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【精品课件】有机波谱解析课件核磁共振碳谱

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《碳核磁共振谱》课件

《碳核磁共振谱》课件

核磁共振谱的基本原理
1
拉莫尔进动
核的自旋围绕磁场进动，形成一系列特定的频率信号。
2
自旋弛豫
核自旋通过与周围环境发生相互作用而使能量逐渐消失的过程。
3
谱线分裂
不同的核之间通过磁偶合相互影响，导致核磁共振谱线的分裂。
样品制备
纯度和浓度
高纯度和适当的浓度是获得准 确谱图的关键。
溶剂选择
选择合适的溶剂，避免与样品 发生化学反应。
《碳核磁共振谱》PPT课 件
通过碳核磁共振谱（NMR）技术，可以实现对分子结构和化学反应动力学的 研究与分析。本课件将带你深入了解NMR的基本原理、样品制备、解读和应 用领域。
能量传递
1 磁共振现象
2 共振条件
核自旋与磁场的相互作用， 实现能级的跃迁和能量传 递。
通过磁场和射频脉冲的调 整，使核磁共振发生在特 定的条件下。
样品处理
去除杂质和组分，确保样品呈 现良好的溶解度。
碳核磁共振谱的解读
1
化学位移解析
根据化学位移分裂情况确定相邻碳原子之间的耦合关系。
3
结构推断
综合化学位移、峰形和耦合常数等信息对分子结构进行推断。
应用领域
有机化学
在有机物结构鉴定、反应动力学和代谢研究中有广泛应用。
3 放射和吸收
核表现出不同的放射和吸 收特性，提供了实现谱图 的基础。
碳核共振技术
核磁共振设备
利用高场磁体和射频系统进行实 验，获取样品的核磁共振谱图。
化学位移
碳谱图解析
不同的化学环境导致碳原子吸收 核磁共振的位置产生不同的位移。
根据峰形、峰面积、化学位移和 耦合常数等信息解析复杂的碳核 磁共振谱。
材料科学

有机波谱解析课件核磁共振

有机波谱解析课件核磁共振
核磁共振谱
极广泛的一种物理方法
• 测定质子磁矩 • 测定原子核磁矩 • 医学研究 • 确定分子结构
1
一．核磁共振的基本知识
凡是自旋量子数(I)不等于零的原子核，都可发生核 磁共振。随着原子序数和质量数的不同，可将自旋 量子数分为３种类型：
1. 当质量数和原子序数都是偶数时I = 0，如6C12，8O16，16S32 等，这类核不发生核磁共振，不是NMR的研究对象．
12
说明：由于感应磁场的存在，实际作用1H核的磁 场强度比H0小(约百分之几)，因此外加磁场的强 度还要略微增加，补偿感应磁场，才能使1H核的 能级发生跃迁．
特点：核外电子云密度越大，感应磁场越大，共振发生在高场。 核外电子云密度越小，感应磁场越小，共振发生在低场。
CH3-CH2-OH
高场
低场
13
自旋偶合限度
(i) 邻位碳上的氢； (ii) 重键的作用比单键大； (iii) 活性(如OH，NH)，正常情况为单峰；极纯或特殊溶剂中出
现峰的裂分．
29
六. 磁等同和磁不等同的质子
磁等同质子指的是在分子中一组氢质子，其化学环境相同，化学 位移相同，对组外任何一个质子核的偶合作用相同(即J值相同)． 注意：化学等价的核，不一定磁等价。
d: 2.68 1.65
1.04
0.94
ⓒ CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 d: 3.05 5.33 7.24
19
1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来 实现功能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
N
m = 2(个)，即：+1/2 或 -1/2

有机波谱分析课件 四 核磁共振碳谱(含习题)

有机波谱分析课件 四 核磁共振碳谱(含习题)

