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碳谱及二维谱

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核磁共振碳谱总结

核磁共振碳谱总结

第4章核磁共振碳谱在C的同位素中，只有13C有自旋现象，存在核磁共振吸收，其自旋量子数I=1/2。

13C NMR 的原理与1H NMR一样。

由于γc= γH /4，且13C的天然丰度只有1.1%，因此13C核的测定灵敏度很低，大约是H核的1/6000，测定困难。

加之H核的偶合干扰，使得13C NMR信号变得很复杂，难以测得有实用价值的图谱。

知道二十世纪七十年代后期，质子去偶技术和傅里叶变换技术的发展和应用，才使13C NMR的测定变的简单易得。

4.1 核磁共振碳谱的特点1. 灵敏度低由于γc= γH /4，且13C的天然丰度只有1.1%，因此13C核的测定灵敏度很低，大约是H核的1/6000，测定困难。

2. 分辨能力高氢谱的化学位移δ值很少超过10ppm，而碳谱的δ值可以超过200ppm，最高可达600ppm。

这样，复杂和分子量高达400的有机物分子结构的精细变化都可以从碳谱上分辨。

同时13C 自身的自旋-自旋裂分实际上不存在，虽然质子和碳核之间有偶合，但可以用质子去偶技术进行控制。

3. 能给出不连氢碳的吸收峰有机化合物分子骨架主要由 C 原子构成，因而13C NMR 能更全面地提供有关分子骨架的信息。

而1HNMR 中不能给出吸收信号的 C=O、C=C、C≡C、C≡N以及季碳等基团，在13CNMR 中都可以直接给出特征吸收峰。

13CNMR 可直接观测不带氢的含碳官能团，如羰基、氰基等。

4. 不能用积分高度来计算碳的数目13C NMR的常规谱是质子全去偶谱。

对大多数碳，尤其是质子化碳，他们的信号强度都会由去偶的同时产生的NOE效应而大大增强。

因此不到呢国家的碳原子的数目不能通过常规共振谱的谱线强度来确定。

5. 弛豫时间T1可作为化合物结构鉴定的波谱参数在化合物中，处于不同环境的13C核，他们的弛豫时间数值相差较大，可以达到2~3个数量级，通过T1可以致人结构归属，窥测体系的运动情况等。

4.2 核磁共振碳谱的测定方法4.2.1 脉冲傅里叶变换法同核磁共振氢谱。

二维谱

二维谱

• 但若要对有兴趣的基团或谱峰均进行选择性辐照，不 仅是费时费力的，还有可能遗漏，因而若以二维谱的 方式，用一张二维谱表示出所有基团间的NOE作用， 纵然灵敏度稍差，也是很具有吸引力的方法。
• 由于NOE对确定有机化合物结构、构型和构象 的作用及对生物分子能提供重要信息（如确定 蛋白质分子在溶液中的二级结构），故NOE类 二维谱在二维谱中占有重要的地位。 • 二维NOE谱简写为NOESY（Nuclear Overhauser Effect SpectroscopY）
二维谱
2D-NMR
COSY
• 氢氢相关
H,C-COSY
• HETCOR ，即HETero- nuclear CORrelation spectroscopy • 其相关谱表示该碳与对应的氢直接相连
• -紫罗兰酮的结构为：
10 H Me 7 9 6 2 1 8 O 3 5 4
其C-H COSY为：
?如果为典型的易识别化合物类型首先检索原药用植物或中药化学成分研究报道通过与已知化合物的氢谱数据对比若不超出核磁共振波谱仪的误差范围又有质谱数据对照的基本上可以鉴定结构1hnmr测定包括化学位移裂分情?13cnmr经氢谱辨明化合物纯度较好又不能判断其初步结构需要进一步的结构信息这时必须测定13cnmr波谱首先测定13c全去偶谱从13c看首先能进一步验证化合物是否为单一化合物
• 下图为化合物Brucine的HSQC谱。 Brucine 的化学结构为：
17 18
CH 3O OH3C
21 3 4
6
16
5
7 815Fra bibliotek14N 19
20
21
N9
10
13
O
12 11

核磁共振波谱-二维谱(研)

核磁共振波谱-二维谱(研)

