第4章 核磁共振碳谱

1 第四章 核磁共振波谱

(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR)

1946年发现核磁共振，1952年获诺贝尔物理学奖，1950年发现化学位移，1991年获诺贝尔化学奖。

4.1 核磁共振的基本原理

4．1．1 原子核的磁矩

原子核是带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩

只有存在自旋运动的原子核才具有磁矩→核磁共振。

具有自旋运动的原子核都具有一定的自旋量子数（I），I=n×1/2,

n=0,1,2,3… (取整数)

（1） I=0：核电荷数和核质量数均为偶数的原子核没有自旋现象，如12C，16O，28S等，没有自旋现象，也没有磁矩

（2） I=1/2：核电荷数为奇数或偶数，核质量数为奇数，如1H、13C、15N、19F、31P等（I=1/2），这类原子核具有自旋现象。

（3） I为整数的原子核：核电荷数为奇数，核质量数为偶数，如2H、14N也有自旋现象

I≠0的原子核都有自旋现象，其自旋角动量P的大小与I有关

不同类型的核具有不同的磁矩μ，其大小与自旋角动量P和磁旋比γ有关

μ=γP

磁旋比是原子核的特征常数，不同类型的核其磁旋比不同。

I=1/2的原子核，其核磁共振谱线较窄，最适合于核磁共振检测 2 I＞1/2的原子核，其核磁共振的信号很复杂

有机化合物的基本元素1H、13C、15N、19F、31P等（I=1/2），广泛用于有机化合物的结构测定

4．1．2 自旋核在磁场中的取向和能级

具有磁矩的核在外磁场中的自旋取向是量子化的，用磁量子数m表示核自旋不同的空间取向，其数值可取：m=I, I-1, I-2,…, -I, 共有2I+1个取向。例如，1H核，I=1/2，则有m=1/2和-1/2两种取向，分别代表低能态和高能态。

根据电磁理论，磁矩μ在外磁场中与磁场的作用能E为

E=-μBo

Bo为磁场强度。可见，外加磁场越强，高低能态的能级差越大。

第四章 核磁共振碳谱

一、判断题

[1] 自由衰减信号(FID)是频率域信号。（ ）

[2] 碳谱的化学位移范围范围较宽(0-200)，所以碳谱的灵敏度高于氢谱。（ ）

[3] 在宽带去耦碳谱中，不同类型的碳核产生的裂分峰数目不同。（ ）

[4] 氢质子在二甲基亚砜中的化学位移比在氯仿中要小。（ ）

[5] 在13C NMR谱中，由于13C-13C相连的概率很低，所以通常不考虑13C核只见到耦合。（ ）

[6] 含19F的化合物，可观测到19F对13C核的耦合裂分，且谱带裂分数符合n+1规律。（ ）

[7] 但在固相核磁共振波谱中，分子运动受到限制，由于磁各向异性作用将是谱线带变宽，分辨率大大下降。（ ）

[8] 在碳谱中，13C-1H会发生耦合作用，但是13C-1H的耦合常数远比1H-1H之间的耦合常数小.（ ）

[9] 在135°DEPT试验中，CH、CH2和CH3均出正峰，季碳原子不出现谱峰。（ ）

[10] 在APT实验中，CH和CH3均出正峰，CH2出负峰，季碳原子不出现谱峰。（ ）

二、选择题（单项选择）

[1] 下列原子核没有自旋角动量的是哪一种？（）。

A. 14N7 B. 12C6 C. 31P15 D. 13C6

[2] 在13C NMR波谱中在化学位移125-140产生两个信号的化合物是（）。

A. 1,2,3,-三氯苯； B. 1,2,4,-三氯苯； C. 1,3,5,-三氯苯

[3] 在13C NMR波谱中在化学位移125-140产生六个信号的化合物是（）。

A. 1,2,3,-三氯苯； B. 1,2,4,-三氯苯； C. 1,3,5,-三氯苯

[4] 在13C NMR波谱中在化学位移125-140产生三个信号的化合物是（）。

A. 对二氯苯； B. 邻二氯苯； C. 间二氯苯。

核磁共振碳谱

核磁共振碳谱（Nuclear Magnetic Resonance Carbon 谱，简称

13C-NMR 谱）是一种用于分析有机化合物结构的光谱技术。它通过测量碳原子的核磁共振吸收信号，来推断化合物的碳骨架和取代基的信息。13C 核磁共振碳谱在有机化学领域具有广泛的应用，为研究人员提供了有价值的信息。

核磁共振碳谱的特点和优点如下：

1. 独特性：13C 核磁共振碳谱中，碳原子之间的耦合裂分现象不明显，因为 13C 同位素的天然丰度较低（约为 1%），导致相邻碳原子之间的相互作用减弱。

2. 简单性：在测定碳谱时，通常采用对氢去耦的方法，消除了相连氢原子引起的谱峰裂分。这使得碳谱呈现出一条条的谱线，便于观察和分析。

3. 灵敏度：尽管 13C 核的灵敏度较低，约为氢核的 1/6000，但随着质子去耦技术和傅里叶变换技术的发展，现在已能够有效地测定 13C 核磁共振碳谱。

4. 防干扰：对氢去耦操作可以避免氧原子对碳谱线的裂分产生的重叠，提高碳谱的灵敏度。

5. 应用广泛：13C 核磁共振碳谱可以用于分析碳链结构、取代基位置、立体构型等信息，为有机化合物的结构鉴定提供重要依据。

核磁共振碳谱是一种具有独特优点和广泛应用价值的光谱技术，为有机化学研究提供了有力的工具。通过分析 13C 核磁共振碳谱，研究人员可以更深入地了解化合物的结构和性质。

第四章 核磁共振碳谱一、判断题

[1] 自由衰减信号(FID)是频率域信号。（ ）

[2] 碳谱的化学位移范围范围较宽(0-200)，所以碳谱的灵敏度高于氢谱。（ ）

[3] 在宽带去耦碳谱中，不同类型的碳核产生的裂分峰数目不同。（ ）

[4] 氢质子在二甲基亚砜中的化学位移比在氯仿中要小。（ ）

[5] 在13C NMR谱中，由于13C-13C相连的概率很低，所以通常不考虑13C核只见到耦合。（ ）

[6] 含19F的化合物，可观测到19F对13C核的耦合裂分，且谱带裂分数符合n+1规律。（ ）

[7] 但在固相核磁共振波谱中，分子运动受到限制，由于磁各向异性作用将是谱线带变宽，分辨率大大下降。（ ）

[8] 在碳谱中，13C-1H会发生耦合作用，但是13C-1H的耦合常数远比1H-1H之间的耦合常数小.（ ）

[9] 在135°DEPT试验中，CH、CH2和CH3均出正峰，季碳原子不出现谱峰。（ ）

[10] 在APT实验中，CH和CH3均出正峰，CH2出负峰，季碳原子不出现谱峰。（ ）

二、选择题（单项选择）

[1] 下列原子核没有自旋角动量的是哪一种？（）。

A. 14N7 B. 12C6 C. 31P15 D. 13C6

[2] 在13C NMR波谱中在化学位移125-140产生两个信号的化合物是（）。

A. 1,2,3,-三氯苯； B. 1,2,4,-三氯苯； C. 1,3,5,-三氯苯

[3] 在13C NMR波谱中在化学位移125-140产生六个信号的化合物是（）。

A. 1,2,3,-三氯苯； B. 1,2,4,-三氯苯； C. 1,3,5,-三氯苯

[4] 在13C NMR波谱中在化学位移125-140产生三个信号的化合物是（）。

A. 对二氯苯； B. 邻二氯苯； C. 间二氯苯。