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核磁共振碳谱解析一、核磁共振碳谱解析是什么呢？核磁共振碳谱（13C - NMR）可是有机化学里超有用的分析工具哦。
它就像一个小侦探，能把有机化合物里碳原子的各种信息给找出来呢。
比如说碳原子的类型呀，周围的化学环境啦，这些信息对确定有机分子的结构可是超级关键的。
二、核磁共振碳谱的基本原理1. 原子核的磁性原子核就像一个个小磁体，在没有外界磁场的时候，它们的磁性是杂乱无章的。
可是一旦放到一个强磁场里，这些原子核就会像听话的小士兵一样，按照磁场的方向排列起来。
对于碳 - 13这种有磁性的原子核来说，这时候就可以进行核磁共振检测啦。
2. 共振现象当我们用一个特定频率的射频波去照射这些在磁场里排列好的碳 - 13原子核的时候，如果这个射频波的频率刚好和原子核的共振频率相同，就会发生共振现象。
这个时候原子核就会吸收能量，从低能态跃迁到高能态，然后我们就能检测到这个信号啦。
三、核磁共振碳谱的化学位移1. 化学位移的概念化学位移就像是每个碳原子的“身份证号码”，它表示碳原子在核磁共振谱图里的位置。
这个位置可不是随便定的，而是和碳原子周围的电子云密度有关系。
电子云密度高的碳原子，受到的屏蔽作用强，化学位移就会小一点；电子云密度低的碳原子，受到的去屏蔽作用强，化学位移就会大一点。
2. 影响化学位移的因素取代基的电负性：如果碳原子周围连接的是电负性大的原子或者基团，比如氧原子、氮原子等，这个碳原子的电子云就会被拉走一部分，电子云密度降低，化学位移就会增大。
共轭效应：如果有机分子里存在共轭体系，那么碳原子的电子云会重新分布，这也会影响化学位移的大小。
空间效应：有时候周围基团的空间位阻也会影响碳原子的化学位移，虽然这个影响相对小一些。
四、核磁共振碳谱的峰面积1. 峰面积的意义峰面积就像每个碳原子的“投票权”，它和碳原子的数目是成正比的。
也就是说，如果一个峰的面积是另一个峰面积的两倍，那么对应的碳原子数目也是两倍的关系。
通过分析峰面积，我们就能知道有机分子里不同类型碳原子的相对数目啦。
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。
核磁共振碳谱
核磁共振（NMR）碳谱是一种用于结构确定和鉴定碳元素化合物的分析方法。
NMR碳谱衡量同组成的化合物具有不同碳原子含量的对比幅度，因而可以将这些信
息用于鉴定目标物质的构型。
这使得NMR碳谱受到广泛的应用，可以用于鉴定复杂的生物活性成分以及特定的关键和活性组分。
NMR碳谱是一种通过测量含有碳的核磁共振信号的分析技术，它可以检测微弱
的碳信号，并根据其强度对结构进行推断。
由于NMR碳谱可以获取结构化学相关信息，因此在合成化学和生物化学领域都受到了极大的关注。
NMR碳谱技术采用核磁
共振原理，利用DNP（多纳米尺度分子组装）技术和数字信号处理技术的结合克服
普通的NMR技术弱信号的限制，从而实现快速准确的分析效果。
此外，NMR碳谱可以非破坏性地检测多种有机物质，而且还可以描述例如芳香
碳链构型等结构信息，为分子和结构特性之间的联系提供依据。
由此可见，NMR碳
谱证明是一种十分有效的结构分析方法，可以为系统设计不同构型的有机物提供重要的参考依据。
总之，NMR碳谱是一种应用程度广泛的鉴定分析技术，可以通过衡量不同碳原
子含量的对比幅度，为化学合成和生物学实验提供准确的结构确定和构型分析结果。
NMR碳谱的无损检测方式和准确的分析结果为许多有关研究领域提供了必要的参考
信息，使NMR碳谱成为一种不可或缺的分析工具。
核磁共振碳谱的原理和应用1. 介绍核磁共振碳谱（Nuclear Magnetic Resonance Carbon Spectroscopy）是一种用于研究化合物的结构和化学环境的无损分析技术。
核磁共振碳谱通过测量样品中不同碳原子核的共振频率来获得关于化合物的信息。
本文将介绍核磁共振碳谱的原理和应用。
2. 核磁共振碳谱的原理核磁共振碳谱的原理基于核磁共振现象。
在一个外加磁场中，具有非零自旋的核会产生一个磁矩。
在核磁共振实验中，样品置于强磁场中，通过向样品施加射频（Radio Frequency, RF）脉冲，使核磁矩发生能级跃迁。
样品中的不同碳原子核具有不同的共振频率，这是由于不同化学环境对碳原子核的局部磁场产生不同的影响。
对样品进行一定时间的射频辐射，然后停止辐照，测量样品在外加磁场下的的自由感应衰减振荡信号，从而获得各个碳原子核的共振频率和峰强度。