25
•
①识别溶剂峰： 化合物1H中共有12组氢的信号峰，其中δ 7.26为溶剂CDCl3未被 完全氘代的质子信号峰。在二维COSY谱中可以看到该溶剂峰不与其它任何质子 相关（红色方框标注）。 ②识别杂质峰： δ 6.30, 5.50, 4.95, 2.35, 2.15的谱线矮小且与其它谱线的 峰面积无比例关系，二维COSY谱中可以看到δ 2.49, 2.47两处的质子信号未见 与其它任何质子相关（绿色方框标注），因此可认为这些信号是杂质峰引起的 。 ③化学位移分区：扣除溶剂峰和杂质峰后，剩余的7组氢信号的峰面积比从低场 至高场分别为1：1：2：2：2：2：12。低场部分（δ 7.0-8.0）共有三组质子信 号峰，应该属于芳环上的质子信号。低场区三条谱线较难进行归属，可借助二 维1H-1H-COSY进行识别。高场部分（δ 2.0-5.0）有四组质子信号峰，应该属于 饱和碳上的质子信号。其中δ 2.25为单峰，含有12个质子，应该是与杂原子相 连的甲基（CH3)，可以确定为氮原子上的两个甲基的质子H(7)信号；δ 2.45, 2.75处的谱线均裂分为双重峰，J=18Hz，应该是与杂原子相连的亚甲基质子（X-CH2-)，可以确定为与氮原子相连的亚甲基质子H（6）信号。由于亚甲基的两 个质子为化学不等价，发生同碳质子的耦合裂分，故耦合常数较大（J=18Hz） ，表现出两组dd峰；δ 4.50为单峰，含有2个质子，应该是与杂原子相连的亚甲 基质子（-X-CH2-)，可以确定为与氧原子相连的亚甲基质子H（5）信号。
有机波谱解析 | 核磁共振波谱 | 氢谱 |
二维核磁共振谱：是两个独立频率变量的信号函数,记为S(ω1,ω2)。采用不 同的脉冲序列技术，得到图谱中一个坐标表示化学位移，另一个坐标 表示偶合常数，或另一个坐标表示同核或异核化学位移，这类核磁图 谱称作二维核磁共振谱。

碳谱图 C13

碳谱图 C13
46
HMBC
H-15
1-OH H-14a
H-9β
H-6
H-9α
H-2α
C-14 C-10
14
OH
C-1
O
10 1
O OH
C-5
5
47
NOESY
1-OH
H-14a
H-12
O OH
H-11 H-9α
O OH
H-4
H
H
14
O OH H H
c8的平面结构
H
1
O
9
OH H
H-14b
4 11
48
No.
Carbon signals -106.7 41.2
2J
, 3JCH CH
28
1H-1H
COSY Spectrum
图谱横轴和纵轴均为1H-NMR一维谱，对角峰 为相关峰。
包括偶合类型：偕偶、邻位氢偶合信号以及在
一维谱上能够观察到的远程偶合，如W型偶合、 烯丙偶合、高烯丙偶合，以及芳香环上的间位 偶合、对位偶合。
29
二维图谱的由来：见下面三维图谱
30
49
参考书 1、有机化合物波谱分析（姚新生主编）
2、高分辨氢谱的解析与应用（梁晓天著）
3、核磁共振碳谱（赵天增著）
50
8
13C-NMR谱的类型
• 1、质子非去偶谱
9
2、全氢去偶谱(COM)或噪音去偶谱(PND)或质子宽带去偶 谱(BBD) 特点: 图谱简化, 所有信号均呈单峰. 纵向弛豫时间T1：C CH3 CH CH2
10
3、 偏共振去偶谱(OFR) 特点: 只保留直接相连氢对碳的偶合影响,可识别 伯、仲、叔、季碳。 CH3, q， CH2, t， CH, d， C, s。

核磁二维碳谱

核磁二维碳谱

核磁二维碳谱
核磁二维碳谱（NMR 2D Carbon Spectrum）是一种核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）技术，在化学分析中用
于研究和识别分子结构。

