核磁共振碳谱CNMR
CNMR核磁共振碳谱化学位移总览表医学知识课件
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13C NMR spectrum with the protons coupled
4.1 核磁共振碳谱的特点 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。 13C核磁共振谱的信号是1957年由P. C. Lauterbur首先观察到
的。碳是组成有机物分子骨架的元素，人们清楚认识到13C NMR对于化学研究的重要性。由于13C的信号很弱，加之1H 核的偶合干扰，使13C NMR信号变得很复杂，难以测得有实 用价值的谱图。20世纪70年代后期，质子去偶和傅里叶变换 技术的发展和应用，才使13C NMR的测定变成简单易得。20 多年来，核磁共振技术取得巨大发展，目前，13C NMR已广 泛应用于有机化合物的分子结构测定、反应机理研究、异构 体判别、生物大分子研究等方面，成为化学、生物化学、药 物化学及其他相关领域的科学研究和生产部门不可缺少的分 析测试手段，对有关学科的发展起了极大的促进作用。
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，I请N联E系P本T人谱改正中。不出现季 碳的信号 CH3和CH为正峰，而 CH2为负峰 只出现CH的正峰
1) INEPT法
由于核磁共振本身信号灵敏度很低，尤其是低天然丰度的核（ 如13C、15N等）更为突出。INEPT法是在具有两种核自旋的系统中 ，以CH为例，通过脉冲技术，把高灵敏1H核的自旋极化传递到低 灵敏的13C核上去，这样由1H到与其偶合的13C的完全极化传递可使 ，13C信号强度增强4倍。
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。对于大多数碳，尤其是
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。
核磁共振碳谱的基本特点
核磁共振碳谱的基本特点
核磁共振碳谱（C-NMR）是一种用于结构确定和鉴定化合物的重要实验技术，在核磁共振技术的基础上对氢原子和碳原子进行研究，它
可以直接获取到特定碳的位置、环的类型以及碳的价态，同时提供了
测定无机化合物中碳原子的碳同位素比例的能力。
下面是核磁共振碳
谱的一些基本特点：
1. 元素具有定性：核磁共振碳谱仅在氢原子和碳原子之间进行研究，
它可以直接获取到特定碳的位置、环的类型以及碳的价态。
2. 分辨能力强：核磁共振碳谱能准确识别不同的碳原子，可以辨别出
晶体中的结构，甚至可以分辨出碳原子之间的位置变动。
3. 分析能力强：使用核磁共振碳谱可以更详细地分析各种实验波谱，
由此得出精确的结果，从而得出准确的化学结构式。
4. 解析度高：核磁共振碳谱拥有很高的解析度，它可以分析出极小样
品量的化合物，并且能得出相对准确的结果。
5. 快速有效：核磁共振碳谱是一种很快捷的技术，它可以在很短的时
间内进行分析，能够满足日益增长的检测要求。
6. 无污染：与X射线衍射技术或其他一些实验技术不同，核磁共振碳
谱不会产生放射性污染，是一种更加环保的实验技术。
总而言之，核磁共振碳谱具有定性能力强、分辨能力高、分析能力强、解析度高、快速有效以及无污染等几大基本特点，是研究各种有机化
合物结构的基础技术之一。
因此，核磁共振碳谱已成为当今有机化学研究的重要工具，在有机分子结构和聚合物制备方面得到广泛应用。
波谱解析-CNMR
四、弛豫时间
2、 T1与分子结构的关系
(1) C上直接连H数（N）对T1的影响---N多，Ｔ1小。
T1值的大小与分子内部运动有关，在刚性分子中，
偶合常数
•
共振峰面积
弛豫时间
二、化学位移 1 影响化学位移的因素
(1)碳键的杂化程度 p171
杂化方式
碳类型
sp3
烷基C
sp
炔基C
烯基C sp2
羰基C
化学位移 （ppm）
0~50(0~60)
磁场 高
50~80(60~90)
100~150
160~210
低
(150~220)
二、化学位移 1 影响化学位移的因素
• 3、测定时间长，因此要求仪器稳定性好，并 有脉冲傅里叶变换装置。
• 4、 吸收峰强度一般不能代表C原子数目，即 不成严格的比例关系，但是当2个C原子等价 而峰重叠时，峰高亦随C原子数增加而明显地 增加。
• （三）13C–NMR波谱的参数 •
1H–NMR：
13C–NMR ：
化学位移
化学位移
•
偶合常数
3 13C与13C的偶合
4 13C与F、P的偶合
四、弛豫时间
1 定义 核磁共振时，处于低能级的原子核吸收射频能 量，跃迁到高能级，当处于高、低能级核的数目 相等时，则不再发生能量吸收，这种现象称为饱 合。但事实上，处于高能级的原子核可通过不同 的途径释放出能量返回到低能级，这种能量转移 过程称弛豫。
[理学]核磁共振碳谱
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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。