3. 核磁共振碳谱的应用核磁共振碳谱广泛应用于有机化学、药物研发、材料科学等领域。
以下是核磁共振碳谱的主要应用之一：3.1 化合物结构鉴定核磁共振碳谱可用于确定化合物的结构和官能团。
通过观察样品的碳谱谱图，可以确定化合物中不同碳原子核的化学位移，并推断出分子中的官能团、杂化状态和取代基等信息。
3.2 化合物纯度分析通过核磁共振碳谱可以判断化合物的纯度。
在样品中出现额外的峰或者杂质的存在会导致峰的形状和峰强度发生变化，从而能够判断化合物是否纯净。
3.3 反应过程监测核磁共振碳谱可以用于监测化学反应的过程。
通过连续记录不同时间点的核磁共振碳谱，可以观察到化合物结构的变化，进而了解反应的进展和反应产物的形成。
3.4 代谢组学研究核磁共振碳谱可用于代谢组学研究。
通过测定生物体中的代谢产物的核磁共振碳谱，可以获得关于生物体内代谢通路和生化过程的信息，用于研究疾病的发生机制和评估药物对生物体的影响。
3.5 药物开发核磁共振碳谱在药物开发过程中扮演着重要的角色。
核磁共振碳谱(13C-NMR)
Produced by Jiwu Wen
•核磁共振碳谱的特点：
1. 化学位移范围宽。
碳谱(13C-NMR)的化学位移δC通常在0～220 ppm之间(对于碳正可达330 ppm)。
离子δ
C
比较：1H-NMR的化学位移δ通常在0～10 ppm之间。
Example:
2. 13C-NMR给出不与氢相连的碳的共振吸收峰。
核磁共振碳谱(13C-NMR)可以给出季碳，羰基碳，氰基碳，以及不含氢原子的烯碳和炔碳的特征吸收峰。
3. 13C-NMR的偶合情况复杂，偶合常数大。
核磁共振碳谱(13C-NMR)中偶合情况比较复杂，除了1H-1H偶合，还有1H-13C以及1H，13C与其它自旋核之间的偶合。
1H-13C的偶合常数通常在125-250 Hz。
因此在谱图测定过程中，通常采用一些去偶技术。
4. 13C-NMR的灵敏度低。
•核磁共振碳谱的去偶技术 1. 质子宽带去偶(也称为质子噪声去偶)。
质子宽带去偶是一种双共振去偶技术，实验方法是：用一相当宽的频率(包括样品中所有氢核的共振频率)照射样品，消除13C-1H 之间的偶合，使每种碳原子只给出一条谱线。
2. 偏共振去偶(也称不完全去偶)。
这种去偶技术的实验方法是：采用一个频率范围很小、比质子宽带去偶功率弱很多的射频场(B 2)，其频率略高于待测样品中所有氢核的共振吸收频率，使1H 与13C 之间在一定程度上去偶，不仅消除2J ～4J 的弱偶合，而且使1J 减小到J r (表观偶合常数)。
J r 和1J 之间的关系如下：
r 12J J B /2∆ν
λπ
=
根据n+1规律，在偏共振去偶谱中，伯碳裂分为四重峰(用q表示)，仲碳为三重峰(t)，叔碳为两重峰(d)，季碳以及不与氢相连的碳
为单峰(s)。
Example:
2-丁醇的宽带去偶谱
2-丁醇的偏共振去偶谱
2-丁酮的质子宽带去偶谱和偏共振去偶谱
3. 质子选择性去偶。
4. 门控去偶和反转门控去偶。
主要用于定量分析。
5. DEPT(无畸变极化转移增强)
DEPT谱有三种：
(1) DEPT45谱：谱图中CH, CH2, CH3均出现正峰，季碳不出峰；
(2) DEPT90谱：谱图中CH出正峰，其余不出峰；
(3) DEPT135谱：谱图中CH, CH3出正峰，CH2出负峰。
Example:
•核磁共振碳谱的化学位移 C
•影响化学位移δC 的因素
1. 电子效应
碳原子周围的电子云密度高低是影响碳谱化学位移δC 的主要因素，电子云密度越高，屏蔽效应越大，化学位移向高场移动，δC 减小，反之电子云密度越低，化学位移向低场移动，δC 增大。
(1) 杂化效应
sp 3杂化碳的δC 通常在0 ～60 ppm 之间；
sp 2杂化碳的δC 在100 ～220 ppm 之间，其中C=O 的碳位于160 ～220 ppm ；Sp 杂化碳的δC 在60 ～90 ppm 。
(2) 诱导效应
吸电子诱导效应使δC 增大，供电子诱导效应使δC 减小。
(3) 共轭效应
共轭体系中电子云密度的不均匀导致化学位移向高场或低场移动。
2. 立体效应
在链状烷烃和环状烷烃分子中，γ-位碳往高场位移2～7ppm，这种空间效应称为γ-效应。
Example:
顺式烯烃的两个取代基之间的立体效应使α碳和烯碳的 往高场位移。
共轭受阻时也会导致化学位移发生改变。
3. 其它影响因素：溶剂，氢键以及温度对13C-NMR的化学位移 C也存在一定的影响。
•各类有机化合物的化学位移δC 的经验求算
1. 烷烃及其衍生物
直链烷烃和支链烷烃
Ci ij j 2.6n A S
δ=-++∑∑C i