与传统的一维核磁谱相比，二维碳谱提供了更丰富的化学信息和分辨率，能够提供更准确和详细的分析结果。

在核磁二维碳谱中，研究者通常先利用一维质子谱（1H NMR）对样品进行初步的分析，确定样品的组成和结构。

然后，利用碳谱探针对样品进行进一步的分析。

核磁二维碳谱使用两个核磁共振射频脉冲，一个作用在碳核上，另一个作用在质子核上。

通过改变两个脉冲之间的时间间隔和脉冲的频率，可以收集大量的数据点，构建二维谱图。

核磁二维碳谱可以提供关于样品中各个碳原子的化学位移（chemical shift）和耦合常数（coupling constant）的信息。

通
过分析谱图中的峰形和位置，可以确定各个碳原子之间的关系和结构。

核磁二维碳谱在有机化学和药物研究中广泛应用，可以用于确认化合物的结构、研究反应机理、鉴定杂质和副产物等。

它是一种非破坏性的分析方法，可以对样品进行无损分析，而且具有高度的准确性和灵敏度。

碳谱及维谱

碳谱及维谱

O
OH
7 8 9 10 11
1α-hydroxy-10β, 14- epoxy curcumol
12 13 14 15
Note: 1. 400 MHz for 1H-NMR, 100MHz for 13C-NMR. 2. Using CD3OD as a solvent, TMS is the internal standard, the chemical shifts (δ) are expressed in ppm and the coupling constant J in Hz.
间隔三键（ 3JCH ）的碳氢相关为主，也可观
察到间隔两根键（ 2JCH ）及四根键（ 4JCH ）
的碳氢远程相关。
40
41
42
转化产物c8
ESI-MS
[M+Na]+
14
OH
O
1 4 5
10
O
8
无色针晶 10%硫酸显鲜红色 ESI-MS： 291.3 [M+Na]+ 分子式：C15H24O4
OH
2
碳谱（13C-NMR）：必记基础数据
常见一些基团的化学位移值: 脂肪C: <50 连杂原子C: C-O,C-N 40-100 C-OCH3 : 50-60
糖上连氧C： 60-90
糖端基C : 90-110 炔C： 60-90 芳香碳,烯碳: 120-140 连氧芳碳,烯碳:140-170;其邻位芳碳,烯碳：90-120
7
IR
1α-hydroxy-10β, 14- epoxy curcumol
43
1H-
NMR
-CH3×3 活泼氢2 活泼氢1

碳谱PPT

碳谱PPT

吸电去屏蔽
供电屏蔽
羧基富电子态，C=C吸电去屏蔽
4.3 各类碳核的化学位移
三、羰基化合物—酰胺和内酰胺(富电子态)
4.4 自旋偶合与偶合常数
4.4 自旋偶合与偶合常数
一、13C-1H的直接偶合 1JCH的影响因素---②诱导效应
4.4 自旋偶合与偶合常数
一、13C-1H的直接偶合
¾ 13C与1H（I=1/2）之间的偶合引起峰的裂分， 符合2nI+1=2n× (1/2) +1=n+1规律。
4.3 各类碳核的化学位移
三、羰基化合物—羧酸酯和内酯(富电子态)
羧基富电子态，C=C吸电去屏蔽5-6ppm 羧基富电子态，烷基去屏蔽约11ppm
4.3 各类碳核的化学位移
三、羰基化合物—羧酸酯和内酯(富电子态)
4.3 各类碳核的化学位移
三、羰基化合物—酰胺和内酰胺(富电子态)
值小 羧基富电子态，δ C=O
二、不饱和烃：芳香化合物—取代规律
4.3 各类碳核的化学位移
二、不饱和烃：芳香化合物—取代规律
4.3 各类碳核的化学位移
二、不饱和烃：芳香化合物—芳杂环
4.3 各类碳核的化学位移
三、羰基化合物
4.3 各类碳核的化学位移
三、羰基化合物
醛、酮羰基碳在低场200ppm左右； 各类羰基化合物δC=O由低场到高场的顺序为：
¾ -CH3（q）; >CH2-（t）; > CH（d）; 季碳>C<和羰基碳C=O（s）。
¾ 1JC-H=120-300Hz；
4.4 自旋偶合与偶合常数
二、13C-1H偶合—实例
香草醛
4.4 自旋偶合与偶合常数
二、13C-1H偶合—实例

碳谱提供的信息

碳谱提供的信息

e. 分子内部作用 分子内氢键使C=O的δ↑ 的 分子内氢键使
7
影响因素
f. γ效应 效应(1,3-效应） 效应） 效应 较大基团对γ-位碳上的氢通过空间有一种挤压作用， 较大基团对 位碳上的氢通过空间有一种挤压作用，使电子 位碳上的氢通过空间有一种挤压作用 云偏向碳原子，使碳化学位移向高场移动，这种效应称为γ-效 云偏向碳原子，使碳化学位移向高场移动，这种效应称为 效 应。
12
5、DEPT谱：改变照射氢核的第三脉冲宽度（ θ ） 、 谱 改变照射氢核的第三脉冲宽度（ 图谱 所测定的13C-NMR图谱 特点： 信号呈单峰分别朝上或向下,可 特点：不同类型13C信号呈单峰分别朝上或向下 可 信号呈单峰分别朝上或向下 识别CH3、CH2、CH、C. 识别 、 常用） 脉冲宽度 θ=135°CH3, CH ↑, CH2↓ （常用） ° θ=90°CH ↑, ° θ=45°CH3, CH2 , CH ↑, 季碳不出现 °
13
14
主 要 类 型 碳 核 的 化 学 位 移 值
15
取代基位移规律
16
17
18
常用氘代溶剂的13C-NMR信号的化学位移 信号的化学位移
19
习题
分子式： 分子式：C10H10O
20
21
22
23
24
25
26
27
谱学知识介绍
④.常见的二维谱 常见的二维谱
1H-1H
COSY(相互偶合的氢核给出交叉峰 相互偶合的氢核给出交叉峰) 相互偶合的氢核给出交叉峰
a. 碳的杂化方式 δsp3 < δ sp < δ sp2 10-80 60-120 90-200
b. 碳核的电子云密度 电子云密度↑ 电子云密度↑, δ↓ 高场位移