顺磁离子效应
顺磁物质对碳谱谱线的位移和线宽有强烈的影响。一些位移试剂 如镧系元素铕（Eu）、镨（Pr）、钇（Yb）等的盐类，包括氯化 物、硝酸盐、过氯酸盐等，以及它们的 -二酮的络合物，也都可 以作为13C 的位移试剂，使碳谱谱线产生位移。
烯烃及取代烯烃的化学位移
C 100~150 ppm 对于取代烯烃： (>C=)> (-HC=)> (H2C=)
核磁共振碳谱特点
弛豫时间长。13C 的弛豫时间比1H 慢得多，有的化合物中的一些碳原子的 弛豫时间长达几分钟，这使得测定 T1、T2等比较方便。另外，不同种类的 碳原子弛豫时间也相差较大，这样，可以通过测定弛豫时间来得到更多的 结构信息。
共振方法多。13C NMR 除质子噪声去耦谱外，还有多种其它的共振方法， 可获得不同的信息。如偏共振去耦谱，可获得13C-1H 耦合信息；门控去耦 谱，可获得定量信息等。因此，碳谱比氢谱的信息更丰富，解析结论更清 楚。
诱导效应
苯环取代因有共轭系统的电子环流，取代基对邻位及 对位的影响较大，对间位的影响较小。芳环上有杂原 子时，取代效应也和饱和环不同。
空间效应
13C化学位移还易受分子内几何因素的影响。相隔几个键的碳由于空间上的 接近可能产生强烈的相互影响。通常的解释是空间上接近的碳上 H 之间 的斥力作用使相连碳上的电子密度有所增加，从而增大屏蔽效应，化学位 移则移向高场。如甲基环己烷上直立的甲基 C（7）和环己烷 C（3）和 C （5）的化学位移比平伏键甲基位向的构象异构体的化学位移各向高场移 4 和 6 ppm左右。
图谱简单。虽然碳原子与氢原子之间的耦合常数较大，但由于它们的共振 频率相差很大，所以-CH-、-CH2-、-CH3等都构成简单的 AX、AX2、AX3体系 。因此即使是不去耦的碳谱，也可用一级谱解析，比氢谱简单。

有机波谱解析课件核磁共振碳谱

有机波谱解析课件核磁共振碳谱
13C NMR of off-resonance decoupling for compound A
首先通过1H NMR确定H3和H4(易识别)，然后分别选择照射H3和H4， 13C NMR中相应的C3和C4变为单峰．
C3
H3 照射 43
5
2
O CHO
-CHO
180 160 140 120 100
80
60
40
20
(b)
180 160 140
120 100
80
60
40
20
例2：某化合物分子组成为C8H5NO2，其宽带去偶13C NMR如下所 示．另外，信号1，2，5，6的偏共振去偶为单峰， 3，4为双峰．
试推测该化合物的结构．
34
1
2
56
O HO C
CN
DMSO-d6
180
160
140
120
诱导效应对化学位移的影响
OC CC
O
150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50
d (ppm)
3. 重氢溶剂的化学位移和峰型
重氢的自旋量子数：I = 1 重氢偶合给出的分裂信号(13C)：2In + 1 = 2n + 1 (n 重氢数)
Solvent
CDCl3 CD2Cl2 C6D6 CD3OD CD3CN Aceton-d6 DMSO-d6 DMF-d7 Pyridine-d5 CD3COOD
120
100
80
60
40
20
0
PPM
宽带去偶13C谱的优缺点
优点：减少谱线的重叠,谱图清晰、明了 缺点：失去许多分子结构信息

波谱分析课件第4章 核磁共振碳谱

波谱分析课件第4章 核磁共振碳谱
去偶的目的：提高灵敏度、简化谱图。 一般指质子去偶。
8
常用的去偶方法有：
➢质子宽带去偶法(Proton Broad Band Decoupling)
➢偏共振去偶法(Off-Resonance Decouping) ➢门控去偶法(Gated Decoupling) ➢反转门控去偶法(Inverted Gated Decoupling) ➢选择质子去偶 ➢INEPT谱和DEPT谱
C-O C-Cl
C-Br
40 - 80 35 - 80 25 - 65
Unsaturated carbon - sp2
C=O
C=O
C=C
C C Alkyne carbons - sp
Aromatic ring carbons
Acids Amides Esters Anhydrides Aldehydes Ketones
65 - 90 100 - 150 110 - 175
155 - 185 185 - 220
200
150
100
50
0
Correlation chart for 13C Chemical Shifts (ppm)
22
4.5 核磁共振碳谱解析
23
24
25
CYCLOHEXENE
CYCLOHEXANONE
10
偏共振去耦(Off-resonance decoupling)
偏共振去耦的目的：降低1J，改善因耦合产生 的谱线重叠而又保留了耦合信息，确定碳原子 级数。
使用偏离1H核磁共振的中心频率0.5~1000Hz的 射频 作为质子去偶频率。
11
未去耦
1H
(CH) (CH2) (CH3)

