C核磁共振與二維核磁共振化院本科培訓課件

C核磁共振與二維核磁共振化院本科為了提高信號強度，常采用下述方法：（a）提高儀器靈敏度。（b）提高儀器外加磁場強度和射頻場功率。但是射頻場過大容易發(fā)生飽和。這兩條都受到限制。（c）增大樣品濃度，增大樣品體積，以增大樣品中核的數(shù)目。（d）采用雙共振技術(shù)，利用NOE效應增強信號強度。（e）多次掃描累加，這是最常用的有效方法。在多次累加時，信號S正比于掃描次數(shù)，而噪音N反比于掃描次數(shù)，所以S/N（信噪比，即信號強度)正比于。若掃描累加100次，S/N增大10倍。2C核磁共振與二維核磁共振化院本科1H和其他I≠0的核(如2H、19F、31P)與13C之間有偶合作用，13C-NMR譜中碳原子的譜峰也會發(fā)生分裂，I=1/2的1H、19F、31P它們形成的CXn系統(tǒng)是滿足一級譜的，也符合n+1規(guī)律。對于其他核，符合2nI+1規(guī)律。在只考慮1JCH偶合時，各個碳在偶合譜中的峰數(shù)和相對強度如下表。體系峰數(shù)峰數(shù)代號多重峰相對強度季碳1s2d1：1>CH23t1：2：1-CH34q1：3：3：1表5-1CHn體系的峰數(shù)及強度比3C核磁共振與二維核磁共振化院本科.213C-NMR測定方法在13C-NMR譜中，因碳與其相連的質(zhì)子偶合常數(shù)很大，1JCH大約在100~200Hz，而且2JC-CH和3JC-C-CH等也有一定程度的偶合，以致偶合譜的譜線交迭，使圖譜復雜化。故常采用一些特殊的測定方法.

核磁雙共振及二維核磁共振就是最重要的方法。核磁雙共振又分為若干種不同的方法，如質(zhì)子寬帶去偶、偏共振去偶等等。在13C-NMR測定中常規(guī)的測試就是質(zhì)子寬帶去偶。4C核磁共振與二維核磁共振化院本科雙共振又分為同核雙共振(如1H-1H)和異核雙共振(如13C-1H)。通常采用符號A{X}表示，A表示被觀察的核，X表示被另一射頻照射干擾的核。因為在天然豐度的化合物中，可以不考慮13C-13C偶合，故雙共振都是異核雙共振。因此質(zhì)子去偶的雙共振表示為13C{1H}。5C核磁共振與二維核磁共振化院本科質(zhì)子寬帶去偶用一個強的有一定帶寬的去偶射頻使全部質(zhì)子去偶，使得1H對13C的偶合全部去掉。CH3、CH2、CH、季C皆是單峰。

其他核如D對碳的偶合此時一般還存在。峰的重數(shù)由核的個數(shù)和自旋量子數(shù)Ix確定,用2nIx+1計算。如ID=1,基團CDn有2n+1個峰,CDCl3作溶劑的碳譜中總有3個大峰;6C核磁共振與二維核磁共振化院本科7C核磁共振與二維核磁共振化院本科5.2.2偏共振去偶采用一個較弱的干擾照射場，這個射頻不會使任一質(zhì)子去偶，而與各種質(zhì)子的共振頻率偏離，使碳原子上的質(zhì)子在一定程度上去偶。偶合常數(shù)比原來的JCH小，稱為剩余偶合常數(shù)JR。但是峰的裂分數(shù)目不變，仍保持原來的數(shù)目，而裂距減小了。JR與照射頻率偏置程度有關(guān)8C核磁共振與二維核磁共振化院本科9C核磁共振與二維核磁共振化院本科10C核磁共振與二維核磁共振化院本科極化轉(zhuǎn)移技術(shù)

極化轉(zhuǎn)移技術(shù)可以克服偏共振實驗中共振譜線發(fā)生重疊和指配復雜分子的譜時的一些困難，可以準確指配CH、CH2、CH3和季碳，而測量時間比偏共振譜短。但極化轉(zhuǎn)移技術(shù)要求儀器有多脈沖器，射頻脈沖有45o、90o、135o等相位移控制裝置。一般八十年代以后的儀器皆可以做此實驗。11C核磁共振與二維核磁共振化院本科極化轉(zhuǎn)移技術(shù)靈敏核非靈敏核檢測（非靈敏核）J脈沖序列1脈沖序列2