核磁共振一维二维谱图

核磁共振一维二维谱图

A. HSQC (获得1JH-, n ≥ 2之关系)
4. 总相关谱
TOCSY (获得所有J偶合关系)
5. NOESY谱
NOESY (获得分子内质子空间关系)
NOESY (获得分子内质子空间关系)
测样须知
一、送样前：
必须熟知样品的溶解性； 样品必须干燥，纯度不得低于90%，不得含磁性物质； 测试用核磁管可自行购置或到核磁实验室领取（支/12元），核
• 三、本实验室只满足谱图处理、打印等要求，不 回答有关样品解析具体问题，工作站上不解析谱 图，请谅解。
• 建议自己处理谱图，常用软件：MestReNova， Nuts，Topspin等。
磁管必须干燥干净，无裂痕；
样品溶于氘代试剂（0.5ml）后须呈透明均一相，若有固体微粒 必须首先过滤，溶解后样品在核磁管中高度不得低于4 cm。
标签请勿粘贴，套在核磁管上即可。 样品量：1H 谱约3——10 mg样品/0.5 mL氘代试剂； 13C 谱＞15 mg样品/0.5 mL氘代试剂，13C 谱样品浓度要尽可能
1. 二维J分辨谱
A.
（获得偶合常数）
B. 异核J-resolved （获得偶合常数）
2. 同核化学位移相关谱
A. COSY (获得3JH-H耦合关系)
A1. COSY90 (获得3JH-H耦合关系)
B. INADEQUATE (获得1JC-C之关系)
3. 异核化学位移相关谱
A. HMQC (获得1JH-C之关系)
13------15a, 12, 14 15a-----15b, 14, 16
1D NOE
5、其他一维谱图及其应用
• T1（弛豫时间） • 变温NMR • 其他适合测定NMR杂核（19F,31P,15N，

核磁共振C谱

核磁共振C谱
Correlation Spectroscopy）
1H,1H化学位移相关谱（1H,1H COSY） Heteronuclear multiple-quantum correlation (HMQC) Heteronuclear multibond correlations: HMBC 2D NMR – homonuclear through space correlations: ROESY, NOESY
~ 0 - 30 ppm
~ 110 - 150 ppm
~ 50
~ 60
~ 70 ppm.
~ 110 - 160 ppm
~ 160-170 ppm
~ 200-220 ppm
1．饱和碳的化学位移值 饱和烷烃：饱和烷烃为sp3杂化，其化学位移值一
般在-2.5～55ppm之间。
• Grant和Paul提出了计算烷烃碳化学位移的经验公式： δci=-2.5+Σnij Aj + ΣS
第五章
核磁共振碳谱
洛阳师院化学系有机化学教研室
本章内容
4.1 核磁共振碳谱的特点 4.2 核磁共振碳谱的测定方法 4.3 13C的化学位移 4.4 13C NMR的自旋偶合及偶合常数 4.5 核磁共振碳谱解析及应用 4.6 自旋-晶格弛豫时间( T1 ) 4.7 二维核磁共振谱
4.1 核磁共振碳谱的特点
4.3.3 13C的化学位移
The typical chemical shift ranges of carbon nuclei are as follows:
(alkane)
C (alkene)
C-N C-O C-F
Aromatic Ester, amide,
acid, Ketone,

核磁碳谱简介

核磁碳谱简介
一、13C NMR 概述
1. 13C NMR的优点
• 提供有机化合物骨架； • 化学位移范围宽（0~250）化学环境微小 差别也能区别； • 有许多新实验技术提供辅助信息，有助 于谱图解析。
2. 13C NMR测定困难
信噪比低，约是氢谱的1/6000 ；
1H对13C的偶合作用使谱峰增多，严重交 叉。如，CH3CH2OH
宽带去偶谱 反转门控去偶谱
二、二维谱简介
经两次傅里叶变换得到的，两个坐标都是 频率。
表示方法：堆积图和等高线图。 最常用的二维谱：
H-H相关（H-H COSY） C-H相关（C-H COSY，HMQC） C-H远程相关（HMBC）
易达拉封
1H
C10H10N2O
1 3 2 CH3
CH2
CH3
3. 常规碳谱——质子噪声去偶谱 （宽带去偶谱）
去掉所有质子对碳的偶合，每一种碳 原子只出一个峰；
简化谱图，便于识别； 提高信噪比； 偶合信息全部丢失; 峰高于碳原子个数无严格定量关系。
4. 13C 化学位移
一般特点
大小次序与它们相连的氢有一定的对应性； 分子内核相互作用的影响大于分子间的作
O
N
4N
5
6
10
7
9
8
13C DEPT 135
H-H COSY
1 3 2 CH3
ONBiblioteka 4N5610
7
9
8
H-C COSY
(HMQC)
1 3 2 CH3
O
N
4N
5
6
10
7
9
8
C-H远程相关 (HMBC)

