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核磁共振碳谱详解

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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

C通常在0～220 ppm之间(对于碳正

离子

C可达330 ppm)。

比较：1H-NMR的化学位移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Jr(表观偶合常数)。Jr和

1J之间的关系如下：

r1

2JJ

B/2



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

62-丁醇的偏共振去偶谱

7

82-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

C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

C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，

C减小，反之电子云密度越低，化学位移向低场移动，

C增大。

(1) 杂化效应

sp3杂化碳的C通常在0 ～60 ppm之间；

sp2杂化碳的C在100 ～220 ppm之间，其中C=O的碳位于160 ～220 ppm；

Sp杂化碳的C在60 ～90 ppm。

(2) 诱导效应

吸电子诱导效应使C增大，供电子诱导效应使C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

C的经验求算

1. 烷烃及其衍生物

直链烷烃和支链烷烃

Ciijj2.6nAS

CiACiS

9.11(3)-1.1

9.41(4)-3.4

γ-2.52(3)-2.5

0.32(4)-7.2

0.13(2)-3.7

3(3)-9.5

4(1)-1.5

4(2)-8.4Example:

C1= 

C6= -2.6 + 9.1 + 9.4 + (-2.5) + 0.3 + 0.1 = 13.8 (13.7)

C2= 

C5= -2.6 + 9.1×2 + 9.4 + (-2.5) +0.3 = 22.8 (22.8)

C3= 

C4= -2.6 + 9.1×2 + 9.4×2 +(-2.5) = 31.9 (31.9)

C1= -2.6 + 9.1 + 9.4 ×2 + (-2.5) + (-1.1) = 21.7 (21.9)

C2= -2.6 + 9.1×3 + 9.4 + (-3.7) = 30.4 (29.7)

C3= -2.6 + 9.1×2 + 9.4×2 +(-2.5) = 31.9 (31.9)

C4= -2.6 + 9.1 + 9.4 + (-2.5) ×2 = 10.9 (11.4)

C1= -2.6 + 9.1 + 9.4 ×3 + (-2.5) + (-3.4) = 28.8 (28.7)

C2= -2.6 + 9.1×4 + 9.4 + (-1.5) ×3 + (-8.4) = 30.3 (30.2)

C3= -2.6 + 9.1×2 + 9.4×3 +(-7.2) = 36.6 (36.5)

C4= -2.6 + 9.1 + 9.4 + (-2.5) ×3 = 8.4 (8.5)取代烷烃

X = OH时，查表得到OH的端位取代参数：

＝48.3；＝10.2；γ＝-5.8

C1= 21.7 (22.5);

C2= 30.4 + (-5.8) = 24.6 (24.8);

C3= 31.9 + 10.2 = 42.1 (41.8);

C4= 10.9 + 48.3 = 60.2 (60.2)

。Example:

X

C1= 21.7; 

C2= 30.4;

C3= 31.9; 

C4= 10.9。X = H

C1= 13.4; 

C2= 22.5; 

C3= 34.4;

X = OH时，查表得到OH的异位取代参数：

＝40.8；＝7.7；γ＝-5.8

C1= 13.4 + (-5.8) = 7.6 (10.1)

C2= 22.5 + 7.7 = 30.2 (30.0);

C3= 34.4 + 40.8 = 75.2 (73.8)。2. 烯烃

烯碳化学位移的

计算经验公式：

Ciiji123.3nASExample:Exercise: Predicting the chemical shifts for carbon aand bin 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

C1= 128.5 + (-15.4) + (-1.9) = 110.9 (111.9)

C2= 128.5 + 3.6 + 1.3 = 133.4 (133.6);

C3= 128.5 + 0.6 + 0.4 = 129.5 (129.8);

C4= 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

C7H14O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：



C210 ppm为酮羰基C=O；



C35 ppm为CH；



C14 ～15 ppm之间的四重峰为CH

3；

综上所述，可能结构如下：练习：已知分子式为C

8H

14O

3的1HNMR和13NMR谱如下，推导其可能的结构并指认各峰的归属。

4H

4H6H

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核磁共振碳谱各基团出峰位置

核磁共振碳谱各基团出峰位置

核磁共振碳谱各基团出峰位置

核磁共振碳谱（13C NMR）是一种常用的化学分析技术，用于确定有机化合物中碳原子的化学环境。不同基团的碳原子在核磁共振碳谱中会出现在不同的化学位移（ppm，即百万分之一）上，这是由于它们所处的化学环境不同，受到周围电子云的屏蔽效应不同，从而影响了它们对核磁共振信号的响应。

以下是一些常见基团在核磁共振碳谱中的出峰位置：

1. 甲基（CH3-）：通常在0-30 ppm范围内出现。

2. 亚甲基（CH2-）：通常在10-40 ppm范围内出现，但具体化学位移会受到相邻基团的影响。

3. 次甲基（CH-）：通常在30-60 ppm范围内出现，同样也会受到相邻基团的影响。

4. 季碳（C-）：由于没有氢原子与之相连，季碳的化学位移范围较广，通常在40-100

ppm之间，但也可能出现在更高或更低的化学位移上。

5. 羰基碳（C=O）：通常在160-220 ppm范围内出现。

6. 芳香碳：通常在100-160 ppm范围内出现，但具体化学位移会受到芳香环上取代基的影响。

需要注意的是，以上仅是一些常见基团的大致出峰位置，实际上还会受到许多其他因素的影响，如溶剂、温度、pH值等。因此，在进行核磁共振碳谱分析时，需要综合考虑各种因素，结合化合物的结构和已知数据进行解析。

最后提醒一点，核磁共振碳谱的解析需要一定的专业知识和经验，建议在进行相关实验或数据分析时寻求专业人士的帮助。

核磁共振碳谱的原理和应用

核磁共振碳谱的原理和应用

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。通过核磁共振碳谱可以确定药物分子的结构和纯度，检测药物的稳定性和相互作用，评估药物的代谢途径等，从而为药物研发提供重要的指导。

[理学]核磁共振碳谱

[理学]核磁共振碳谱

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。