A C i
S α9.11(3)-1.1
β
9.41(4)-3.4γ
-2.52(3)-2.5δ0.32(4)-7.2ε0.13(2)
-3.73(3)
-9.54(1)
-1.54(2)-8.4
Example:
= δC6= -2.6 + 9.1 + 9.4 + (-2.5) + 0.3 + 0.1 = 13.8 (13.7) C1
δC2= δC5= -2.6 + 9.1×2 + 9.4 + (-2.5) +0.3 = 22.8 (22.8)δC3= δC4= -2.6 + 9.1×2 + 9.4×2 +(-2.5) = 31.9 (31.9)
= -2.6 + 9.1 + 9.4 ×2 + (-2.5) + (-1.1) = 21.7 (21.9) C1
δC2= -2.6 + 9.1×3 + 9.4 + (-3.7) = 30.4 (29.7)
δC3= -2.6 + 9.1×2 + 9.4×2 +(-2.5) = 31.9 (31.9)
δC4= -2.6 + 9.1 + 9.4 + (-2.5) ×2 = 10.9 (11.4)
= -2.6 + 9.1 + 9.4 ×3 + (-2.5) + (-3.4) = 28.8 (28.7)
C1
δC2= -2.6 + 9.1×4 + 9.4 + (-1.5) ×3 + (-8.4) = 30.3 (30.2)δC3= -2.6 + 9.1×2 + 9.4×3 +(-7.2) = 36.6 (36.5)
δC4= -2.6 + 9.1 + 9.4 + (-2.5) ×3 = 8.4 (8.5)
取代烷烃
Example:
X
δC1= 21.7; δC2= 30.4;
δC3= 31.9; δC4= 10.9。
X = OH时，查表得到OH的端位取代参数：α＝48.3；β＝10.2；γ＝-5.8
δC1= 21.7 (22.5);
δC2= 30.4 + (-5.8) = 24.6 (24.8);
δC3= 31.9 + 10.2 = 42.1 (41.8);
δC4= 10.9 + 48.3 = 60.2 (60.2)。
X = H
δC1= 13.4; δC2= 22.5; δC3= 34.4;
X = OH时，查表得到OH的异位取代参数：
α＝40.8；β＝7.7；γ＝-5.8
δC1= 13.4 + (-5.8) = 7.6 (10.1)
δC2= 22.5 + 7.7 = 30.2 (30.0);
δC3= 34.4 + 40.8 = 75.2 (73.8)。
2. 烯烃
烯碳化学位移的计算经验公式：Ci ij i 123.3n A S
δ=++∑∑
Example:
Exercise: Predicting the chemical shifts for carbon a and b in 13C-NMR.
3. 取代苯
Example:
查CN和Cl的取代基参数如下：
Cl 6.2 0.4 1.3 -1.9
CN -15.4 3.6 0.6 3.9
δC1= 128.5 + (-15.4) + (-1.9) = 110.9 (111.9)
δC2= 128.5 + 3.6 + 1.3 = 133.4 (133.6);
δC3= 128.5 + 0.6 + 0.4 = 129.5 (129.8);
δC4= 128.5 + 3.9 + 6.2 = 138.6 (139.3)。
Exercise: Predicting the chemical shifts for carbon 1～4in 13C-NMR.
•核磁共振碳谱解析
1. 解析程序
排除溶剂峰，已知分子式时计算不饱和度；
由宽带去偶谱判断分子中碳原子数以及分子的对称性；
由偏共振去偶谱或DEPT谱化学环境不同的碳原子与氢原子的连接方式，判断伯、仲、叔以及季碳；
通过化学位移确定不同化学位移的谱峰的归属，属sp3、sp2、sp等不同杂化方式的碳；
分子结构的组合与排除；
验证：物理常数，其它谱图佐证或标准谱图对照。
2. 示例: 根据核磁共振碳谱推测分子结构
C
7H
14
O
解析：
→由分子式计算不饱和度为1，说明含有一个双键；
→排除79 ppm附近的溶剂峰，谱图中存在三组峰，与分子式对比，说明分子结构对称：
→δ
210 ppm为酮羰基C=O；
C
→δ
35 ppm为CH；
C
→δ
14 ～15 ppm之间的四重峰为CH3；
C
综上所述，可能结构如下：
练习：已知分子式为C
8H14O3的1HNMR和13NMR谱如下，推导其
可能的结构并指认各峰的归属。
4H
4H
6H。