核磁共振碳谱及二维谱汇总.

核磁共振碳谱及二维谱汇总.

67.94
Comment Nucleus
B5-O4-Si3-H2
13C
O riginalPoints Count 32768
Date Points Count
No. Atom 13 22 38 46 5 10 6 3' 7 5' 8 1'
(ppm) 72.96 84.18 95.86 96.90 101.30 115.69 115.69 128.82
基C
220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
90~110
13C-NMR的化学位移
碳的类型 δ (ppm)
碳的类型 δ (ppm)
TMS RCH3 RCH2R R3CH sp3 R4C
C-I C-Br C-Cl C-N C-O
0 8-35 15-50 20-60 30-40 0-40 25-65 35-80 40-60 50-80
O
b d
a c
例：薄荷醇
HMQC (heteronuclear multiple quantum correlation)
HMQC是1H检测的(HMBC)
� 图谱横轴为1H的化学位移，纵轴为 13C的化 学位移
� 测定1H-13C间隔 2 键以上的偶合： 2J, 3J 甚至4J, 5J (远程偶合)
O
16 Mar 2005
OH
OH
OH
O
30.07 29.79 29.50
206.05
30.36 29.21
167.56 (7) 164.65 (9) 163.84 (4') 158.55 (5) 128.81 (1') 130.02 (2', 6')

碳谱及二维谱

碳谱及二维谱
6
影响因素
d.共轭效应
? 与双键共轭,原双键端基C ?? , 另一个C ? ?
21 CCCC HHH
1
2
123.3+ 13.6 -7.0
? 与羰基共轭, C=O 的??
21 CCCO HHH
e. 分子内部作用
?分子内氢键使 C=O 的??
7
影响因素
f. ?效应(1,3-效应） 较大基团对γ-位碳上的氢通过空间有一种挤压作用，使电子 云偏向碳原子，使碳化学位移向高场移动，这种效应称为 γ-效 应。
1
--
2
106.7
-4.98(1H, dd, J=5.1, 6.3Hz)
3
41.2
1.66(1H,ddd, J=11.8,5.1,1.6Hz) 2.46(1H, m)
4
46.4
2.15(1H, m)
5
87.2
--
6
29.6
1.96(1H, brs) 1.98(1H, brs)
7
53.2
2.54(1H, m)
2J CH, 3J CH
28
1H-1H COSY Spectrum
图谱横轴和纵轴均为1H-NMR 一维谱，对角峰 为相关峰。
包括偶合类型：偕偶、邻位氢偶合信号以及在 一维谱上能够观察到的远程偶合，如W型偶合、 烯丙偶合、高烯丙偶合，以及芳香环上的间位 偶合、对位偶合。
29
二维图谱的由来：见下面三维图谱
碳谱（13C-NMR）
碳谱为结构解析提供的信息
化学位移:?1～250； 分辨率高，谱线简单，可观察到季碳； 驰豫时间对碳谱信号强度影响较大； 可给出化合物骨架信息。 缺点：测定需要样品量多，测定时间长， 13C信号灵敏度

碳谱

碳谱

19F与13C的偶合
CH3F
1J C F
CH2F2
234.6 283.2 44
CHF3
274.3 270 355 4
CF4
259.4
:
157.5 271 403
CF3CH3, CF3COOH, CF3CH=CH2 , p-FC6H4Cl
1J 2J 3J 4J C F CCF CCCF CCCCF
H 34 22 12.5 CH 2 CH 2 CH 3
6.其它因素的影响 1).溶剂的影响
溶剂不同, 可引起化学位移值1～10ppm的改变.
非极性溶剂:
极性溶剂:
CDCl3
CD3COCD3 CD3SOCD3
2).温度的影响: 温度的改变可使C的化学位移产生数个ppm的位 移, 尤其是对于构型变化敏感或有交换过程的 化合物.
3J 4J
OH
3.质子选择性去偶

质子选择性去偶是指定质子去偶，该法
可使待认定的13C核唯一地发生去偶，得
以与其他13C核区别。
4.无畸变极化转移技术(DEPT)

