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核磁共振碳谱ppt

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光谱学-核磁共振课件(共86张PPT)

光谱学-核磁共振课件(共86张PPT)
第二页，共八十六页。
从核磁共振氢谱、核磁共振碳谱到核磁共振二维谱，从永久 磁铁仪器、电磁铁仪器到超导磁体仪器，从连续波仪器到脉冲付 里叶变换仪器，从低磁场仪器（40兆赫、60兆赫、80兆赫、90兆 赫、100兆赫）到高磁场仪器（200兆赫、300兆赫、400兆赫、500 兆赫、800兆赫、900兆赫），核磁共振技术正以迅猛发展之势日 新月异。核磁共振在有机化学、植物化学、药物化学、生物化学 (shēnɡ wù huà xué)和化学工业、石油工业、橡胶工业、食品工业、医药 工业等方面应用越来越广泛。
核磁共振 （NMR） (hé cí ɡònɡ zhèn)
Nuclear magnetic resonance(NMR)
第一页，共八十六页。
一. 简 介 1. 发展概况
核磁共振（NMR）是根据有磁矩的原子 核
（如1H、13C、19F、31P等），在磁场的作用下，能够
(nénggòu)产生能级间的跃迁的原理，而采用的一种新技 术。这种新技术自1946年发现，中经50年代末高分辨 核磁共振仪问世以来，现已有很大发展。
第十页，共八十六页。
核磁矩在外磁场方向(fāngxiàng)上的分量μz亦量子化：
z
Pz
mh 2
第十一页，共八十六页。
3、核的进动(jìn dònɡ)
将自旋核放在外磁场H0中时，自旋核的行为就像一 个在重力场中做旋转(xuánzhuǎn)的陀螺，即一方面自旋， 一方面由于磁场作用而围绕磁场方向旋转(xuánzhuǎn)，这 种运动方式称为进动，又称为Larmor进动。其进动频 率称为Larmor频率υ0， υ0∞H0
低场
向左
向右 磁场强度
（ 增大(zēnɡ dà)）
（ 减小）

核磁共振氢谱及碳谱(NMR)PPT课件

核磁共振氢谱及碳谱(NMR)PPT课件
核磁共振氢谱及碳谱
13C 谱
碳谱的特点
13C谱测定的困难：
1. 天然丰度低：~1.1%; 而 1H: 99.98%
2. 相 对 灵 敏 度 低 : gCgH/4, 因 此 其 相 对 灵 敏 度 为 (gC/gH)3=0.016。
3. 再考虑到弛豫等因素，总体来讲，13C的灵敏度要比 1H低约6000倍。
1Ｈ耦合的碳谱无法解释，因为往往会重叠在一起 。
ppt精选版
3
碳谱的特点
3. 由于碳谱的化学位移范围很大，在较为复杂的分子中， 1Ｈ耦合的碳谱无法解释，因为往往会重叠在一起 。 因此实际上我们通常使用的13C谱是质子去耦谱。
ppt精选版
4
碳谱的特点
13C谱的优点：
1. C构成化合物的骨架，因而C谱能够提供结构鉴定的 重要信息
160 140 120 100 90 80 70 60 50 40 30 ppm
• 对C而言，C=1.988，即C的信号强度最大可达到原来
的3倍，再加上谱线有几条合并成1条，总的强度增加
就更大。
ppt精选版
32
1H去耦脉冲序列
x
y
I
x
S
y, -y b
y
ppt精选版
Deco up le
33
1H去耦脉冲序列
小，|p|减小，dC减小。
• 如电子体系：电子密度r与dC有一个线性关
系
dC = 160r + 287.5 (ppm)
即电子密度r越大，化学位移越小
ppt精选版
11
烷烃中C的化学位移
• 取代基电负性对化学位移的影响
a. 取代基电负性越大，相邻的a-C原子越往低场移，

CNMR核磁共振碳谱化学位移总览表课件

CNMR核磁共振碳谱化学位移总览表课件
耦合常数
根据碳碳耦合和耦合常数，确定邻近碳原子 的类型和它们之间的关系。
峰形和强度
通过峰形和相对强度，确定化合物的结构和 它们在分子中的位置。
峰的位置和积分峰面积
通过峰的相对位置和积分峰面积，计算化合 物中各类碳原子的数量。
化学位移的基本概念和计算方法
1 化学位移
化学位移是一种定量指标，描述碳原子的磁场感受性，通常表示为δ值。
CNMR核磁共振碳谱化学 位移总览表课件
CNMR核磁共振碳谱化学位移总览表课件。
什么是核磁共振碳谱
核磁共振碳谱（CNMR）是一种分析化学的技术，用于确定和解释有机化合 物中碳原子的化学环境。
CNMR谱图的读取与解读方法
峰高与化学位移
测量CNMR谱图中峰的高度，根据化学位移 数值判断化合物中的碳原子类型。
2 计算方法
化学位移可以通过将每个峰位置相对于标准物质（如三甲基硅烷）进行测定和计算得到。
常见化合物的谱图和化学位移数值对照 表
谱图解读
通过解读常见化合物的CNMR谱图，学习化学位 移数值在不同类型化合物中的变化规律。
数值对照表
提供一张常见化合物的CNMR化学位移数值对照 表，帮助快速确定未知化合物的结构。
影响化学位移的因素及其解释
电子效应
电子的吸引或排斥会改变碳 原子的化学位移。
取代基效应
取代基的种类和位置会对化 学位移产生影响。
溶剂效应
溶剂分子的影响会改变化学 位移数值。
核磁共振碳谱在有机化学和药物研发中 的应用
1
结构确认
核磁共振碳谱帮助鉴组分定量
通过测量峰面积，核磁共振碳谱可以用于定量分析。
3
改进合成路径
通过核磁共振碳谱的结果，调整合成路径以获得更理想的产物。

