氢谱化学位移表
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氢谱中影响化学位移的因素1. 取代基电负性越强,δ越移向低场表3-5 与CH3连接基团(X)的电负性对其质子化学位移的影响化合物CH3X CH3F CH3OH CH3Cl CH3Br CH3I CH4(CH3)4Si 元素X F O Cl Br I H SiX的电负性 4.0 3.5 3.1 2.8 2.5 2.1 1.8化学位移δ 4.26 3.40 3.05 2.68 2.16 0.23 0τ 5.74 6.60 6.95 7.32 7.84 9.77 10图3-18 取代基电负性对质子化学位移的影响表3-6 取代效应CHCl3CH2Cl2CH3Cl -CH2Br -CH2-CH2Br -CH2-CH2CH2Br δ7.27 5.30 3.05 3.30 1.69 1.25τ 2.73 4.70 6.95 6.70 8.31 8.75多取代效应强于单取代取代效应随着键距的延长而急剧降低去屏蔽效应(deshield)2. 相连碳原子的sp杂化轨道的s成分越多,δ越移向低场“sp3”质子0-2δ321C CCCH C CHCH C CHHHHH0 δ12脂肪族o o o张力环>>>“sp 2”质子 4.5-7δ“sp ”质子 2-3δ3. 酸性质子 10-12δR C OO HRC OO H作用和O 电负性拉电子效应的双重影响氢键的影响和可交换质子 能够形成氢键的质子(-OH ,-NH2)化学位移可变表3-7 可变化学位移的质子Acids RCOOH 10.5-12.0δ Phenols ArOH 4.0-7.0 Alcohols ROH 0.5-5.0 Amines RNH 2 0.5-5.0 Amides RCONH 2 5.0-8.0 EnolsCH=CH-OH≥15形成氢键的数目越多,质子的去屏蔽效应越强 氢键数目通常是浓度和温度的函数R OOHO R O H δδδ游离羟基(稀溶液)0.5-1.0δ 形成氢键(浓溶液)4-5δ可交换质子(活泼氢)H H R O H a+R'O H b R O H b+R'O H aR O +R O H+H SOLVSOLVR O +SOLV SOLVR O+3. 共轭效应sp 2-1s C-H 键,C 原子具有更多的s 特征,s 轨道的吸电子能力大于p 轨道C H 4.03C H H OCH 33.886.27C C HHC HO CH 35.90OH H6.73C HO H7.81p-π共轭,邻位H 的电子密度增加(正屏蔽),δ值减少π-π共轭,邻位H 的电子密度减少(去屏蔽),δ值增加CH 2H 2CH 2C H 2C H 2CH 2CCH 2CH 2CH 2H 2C2.631.551.080.700.515. 相邻基团电偶极矩和范德华力的影响 当分子内有强极性基团时,它在分子内产生电场,影响分子内其余部分的电子云密度,从而影响其它核的屏蔽常数。
2.1核磁共振氢谱中的几个重要参数1、化学位移(1)影响化学位移的主要因素:a.诱导效应。
电负性取代基降低氢核外电子云密度,其共振吸收向低场位移,δ值增大,如CH3F CH3OH CH3Cl CH3Br CH3I CH4TMSδ(ppm) 4.06 3.40 3.05 2.68 2.16 0.23 0X电负性 4.0 3.5 3.0 2.8 2.5 2.1 1.6对于X-CH<YZ型化合物,X、Y、Z基对>CH-δ值的影响具有加合性,可用shoolery公式估算,式中0.23为CH4的δ,Ci值见下表。
例如:BrCH2Cl(括号内为实测值)δ=0.23+2.33+2.53=5.09ppm(5.16ppm)利用此公式,计算值与实测值误差通常小于0.6ppm,但有时可达1pmm。
值得注意的是,诱导效应是通过成键电子传递的,随着与电负性取代基距离的增大,诱导效应的影响逐渐减弱,通常相隔3个碳以上的影响可以忽略不计。
例如:b.磁各向异性效应。
上面所述的质子周围的电子云密度,能阐明大多数有机化合物的化学位移值。
但是还存在用这一因素不能解释的事实:如纯液态下的乙炔质子与乙烯质子相比,前者在高场共振;相反苯的质子又在低场下发生共振。
这些现象可用磁各向异性效应解释。
当分子中某些基团的电子云排布不是球形对称时,即磁各向异性时,它对邻近的H核就附加一个各向异性磁场,使某些位置上核受屏蔽,而另一些位置上的核受去屏蔽,这一现象称为各向异性效应。
在氢谱中,这种邻近基团的磁各向异性的影响十分重要。
现举例说明一下:叁键的磁各向异性效应:如乙炔分子呈直线型,叁键轴向的周围电子云是对称分布的。
乙炔质子处于屏蔽区,使质子的δ值向高场移动。
双键:π电子云分布于成键平面的上、下方,平面内为去屏蔽区。
与SP杂2化碳相连的氢位于成键的平面内(处于去屏蔽区),较炔氢低场位移。
乙烯:5.25ppm;醛氢:9-10ppm。
化学键的各向异性还可由下述化合物(1)至(4)看出:化合物(1)、(3)中的标记氢分别处于双键和苯环的屏蔽区,而化合物(2)、(4)中相应的氢分别处于双键和苯环的去屏蔽区,δ值增大。
常见官能团氢谱化学位移数值官能团是分子中具有特殊化学性质的基团,分子中不同官能团的相对位置及数量会对分子化学性质产生显著影响,因此了解官能团在氢谱中的化学位移数值属于基本的氢谱分析方法。
常见的官能团有酮、羧酸、酰胺、醇、醛、酰氯、酰胺等。
首先,酮官能团的氢谱的化学位移数值一般在2.0-2.6 ppm的范围内波动。
其氢谱图中含有官能团上位移较大的酮基质子峰以及较靠近甲基的α-位移峰。
此外,存在α-位移峰对称的质子峰反应出1,4-加成的股份。
对于带有氢化铝矾土的羟酮化合物,其α-位移峰数值通常会升高至8.5至10.0 ppm。
其次,羧酸官能团的化学位移数值一般在10.0至12.0 ppm,常常由富卡末夫—普隆梅耳(SCP)反应产生。
其氢谱图中会出现氢氧酸和β-位移峰的质子峰,同时酯化反应会以6.0至6.5 ppm的化学位移数值产生涵盖较广的最小红外线拉曼线条。
酰胺官能团在氢谱中的化学位移数值一般为8.0至9.5 ppm。
其氢谱图中包含对称α-位移峰更高的质子峰,以及带有酰胺结构前导的丰富β位移峰的质子峰。
同时,酰胺—酸加成反应会产生更宽的5.0至5.5 ppm的α-位移峰质子峰。
醇官能团在氢谱中的化学位移数值一般为0.5至5.0 ppm。
其氢谱图中会产生羟基和α位移峰的质子峰,其中羟基的化学位移数值如其分子中官能团所影响而波动。
同时,醛和酮官能团装有的酯化反应可以使得β位移峰在比较低的化学位移数值处产生质子峰。
醛官能团在氢谱中的化学位移数值一般为9.0至10.5 ppm。
其氢谱图中会通常包含羟基,α-位移峰和醇官能团所拥有的β-位移峰的质子峰。
同时,可以通过精确的酰胺—酮加成反应使得1,3-但二醇羧酸酯的醛官能团低化学位移数值处出现质子峰。
最后,酰氯和酰胺官能团的化学位移数值一般为4.5至8.0 ppm。
在其氢谱图中,酰氯官能团含有化学位移数值很小的α-位移峰质子峰,同时也含有化学位移数值较高的酰氯羟基。