采用二种特殊的脉冲系列分别作用于高 灵敏度的1H核和低灵敏度的13C核，将灵 敏度高的1H核磁化转移到13C核上，从而 大大提高13C核的观测灵敏度。
核磁共振碳谱
13 ( CNMR
)
一、13CNMR的特点
1. 碳原子构成所有有机分子的骨架，从氢谱不能得 到的直接信息，碳谱不受影响。例：六取代苯、四取代乙 烯、四取代碳及
C O C C C N C O
2. 氢谱的δ值一般不超过10ppm，而碳谱的变化范围 可超过200ppm。 3.碳谱有多种多重共振方法，可区别碳原子级数(如 DEPT谱)，因此，较之氢谱信息丰富、结论清楚。

08核磁碳谱

08核磁碳谱

（在同等实验条件下灵敏度是氢谱的1/6300）
1970s以后，脉冲傅立叶变换(pulse fourier transform) 技术使碳谱测定得到真正应用。
3
常见的碳谱是全氢去偶图谱，每个碳原子只有一条谱线。 核的Overhauser效应(NOE)使信号增强，且不同级数的碳 T1不同，信号强度不同，峰高不能反映出碳原子数。 碳谱中最重要的信息是化学位移。
其它因素：浓度和温度。
11
三、各类化合物13C化学位移的范围
12
1，烷烃和环烷烃碳
P146 δ(CH4): -2.3
总的范围：0～60 ppm
13
烷烃碳化学位移估算公式见P146-147。
14
15
2，烯烃和炔烃碳
P149
烯烃总的范围：100～165 ppm； 炔烃总的范围：60～95 ppm；
25
CDCl3: 77.0, triplet
26
27
2，偏共振去偶法(off-resonance decoupling)
使用偏离1H核的中心频率0.5-1000Hz的质子去偶频率 照射，使氢核部分去偶，但是与13C还留下一些偶合，使 甲基为四重峰，亚甲基为三重峰，次甲基为二重峰。
28
3，门控去偶法(gated decoupling)
对于三价磷：
1J 2J C-P
< 50 Hz；
3J C-P：3
C-P和
～ 20 Hz。
23
4，13C-D的偶合
符合2n+1规律
1J C-D =
总的范围：18～34 Hz 6.5×1JC-H
CDCl3(δC为77.0 ppm， 1JC-D为31.5 Hz)；
CD3OD(δC为47.1 ppm， 1JC-D为22.0 Hz)；

hh相关谱原理

hh相关谱原理

hh相关谱原理
在化合物结构确证时，我们通常会用到核磁共振谱图来判断各个元素之间的关系。

谱图的种类很多，下面简单地介绍各种类型的谱图。

氢谱：通过图中质子的化学位移、偶合常数推测化合物所具有的结构单元。

碳谱：通过图中碳的化学位移、偶合常数推测化合物中关于碳的结构单元。

DEPT谱：（Distortionless Enhancement by Polarization Transfer），又称为无畸变极化转移技术，是一种碳谱核磁共振谱中的一种检测技术，主要用于区分碳谱图中的伯碳、仲碳、叔碳和季碳。

二维谱：将NMR提供的信息，如化学位移和偶合常数，氢化学位移和碳化学位移等在二维平面上展开绘制成的图谱，二维谱分为同核化学位移相关谱和异核位移相关谱。

常见的二维谱
H-H COSY：在氢-氢相关谱上的横轴耦合纵轴均设定成为氢的化学位移，两个坐标轴上则画有通常的一维谱，相互偶合的氢核给出交叉峰。

NOESY：(nuclear overhauser effect spectroscopy)，空间相近的氢核的关系1H-1H NOESY谱图类似于COSY谱，若两核间有NOE 相关，谱图中出现交叉峰。