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
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DEPT的显著优点是：采用这种技术能得到常规谱的“本 来”峰型，即便是在一个很宽的J范围内，这种技术也可以有
效地抑制多重峰的畸变；它可获得CH、CH2、CH3彼此分离
的偶合谱. 采用脉冲序列，将高灵敏度的1H的信号强度转移到13C核 上并测定其
13C-NMR谱,改变照射1H的第三脉冲宽度
，使作
450、 900 、1350变化。
时，用另一个去偶射频H2(去偶射频H2 具有较宽的射频 范围，能复盖样品中所有质子的拉莫频率)照射全谱中所
有的氢核，使所有的氢饱和，这样13C-1H之间的偶合作
用消失，原来的多重峰变成单峰(有NOE效应)。
10 7 1 6 8 5 4 9
O
全去偶谱
丙
酮
非去偶
全去偶
2、质子偏共振去偶谱ORS (Off-Resonance Spectrum) 偏共振去偶测定 13 C-NMR谱时，将长距离的JC-H 偶合消失，保留了近距离的JC-H，测得的13C核信号由 于连接1H核的数目不同而产生不同的分裂，连有三个
（8） 氢键对碳化学位移的影响
5、碳谱的特点 虽然碳原子与氢原子之间的偶合常数较大，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，为一级谱。
碳谱中，主要以自旋-晶格弛豫(T1)为主，碳核把在
弛豫中把能量传递给与碳核直接连氢核上。这是因为信
sp2杂化 -CH=CH2 110-150
sp2杂化
-CH=O
170-200
（2） 诱导效应 电负性基团会使邻近13C 核去屏蔽。基团的电负性
越强，去屏蔽效应越大。如，卤代物中 C-F> C-Cl> CBr> C-I
在碘代烷中，碘原子上众多的电子对碳原子产生屏 蔽效应，随着碘取代的增加，碳的化学位移反而向高场 移动，称之为重原子效应。溴也可表现出类似的情况。
CH4 > CH3I > CH2I2 > CHI3 > CI4
C -2.3 -21.8 -55.1 -141.0 -292.5 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 23.8 52.8 77.7 95.5
取代基对 C的影响还随离电负性基团的距离增大 而减小。取代烷烃中 效应较大， 差异可高达几十， 为负值，即使 c向高场移动数值也小。对于和 ，由 于已超过三个键，故取代效应一般都很小，个别情况 下会有 1-2 的变化。 饱和环中有杂原子如 O、S、N 等取代时，同样有 、 、 取代效应，与直链烷烃类似。
（7）邻近基团的磁各向异性效应 如异丙基与手性碳原子相连时，异丙基上两个甲
17.7 基由于受到较大的各向异性效应的影响，碳的化学位
移差别较大,而当异丙基与非手性碳原子相连时，两
20.0 个甲基碳受各向异性效应的影响较小，其化学位移的
差别也较小。 大环环烷（CH2)16的 C为 26.7。而当环烷中有苯 环时，其影响可使各碳的C受到不同的屏蔽或去屏蔽， 在苯环平面上方屏蔽区的碳， C可高达 26.2。
在早期的核磁共振研究中，一般只研究核磁共振氢
谱（1H NMR），直到上个世纪 70 年代脉冲傅立叶变
换核磁共振谱仪问世，核磁共振碳谱（13C NMR）的工
作才迅速发展起来。如偏共振去耦，可获得13C—1H 之
间的偶合信息，DEPT 技术可识别碳原子类型等，因此
从碳谱中可以获得极为丰富的信息。
二、 13C NMR与1H NMR的比较
OH O
206.8 ppm
O
195.8 ppm
O
179.4 ppm
O
201
O
204
O
O
172
O
170
O
167
O
160
H
CH3
177
O
192.4
O
198.4
170.4
H
H
190.7
CH3
HO
CH3
195.7
O
O
HO
O
NH2
Cl
Br
I
电负性越小, 诱导效应减小; 共轭效应越强,导致化学位移向高场
OH
173.0
个区域出峰。与杂原子相连时，化学位移值可能会大于 160。
叠烯的中央碳原子出峰位置也大于 160。
炔碳原子化学位移值范围为c 70-100。 羰基或叠烯区C >150 , 其中酸、酯和酸酐的羰基碳原子在 160-180 出峰，饱和酮与醛在 200 以上出峰。
2、碳原子级数的确定
测定化合物的DEPT谱并参照该化合物的质子噪声
H
HMBC
解析，比氢谱简单。