極化轉(zhuǎn)移(PT)是一種非常實技術(shù)，它用二種特殊的脈沖序列分別作用于非靈敏核和靈敏核兩種不同的自旋體系上。通過兩體系間極化強度的轉(zhuǎn)移，從而提高非靈敏核的觀測靈敏度，基本的技巧是從高靈敏度的富核處“借”到了極化強度。12C核磁共振與二維核磁共振化院本科在具有兩種核自旋的系統(tǒng)中，可把高靈敏核（1H核）的自族極化傳遞到低靈敏核(13C)上去。這樣由1H核到與之偶合著的13C核的完全極化傳遞(Polarizationtransfer)可將13C核的αβ態(tài)的粒子數(shù)差提高4倍極化轉(zhuǎn)移是由偶合著的C－H鍵完成的．因此季碳沒有極化轉(zhuǎn)移的條件，所以不出現(xiàn)信號，可對照對照常規(guī)13C寬帶質(zhì)子去偶譜季碳信號加以指認13C核磁共振與二維核磁共振化院本科Mercury-plus&Inova:CH3、CH2、CH無季碳（對照碳譜即可）DEPT14C核磁共振與二維核磁共振化院本科

的13C譜和DEPT譜，15C核磁共振與二維核磁共振化院本科5.313C-NMR參數(shù)主要有化學位移、偶合常數(shù)J和譜線強度三個參數(shù)。最重要的是化學位移。5.3.1化學位移及影響因素13C-NMR譜化學位移的分布范圍約為400ppm，因此對分子構(gòu)型、構(gòu)象的微小差異也很敏感。一般情況下，對于寬帶去偶的常規(guī)譜，幾乎化合物的每個不同的種類的碳均能分離開。16C核磁共振與二維核磁共振化院本科（1）化學位移的內(nèi)標物用四甲基硅(TMS)的信號的C作為零，把出現(xiàn)在TMS低場一側(cè)(左邊)的信號的C值規(guī)定為正值，在TMS右側(cè)即高場的信號規(guī)定為負值。一般水溶性樣品常用二氧六環(huán)或DSS作內(nèi)標，DSS各碳的位移值如下：DSS：NaSO3一CH2一CH2一CH2一SiMe3

C:7.2521.1517.70也可以用溶劑作內(nèi)標。常用的溶劑的C見表5-2。17C核磁共振與二維核磁共振化院本科表5-2常用的溶劑的C(PPm)(TMS為內(nèi)標)溶劑C(PPm)質(zhì)子化合物氘代化合物CH3CN1.7（CH3）1.3（CH3）環(huán)己烷27.526.1CH3-CO-CH330.4（CH3）29.2（CH3）CH3-SO-CH340.539.6CH3OH49.949.0CH2Cl254.053.6二氧六環(huán)67.466.5CHCl377.276.9CCl496.0-苯128.5128.0CH3COOH178.3（COOH）-CS2192.8-18C核磁共振與二維核磁共振化院本科（3）影響化學位移的因素C受分子間影響較小。而碳處在分子骨架上，所以分子間效應對碳影響較小，但分子內(nèi)部相互作用顯得重要。(a)雜化狀態(tài):雜化狀態(tài)是影響C的重要因素，一般說C與該碳上的H次序基本上平行。SP3CH3<CH2<CH<季C在較高場0~50PPmSPCCH在中間50~80PPMSP2-CH=CH2在較低場100~150PPm>C=O在最低場150~220PPm19C核磁共振與二維核磁共振化院本科(b)誘導效應有電負性取代基、雜原子以及烷基連接的碳，都能使其C信號向低場位移，位移的大小隨取代基電負性的增大而增加，這叫誘導效應。下表列舉了一些取代基對正烷烴的誘導效應?？梢钥闯稣T導效應對-C影響較大，但對-C和-C影響較小，而且它們的誘導位移隨取代基的變化無明顯變化。20C核磁共振與二維核磁共振化院本科

13C-NMR的解析及應用13C-NMR用于化合物結(jié)構(gòu)分析，反應機理研究?？梢源_定碳原子個數(shù)，碳原子上氫原子的個數(shù)，碳原子的化學環(huán)境及可能的聯(lián)結(jié)基團。13C-NMR譜圖解析通常按下列步驟進行:（1）充分了解已知的信息，如分子量、分子式、元素分析數(shù)據(jù)和其他波譜分析數(shù)據(jù)。若已知分子式則先算出不飽和度。（2）檢查譜圖是否合格，基線是否平坦，出峰是否正常，認清測試條件和方法。（3）找出溶劑峰。21C核磁共振與二維核磁共振化院本科（4）確定譜線數(shù)目，推斷碳原子數(shù)。當分子中無對稱因素時，寬帶去偶譜的譜線數(shù)等于碳原子數(shù)；當分子中有對稱因素時，譜線數(shù)少于碳原子數(shù)。由于寬帶去偶譜中峰強度與碳原子數(shù)不成正比，所以當分子中有對稱因素時要用反轉(zhuǎn)門去偶(非NOE方式)測定碳原子數(shù)。（5）由DEPT,2DNMR等方法確定各種碳的類型:季碳、叔碳、>CH2，-CH3,>C=O等。(6)分析各個碳的c，參考其他信息，推斷碳原子上所連的官能團及雙鍵，三鍵存在的情況。一般譜圖從高場到低場可分為四大區(qū):