有机化合物波谱解析核磁共振碳谱 上课课件

有机化合物波谱解析核磁共振碳谱 上课课件
氢谱与碳谱
第四章 核磁共振碳谱
核磁共振碳谱13C-NMR
13C-NMR信号1957年发现，1970年开始直接应用。 13C丰度低1.108%；磁旋比为1H的1/4。灵敏度低。 Fourier NMR仪器出现，使13C-NMR信号测定成为
可能。
4.1. 13C-NMR的特点
1．灵敏度低
空间效应
a) 取代烷基的密集性：取代烷基越大、分枝越多， C也越大 例：伯碳 仲碳 叔碳 季碳
b) -旁位效应：各种取代基团均使-碳原子的共振 位置稍移向高场
20.3 ppm
H3C
H
HOOC
COOH
14.0 ppm
H3C
COOH
HOOC
H
5ห้องสมุดไป่ตู้其他因素 氢键及其它影响
氢键的形成使羰基碳原子更缺少电子，共振移向 低场
CH3 ↑ CH2↑ CH↑ (↑ 代表正向峰，↓ 代表倒置峰) CH ↑
= 135º CH3 ↑ CH↑ CH2↓
质子宽带去耦
O CCH2CH2CH2CH3
CH CH
O
CH
C C
CH2
CH2
CH2
CH3
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20
0
Chemical shift (, ppm)
(C) (CH) (CH2)
宽带去耦
13C
(CH3)
偏共振 去耦
3、DEPT法 -不失真极化转移增强法
与耦合常数J无关, 在实验中只要设置 ，发射脉冲分别为45º、90º和
135º，做三次实验，就可以区分各种碳，季碳的信号不出现
脉冲角度 峰的特征

波谱分析课件核磁共振碳谱

波谱分析课件核磁共振碳谱
1. 灵敏度低: 为1H的1/6000 2. 分辨能力高：δ为0~300ppm；
同时不存在13C自身自旋-自旋裂分。
3. 给出不连氢的碳的吸收峰
可直接给出基团的特征峰，分子骨架结构的信息。
4. 不能用积分高度来计算碳的数目 5. 驰豫时间T1 可作为化合物特构鉴定的波谱
参数
4.2
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
方法：在扫描时，同时用一强的去偶射频对可使全部质子
共振的射频区进行照射，使全部质子饱和，从而消除碳核 和氢核间的偶合，得到简化的谱图。
13(41).5110.(82)
39.6
(6)
(3)
189.5 (5) 124.8
154.0
(CH3)2N 3
1
5
CHO 的质子宽带去偶谱
6
24
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
1) INEPT法
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
由于核磁共振本身信号灵敏度很低，尤其是低 天然丰度的核（如13C、15N等）更为突出。INEPT法 是在具有两种核自旋的系统中，以CH为例，通过脉 冲技术，把高灵敏1H核的自旋极化传递到低灵敏的 13C核上去，这样由1H到与其偶合的13C的完全极化 传递可使，13C信号强度增强4倍。
提高灵敏度的方法
(1) 提高仪器灵敏度； (2) 提高仪器外加磁场强度和射频场功率； (3) 增大样品浓度； (4) 采用双共振技术，利用NOE效应增强信号
强度； (5) 多次扫描累加，这是最常用的方法。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
• 13C NMR的优点：
δ值范围很宽，一般为0~300ppm，化学环境相 差很小的C，在碳谱上都能分开出峰。

波谱分析课件—核磁共振碳谱71页PPT

波谱分析课件—核磁共振碳谱71页PPT

16、云无心以出岫，鸟倦飞而知还。 17、童孺纵行歌，斑白欢游诣。 18、福不虚至，祸不易来。 19、久在樊笼里，复得返自然。 20、羁鸟恋旧林，池鱼思故渊。
波谱析课件—核磁共振碳谱
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