与COSY谱不同在于，NOESY揭示的是质子与质子间在空间的相互接近关系，而无法测量核间距的大小。

可推测分子的立体结构。

HMQC：(C-H COSY),C和H直接相关谱1JCH，归属直接相连的碳氢关系。

能给出一键C-H连接问题，而不能解决碳与季碳相连的问题，或隔碳相连的问题。

HMBC：（远程C-H COSY），C和H远程相关谱,2JCH,3JCH，相隔2个键或3个键的碳氢关系。

碳谱

碳谱

2.15(1H, m)
-1.96(1H, brs) 1.98(1H, brs) 2.54(1H, m) -2.66(1H, d, J=14.0Hz) 3.65(1H, dd , J=14.0, 2.9Hz) -5.39(1H, brs) 2.18(1H, m) 0.89(3H, d, J=6.8Hz) 0.97(3H, d , J=7.0Hz) 3.92(1H, brd, J=12.0Hz) 3.95(1H, brd, J=12.0Hz)
2
碳谱（13C-NMR）：必记基础数据
常见一些基团的化学位移值: 脂肪C: <50 连杂原子C: C-O,C-N 40-100 C-OCH3 : 50-60
糖上连氧C： 60-90
糖端基C : 90-110 炔C： 60-90 芳香碳,烯碳: 120-140 连氧芳碳,烯碳:140-170;其邻位芳碳,烯碳：90-120
O
OH
7 8 9 10 11
1α-hydroxy-10β, 14- epoxy curcumol
12 13 14 15
Note: 1. 400 MHz for 1H-NMR, 100MHz for 13C-NMR. 2. Using CD3OD as a solvent, TMS is the internal standard, the chemical shifts (δ) are expressed in ppm and the coupling constant J in Hz.
C=O: 160-220
3
必记基础数据
C=O: 160-220
酮： 195－220
醛： 185－205
醌： 180-190
羧酸： 160－180