0~40ppm為飽和區(qū)；40~90ppm碳上有N、O等取代；90~160ppm為芳碳及烯碳區(qū)；>160ppm為羰基碳及疊烯碳。22C核磁共振與二維核磁共振化院本科（7）推測可能的結(jié)構(gòu)式。用類似化合物的c的文獻數(shù)據(jù)作對照，按取代基參數(shù)估算c，結(jié)合其他分析，找出合理結(jié)構(gòu)式。（8）當分子比較復雜，碳鏈骨架連接順序難以確定時，可應用以下講到的2DNMR，確定各個碳之間的關(guān)系及連接順序。（9）對照標準譜圖確定結(jié)構(gòu)。必要時用一些特殊方法驗證。23C核磁共振與二維核磁共振化院本科例1：某未知物，分子式為C7H9N,13C-NMR如下，推斷結(jié)構(gòu)式。24C核磁共振與二維核磁共振化院本科解:（1）不飽和度U=4（2）1號峰為飽和碳，2~7號峰為SP2雜化碳。（3）1號峰為四重峰，故是CH3。按c值可能為CH3-Ph或CH3-C=C。（4）2~7號峰從多重峰的組成及c值看是雙取代苯上的碳。

(5)除以上兩個結(jié)構(gòu)單元CH3和C6H4外，還剩一個NH2。（6）故可能結(jié)構(gòu)為CH3-Ph-NH2(A)(B)(C)(7)因為結(jié)構(gòu)（C）的取代苯上的碳只出4個峰，可排除。A和B可用計算碳原子c值，排除了A。化合物為B。25C核磁共振與二維核磁共振化院本科2有一未知物,分子式為C8H18,寬帶去偶譜見下圖(a),偏共振譜見下圖(b).試推斷結(jié)構(gòu).26C核磁共振與二維核磁共振化院本科p229

某化合物C4H8O2的寬帶去偶13CNMR只在δc=67.12處有一個峰,試問這是什么化合物?

28C核磁共振與二維核磁共振化院本科29C核磁共振與二維核磁共振化院本科

5某化合物C7H8O,

其碳譜和氫譜如

下,試推測其結(jié)

構(gòu)(溶劑為CDCl3)

30C核磁共振與二維核磁共振化院本科31C核磁共振與二維核磁共振化院本科

6化合物分子

式為C4H7NO,其

碳譜和氫譜如

下,試推測其結(jié)

構(gòu)(溶劑為CDCl3)

32C核磁共振與二維核磁共振化院本科Homonuclearcorrelation:(g)COSY,TOCSY,gDQCOSYnoe:NOESY,ROESYHeteronuclearcorrelation:DEPT,APT,HETCOR(phase-sensitivemultiplicity-edited)Indirectdetection:(g)HMQC,(g)HMBC,(g)HSQC,(g)HSQC-TOCSY,(g)HMQC-TOCSYResonance-selective:1-DNOESY(e.g.,GOESY),1-DTOCSY自動完成各種實驗33C核磁共振與二維核磁共振化院本科二維核磁共振簡介1二維核磁共振的基本原理二維核磁共振(2DNMR)方法是七十年代提出并發(fā)展起來的。NMR一維譜的信號是一個頻率的函數(shù)，共振峰分布在一個頻率軸（或磁場）上，可記為S(ω)。而二維譜信號是二個獨立頻率（或磁場）變量的函數(shù)，記為S(ω1,ω2),共振信號分布在兩個頻率軸組成的平面上。也就是說2DNMR將化學位移、偶合常數(shù)等NMR參數(shù)在二維平面上展開，于是在一般一維譜中重迭在一個坐標軸上的信號，被分散到由二個獨立的頻率軸構(gòu)成的平面上，使得圖譜解析和尋找核之間的相互作用更為容易。不同的二維NMR方法得到的圖譜不同，二個坐標軸所代表的參數(shù)也不同。34C核磁共振與二維核磁共振化院本科二維NMR實驗的記錄有四種圖譜類型。但常用平面等值線圖。平面等值線圖：又叫平面等高線圖。一般2DNMR常使用這種圖。它是把堆積圖用一個平行于軸F1和F2的平面平切后所得。平切位置對圖的信息量有影響。35C核磁共振與二維核磁共振化院本科同核二維名詞解釋：截面（大樹和小樹）如何選取截面對角峰交叉峰強峰弱峰36C核磁共振與二維核磁共振化院本科COSY-COrrelationSpectroscopYH1H2H3H4H1H2H3H4H4H4H3H3H1H1H2H2(correlatesscalarlycoupledprotons)Grad.1Ht1d1ThegradientDQF-COSYsequence:

37C核磁共振與二維核磁共振化院本科H5eH1aH1aH2aH2aH5eH5aH5aH3eH3eH3aH3a1Hd1t1mixingNOESY-NuclearOverhauserEnhancedSpectroscopYnoe=f(1/r6)