有机波谱解析课件核磁共振碳谱

有机波谱解析课件核磁共振碳谱
第一页，编辑于星期一：二十三点 十九分。
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第三页，编辑于星期一：二十三点 十九分。
第四页，编辑于星期一：二十三点 十九分。
第五页，编辑于星期一：二十三点 十九分。
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第七页，编辑于星期一：二十三点 十九分。
第八页，编辑于星期一：二十三点 十九分。
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第二十四页，编辑于星期一：二十三点 十九分。
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第十七页，编辑于星期一：二十三点 十九分。，编辑于星期一：二十三点 十九分。
第二十页，编辑于星期一：二十三点 十九分。
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第十三页，编辑于星期一：二十三点 十九分。
第十四页，编辑于星期一：二十三点 十九分。
第十五页，编辑于星期一：二十三点 十九分。
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CC CN
CO
80~100 ppm 120~140 ppm
50~80 ppm 烷烃类饱和碳原子 0~70 ppm
诱导效应对化学位移的影响
OC CC
O
150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50
d (ppm)
3. 重氢溶剂的化学位移和峰型
重氢的自旋量子数：I = 1 重氢偶合给出的分裂信号(13C)：2In + 1 = 2n + 1 (n 重氢数)
*
结构同定
Br
(i) MS: 206 (M+); 127(M+-Br) (ii) 1H NMR
例1：某化合物分子组成为C4H6O2，其13C NMR如下： (a) 偏共振去偶；(b) 宽带去偶． 试推测该化合物的结构．
(a)
O C
O CH2 CH O C CH3
180 160 140
120 100
13C NMR of off-resonance decoupling for pound A
首先通过1H NMR确定H3和H4(易识别)，然后分别选择照射H3和H4， 13C NMR中相应的C3和C4变为单峰．
C3
H3 照射 43
5
2
O CHO
-CHO
180 160 140 120 100
C4
H4 4
100
80
60
40
20
0
PPM
例3：某化合物分子组成为C9H10NO，其13C NMR如下： (a) 偏共振去偶；(b) 宽带去偶． 试推测该化合物的结构．
CH3CH2
CHO
(a)
CDCl3
200 180 160 140 120 100 80 60
40 20
(b)
CDCl3
200 180 160 140 120 100 80
60
40 20
分析
CH3 CH2 CHO
CHO
CH2CHO
CH2CH3
CH3
例4. 某化合物的分子组成为C4H7O2Br．在CDCl3溶剂中它的1H NMR 和13C NMR(宽带去偶)如图所示．推测其结构．
1H NMR
Br
O
O
13C NMR
例5. 某化合物的分子组成为C6H12O．在CDCl3溶剂中它的1H NMR 和13C NMR如图所示．推测其结构．
120
100
80
60
40
20
0
13C NMR of off-resonance decoupling
OH
CDCl3
160
140
120
100
80
60
40
20
0
13C NMR of off-resonance decoupling
偏共振去偶13C谱的优缺点
优点：可以获得较多的信息 例如：在不同碳核周围H的配置情况
(3) 选择去偶(selective decoupling)
方法：选择某一1H进行去偶(照射) 前提：通常在准确知道化合物的1H谱图(氢核的化学
位移) 情况下使用．
例：确定化合物A中C3和C4的归属 一般的测定方法很难对C3和C4进行归属
43
5
2
O CHO
A
-CHO
180 160 140 120 100
缺点：谱线重叠过多，给解析增加困难
(2) 宽带去偶(wide band decoupling )
同时发射多个频率的射频，消除全部1H核对13C核的 偶合，同时产生NOE，两者均增大了13C信号强度．
m-C
o-C
C-OH
p-C
OH
158.5 115.9
115.9
130.2
130.2
121.4
160
140
120
100
80
60
40
20
0
PPM
宽带去偶13C谱的优缺点
优点：减少谱线的重叠,谱图清晰、明了 缺点：失去许多分子结构信息
一些化合物的宽带去偶13C NMR
140
120
100
80
60
40
20
0
140
120
100
80
60
40
20
0
13C NMR
O H
O
CDCl3
13C NMR of wide band decoupling
Solvent
CDCl3 CD2Cl2 C6D6 CD3OD CD3CN Aceton-d6 DMSO-d6 DMF-d7 Pyridine-d5 CD3COOD
13C NMR Chemical Shift
77.2 (3) 53.1 (5) 128.1 (3) 49.0 (7) 118.2 (1) , 1.3 (7) 206.5 (1) , 29.9 (7) 39.7 (7) 167.7 (3), 35.2 (7), 30.1 (7) 150.3 (3) , 135.9 (3) , 123.9 (3) 179.0 (1) , 20.0 (7)
照射 3
5
2
O CHO
-CHO 180 160 140 120 100
(4) DEPT测定
DEPT: Distortionless Enhancement by Polarization Transfer 目的：通过13C NMR和DEPT联合测定，归属不同类型的13C核．
两种常用的测定方法和结果
4. 几种常见13C NMR的谱
(1) 偏共振去偶(off-resonance decoupling)
消除了弱的C-H偶合，只保留直接与13C连接的1H核的 偶合(一般：1JC-H = 150~200 Hz)．
特征
C
s
H
CH
C
H
d
t
H CH H
q
一些化合物的偏共振去偶13C NMR
CDCl3
140
80
60
40
20
(b)
180 160 140
120 100
80
60
40
20
例2：某化合物分子组成为C8H5NO2，其宽带去偶13C NMR如下所 示．另外，信号1，2，5，6的偏共振去偶为单峰， 3，4为双峰．
试推测该化合物的结构．
34
1
2
56
O HO C
CN
DMSO-d6
180
160
140
120
(i) 135 DEPT: 一级碳(1C)和三级碳(3C)的信号 朝上， 二级碳(2C)信号向下， 四级碳(4C)信 号消失
(ii) 90 DEPT: 只显示三级碳(3C)的共振信号
135 DEPT的谱图特征
芳香区 3C
脂肪区
3C1CΒιβλιοθήκη 2COCDCl3
结构同定
1H NMR IR
X
impurity
核磁共振碳谱
1. 13C谱的基础知识
• 能产生共振的同位素核为13C • 丰度低(1.107%)，测定时样品用量大，时间长 • 化学位移范围：0~200 ppm
2. 化学位移与结构
13C NMR的d范围：0~200 ppm
C O 150~220 ppm
CC
100~150 ppm
酮 188~228 ppm 醛 185~208 ppm 羧酸 165~182 ppm 酯与酰胺 155~180 ppm