppm的信号,只能属于醛、酮类化合物;③160-180ppm的信号峰,则归属于酸、酯、酸酐等类化合物的羰基。

(2)中δ值区δ90-160ppm(一般情况δ为100-150ppm)烯、芳环、除叠烯中央碳原子外的其他SP2杂化碳原子、碳氮三键碳原子都在这个区域出峰。(3)低δ值区δ<100ppm,主要脂肪链碳原子区:①不与氧、氮、氟等杂原子相连的饱和的δ值小于55ppm;②炔碳原子δ值在 70-100ppm,这是不饱和碳原子的特例。

先推导出结构单元,并进一步组合成若干可能的结构式。

将核磁共振碳谱中各信号峰在推出的可能结构式上进行指认,找出各碳谱信号相应的归属,从而在被推导的可能结构式中找出最合理的结构式,即正确的结构式。

我要回帖

更多关于 核磁共振碳谱和氢谱的关系 的文章

 

随机推荐