碳谱 二维谱-2015

碳谱 二维谱-2015

对普通有机化合物来说,对13C NMR谱图影响 最大的是13C –1H间的偶合，而对含氟或磷元 素的化合物，还要考虑13C-19F或13C-31P间的 偶合作用。
13C－1H的自旋偶合
主要考虑1JCH
13C-13C偶合的几率很小（13C天然丰度1.1%）；
13C- 1H偶合；偶合常数1J CH：100-250
3.6 2.1
206
53 30
其正确结构为：
O
2.4 二维核磁共振谱简介 什么是二维核磁共振谱？
一维核磁共振谱： 时域信号（FID信号）FT 频域谱（峰强度 vs 频率）
二维核磁共振谱： 是有两个时间变量，经两次傅利叶变换得到 的两个独立的频率变量的谱图。一般用第二个时 间变量 t2 表示采样时间，第一个时间变量 t1 则是 与 t2 无关的独立变量，是脉冲序列中的某一个变 化的时间间隔。
CH3
C H O
CH CH 152.1 CH O 191.4
a b c
d
a 112.5; b 132.0; c 129; d 132.8
d. 效应(1,3-效应） 立体效应
较大基团对γ-位碳上的氢通过空间有一种挤压作用，使电子 云偏向碳原子，使碳化学位移向高场移动，这种效应称为γ-效 应。
e. 氢键
2）DEPT法（无畸变的极化转移增强法）
利用θ脉冲的变化代替Δ的变化 DEPT谱中也不 出现季碳的信号
DEP－45°谱，CH3、 CH2和CH的峰均为正峰 DEPT－90°谱，只出现 CH的正峰 DEPT－135°谱，CH3 和CH为正峰，而CH2的 峰为负
常规宽带质子去偶13C 谱
2.3.4
13C
CH、CH2、CH3的信号强度与脉冲序列中的延迟Δ有一定关系。 Δ=1/（8J），CH、CH2、CH3为正峰。 Δ=1/（4J），仅出现正的CH峰。 Δ=3/（8J），CH、CH3正峰，CH2负峰。
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碳谱（13C-NMR）
碳谱为结构解析提供的信息
化学位移:1～250； 分辨率高，谱线简单，可观察到季碳； 驰豫时间对碳谱信号强度影响较大； 可给出化合物骨架信息。 缺点：测定需要样品量多，测定时间长， 13C信号灵敏度
是1H信号的1/6000。 而吸收强度一般不代表碳原子个数，与种类有关。
1
核磁共振所需辐射频率：=（2μ/h）H0
2
碳谱（13C-NMR）：必记基础数据
常见一些基团的化学位移值: 脂肪C: <50 连杂原子C: C-O,C-N 40-100 C-OCH3 : 50-60 糖上连氧C： 60-90 糖端基C : 90-110 炔C： 60-90 芳香碳,烯碳: 120-140 连氧芳碳,烯碳:140-170;其邻位芳碳,烯碳：90-120 C=O: 160-220
NOE差光谱：照射某个氢核(Ha)，与其空间相 近的氢核（Hb）产生的NOE效应有时不是特 别明显，或者Hb与其它氢信号有重叠现象， 则可测试NOE差光谱。
33
34
β 紫罗兰酮的NOE差光谱
照射1,1’-Me 照射5-Me 照射10-Me
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β 紫罗兰酮的NOESY谱
36
13C-1H COSY Spectrum（HMQC） HMQC：归属直接相连的碳氢之间关系。
b. 碳核的电子云密度 电子云密度, 高场位移
5
影响因素
c. 取代基的诱导效应和数目 取代基数目,影响, 诱导效应随相隔键的数目增加而减弱; 随取代基电负性, 原子电负性大小数值： H C S N Cl O F 2.1 2.5 2.5 3.0 3.0 3.5 4.0
6
影响因素
3
必记基础数据
C=O: 160-220 酮： 195－220 醛： 185－205 醌： 180-190 羧酸： 160－180 酯及内酯： 165－180 酰胺及内酰胺: 160－170
4
碳谱（13C-NMR）化学位移的影响因素
a. 碳的杂化方式 sp3 < sp < sp2 10-80 60-120 90-200
2JCH, 3JCH
28
1H-1H COSY Spectrum
图谱横轴和纵轴均为1H-NMR一维谱，对角峰 为相关峰。
包括偶合类型：偕偶、邻位氢偶合信号以及在 一维谱上能够观察到的远程偶合，如W型偶合、 烯丙偶合、高烯丙偶合，以及芳香环上的间位 偶合、对位偶合。
29
二维图谱的由来：见下面三维图谱
42
转化产物c8
ESI-MS
[M+Na]+
14 O
OH
10 1
O
8
OH
4
5
7
IR
无色针晶 10%硫酸显鲜红色 ESI-MS：
291.3 [M+Na]+ 分子式：C15H24O4
1α-hydroxy-10β, 14- epoxy curcumol
43
1HNMR
活泼氢2
活泼氢1
-CH3×3
44
13C-NMR
d.共轭效应
与双键共轭,原双键端基C , 另一个C
21 CCCC HHH
1
2
123.3+ 13.6 -7.0
与羰基共轭, C=O的
21 CCCO HHH
e. 分子内部作用
分子内氢键使C=O的
7
影响因素
f. 效应(1,3-效应） 较大基团对γ-位碳上的氢通过空间有一种挤压作用，使电子 云偏向碳原子，使碳化学位移向高场移动，这种效应称为γ-效 应。
13
14
主 要 类 型 碳 核 的 化 学 位 移 值
15
取代基位移规律
16
17
18
常用氘代溶剂的13C-NMR信号的化学位移
19
习题
分子式：C10H10O
20
21
22
23
24
25
26
27
谱学知识介绍
④.常见的二维谱 1H-1H COSY(相互偶合的氢核给出交叉峰) NOESY(空间相近的氢核的关系) HMQC(13C-1H COSY) 13C,1H 直接相关谱1JCH HMBC(远程13C-1H COSY) 13C,1H 远程相关谱
11
4、选择氢去偶谱（SPD）： 用很弱的能量选择性地照射特定氢核，消除它对 相关碳的偶合影响，使峰简化。
12
5、DEPT谱：改变照射氢核的第三脉冲宽度（ ） 所测定的13C-NMR图谱 特点：不同类型13C信号呈单峰分别朝上或向下,可 识别CH3、CH2、CH、C.
脉冲宽度 =135°CH3, CH , CH2 （常用） =90°CH , =45°CH3, CH2 , CH , 季碳不出现
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醋酸乙酯的1H-1H COSY图谱
31
β 紫罗兰酮的1H-1H COSY图谱
32
NOESY Spectrum
NOE：当两个质子Ha和Hb在立体空间中的位 置相近时，若照射Ha 使其饱和，则Hb的强度 增加，这种现象称为NOE。 NOE主要用来确 定两种质子在分子立体空间结构中是否距离相 近。
37
38
39
13C-1H远程 COSY Spectrum(HMBC) HMBC：设定偶合常数J在10Hz左右，使2JCH 和3JCH引起的相关信号出现在图谱上，其中以 间隔三键（ 3JCH ）的碳氢相关为主，也可观 察到间隔两根键（ 2JCH ）及四根键（ 4JCH ） 的碳氢远程相关。
40
41
1-OH
H-11 H-9α
H-4
H-14b
H-14a
H-12
O OH
O
8
13C-NMR谱的类型
• 1、质子非去偶谱
9
2、全氢去偶谱(COM)或噪音去偶谱(PND)或质子宽带去偶 谱(BBD) 特点: 图谱简化, 所有信号均呈单峰. 纵向弛豫时间T1：C CH3 CH CH2
10
3、 偏共振去偶谱(OFR) 特点: 只保留直接相连氢对碳的偶合影响,可识别 伯、仲、叔、季碳。 CH3, q， CH2, t， CH, d，
1H-1H COSY
H-12 H-15 H-13
H-3β
H-4
H-11
O OH
3
片4 断1
15
O OH
13
片断2 11
46
12
HMBC
1-OH H-14a
H-9β
H-9α H-6
H-2α
H-15
C-14 C-10
C-1 C-5
14 O
OH
10
1
O
OH
5
47
NOESY