2. 13C NMR化学位移
与氢谱一样，碳谱的化学位移 C也是以TMS 或某
种溶剂峰为基准得到的一系列碳核的共振频率。
3、影响化学位移的因素
（1） 杂化 碳谱的化学位移受杂化的影响较大，其次
序基本上与1H 的化学位移平行，一般情况是：
sp3杂化 sp杂化 CH3-CCH 20-100 70-100
核磁共振碳谱
（ 13C Nuclear Magnetic Resonance）
一、 概述
有机化合物中的碳原子构成了有机物的骨架。因此
观察和研究碳原子的信号对研究有机物有着非常重要
的意义。
自旋量子数 I = 0 的核是没有核磁共振信号的。由于
自然界丰富的12C I = 0，没有核磁共振信号，而 I = 1/2 的13C 核，虽然有核磁共振信号，但其天然丰度 仅为1.1% ，故信号很弱，给检测带来了困难。
1/4。 [ = (2 / h) H0]
（3）13CNMR谱上, 谱线窄, 便于解释
1HNMR上, 1H-1H之间的偶合使谱线变复杂,
相互重迭, 难
于解释；而13CNMR中，13C-13C之间的偶合可以忽略不计，1H
对13C的偶合也可以应用去偶技术除去，故图谱简单，易于解
析。 虽然碳原子与氢原子之间的偶合常数较大，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。因此即使是不去偶的碳谱，也可用一级谱
数，由此可大致地推测出化合物的结构或按分子结构
归属各条谱线。
4、若分子中含有较为接近的基团或骨架时，则按上述步
骤也很难将所有谱线一一归属，必要时可采用二维核
磁共振技术，利用二维13C-1H 相关谱可清楚地解析绝
大部分有机化合物碳谱中的每一条谱线。
二维核磁共振
1H
– 1H COSY (COrrelated SpectroscopY)
H
COOH
H
20
25
COOH
（4） 共轭效应和超共轭效应
在羰基碳的邻位引入双键或含孤对电子的杂原
子（如 O、N、F、Cl等），由于形成共轭体系或超
共轭体系，羰基碳上电子密度相对增加，屏蔽作用
增大而使化学位移偏向高场。因此，不饱和羰基碳 以及酸、酯、酰胺、酰卤的碳的化学位移比饱和羰 基碳更偏向高场一些。
是必须考虑的。
有机物中最主要的元素是 C 和 H，而1H 的天然丰度
为 99.98% ，因此，13C—1H的偶合是最重要的。
碳谱中谱线的裂分数目与氢谱一样决定于相邻偶合
原子的自旋量子数 I和原子数目 n，可用 2nI +1 规律
来计算，谱线之间的裂距便是偶合常数 J 。
四、13C 谱改进的技术
③ 由DEPT-135谱读出CH+CH3碳原子数及CH2碳原子数。 ④ 由(CH+CH3)-CH得CH3碳原子数
。
⑤ 由总碳数-（CH-CH2-CH3）得C(季碳)数。
碳谱的解析过程
1、按化学位移值一般可分为下列三个区，根据这三个区
域可大致归属谱图中各谱线的碳原子类型。
饱和碳原子区 c<100 , 如不直接和杂原子（ O、S、N、F 等）相连，其化学位移值一般小于 55。 不饱和碳原子区 c 90-160 ,包括 烯碳原子和芳碳原nuclear Multiple-Quantum Coherence)
HMBC (Heteronuclear Multiple-Bond Correlation)
ROESY (Rotating frame Overhauser Effect SpectroscopY)
1H核的甲基碳表现为四重峰，连有两个 1H核的亚甲基
碳表现为三重峰，连有一个 1H核的次甲基碳表现为二
重峰，不连接核的季碳则表现为单峰。
10 7 1 6 8 5 4 9
O
偏共振去偶谱
3、极化转移无歧变增强实验 DEPT (Distortionless Enhancement by PolarizationTransfer)
1H-1H
COSY
直接相邻氢的偶合点
OH H3CO O OH OH O
1H-1H
cosy
H 18
1 2 3 4 17
N
16 15 20 7 8 H 14
N O
H
11
13 12
H
23
22
H
H H
H
HMQC Heteronuclear Multiple-Quantum Coherence
HMBC Heteronuclear Multiple-Bond Correlation
=450 =900
(A): (B):
除季C，所有C核为正信号 CH核有信号，为正
=1350
(C):
CH，CH3为正信号， CH2为负
CH谱：（B） CH2 CH3
：（A）-（C） ：（A）+（C）-（B）
DEPT谱