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根据碳碳耦合和耦合常数，确定邻近碳原子 的类型和它们之间的关系。
峰形和强度
通过峰形和相对强度，确定化合物的结构和 它们在分子中的位置。
峰的位置和积分峰面积
通过峰的相对位置和积分峰面积，计算化合 物中各类碳原子的数量。
化学位移的基本概念和计算方法
1 化学位移
化学位移是一种定量指标，描述碳原子的磁场感受性，通常表示为δ值。
CNMR核磁共振碳谱化学 位移总览表课件
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什么是核磁共振碳谱
核磁共振碳谱（CNMR）是一种分析化学的技术，用于确定和解释有机化合 物中碳原子的化学环境。
CNMR谱图的读取与解读方法
峰高与化学位移
测量CNMR谱图中峰的高度，根据化学位移 数值判断化合物中的碳原子类型。
2 计算方法
化学位移可以通过将每个峰位置相对于标准物质（如三甲基硅烷）进行测定和计算得到。
常见化合物的谱图和化学位移数值对照 表
谱图解读
通过解读常见化合物的CNMR谱图，学习化学位 移数值在不同类型化合物中的变化规律。
数值对照表
提供一张常见化合物的CNMR化学位移数值对照 表，帮助快速确定未知化合物的结构。
影响化学位移的因素及其解释
电子效应
电子的吸引或排斥会改变碳 原子的化学位移。
取代基效应
取代基的种类和位置会对化 学位移产生影响。
溶剂效应
溶剂分子的影响会改变化学 位移数值。
核磁共振碳谱在有机化学和药物研发中 的应用
1
结构确认
核磁共振碳谱帮助鉴组分定量
通过测量峰面积，核磁共振碳谱可以用于定量分析。
3
改进合成路径
通过核磁共振碳谱的结果，调整合成路径以获得更理想的产物。
C-NMR核磁共振谱1
按照n+1规律，
CH3 显示 CH2 显示 CH 显示
4重峰 3重峰 2重峰
3.门控去偶
在13C观察脉冲之前，先加上去偶脉冲，在 取FID信号时，去偶脉冲已撤去，但NOE并 未消失。这样就可得到既能观察偶合常数（ 不去偶）而又保留NOE增强效应的谱。
NOE效应：
NOE效应是发生在两个原子核之间的现象。 由于原子核之间的弛豫作用，当A原子核饱
烈影响。紧密排列的原子或原子团会相互排
斥，将核外电子云彼此推向对方核的附近， 使其受到屏蔽。如C－H键受到立体作用后 ，氢核“裸露”，而成键电子偏向碳核一边 ，δc高场位移。
链烃中烷基取代，γ－C的δ值高场位移约 2ppm；其它取代基，δ值高场位移可达 7ppm。
构象确定的六元环化合物中，取代基为
13C：I=1/2
•二、与氢谱不同：
1. 灵敏度低 13C核的天然丰度只有1.108%， 1H核的天然丰度有99.98%;
核磁矩：1H=2.79270; 13C=0.70216 13C核的磁旋比γc =1/4γH
2. 分辨能力高 1H NMR的化学位移值δ：0~15ppm之间， 13C NMR的化学位移值δ：0~300ppm之间 3. 给出不连氢的碳的吸收峰 4. 不能用积分高度来计算碳的数目 5. 驰豫时间T1 可作为化合物特构鉴定的波
傅里叶变换
PW
Transmitter
PW
T
Receiver
1 T
1 Pw
PW=10~50μs
T=4s
Freq.range 2P1W=200,000~400,000Hz
1 T
=14
=0.25Hz
脉冲
核磁共振碳谱CNMR
例1．某未知物分子式为C6H10O2，有如下核磁共振碳 谱数据，试推导其结构。
δ(ppm)
14.3 17.4 60.0 123.2 144.2 166.4
谱线多重性 q q t
dd
s
解：不饱和度为2。从碳谱数据知道该化合物含有一个
碳-碳双键，一个羰基。
从δ=166.4ppm 这一相对很小的数值知该羰基必须与
另外的杂原子（目前为O）相连，且必须在与别的双
键共轭。因此可推出结构单元：
O O C CH CH
CH2的δ为60，故它必须与O原子相连。剩余两个CH3， δ值均较小但略有差别，应分别连在饱和与不饱和碳原 子上。因此该化合物结构如下：
14.3
O 144.2
17.4
CH3 CH2 O C CH CH CH3 60.0 166.4 123.2
例2．某未知物分子式为C11H14O2，有如下核磁共振 碳谱数据，试推导其结构。 39.9ppm(t) 55.6ppm(q) 55.7ppm(q) 111.9ppm(d) 112.5 ppm(d) 115.5ppm(t) 120.7 ppm(d) 132.7 ppm(s) 137.9 ppm(d) 147.9 ppm(s) 149.4 ppm(s)
（3）脂肪链碳原子区：δ<100ppm。饱和碳原子若 不直接连O、N、F等杂原子，一般其δ值小于55ppm。 炔碳原子δ=70~100ppm，其谱线在此区，这是不饱 和碳原子的特例。
三．13CNMR中的自旋-自旋偶合 1．13C-13C偶合
因为13C的天然丰度很低，只有1.1%，两个13C核 相邻的几率更低，因而13C-13C偶合可以忽略不计。
13CNMR 的灵敏度只有 1HNMR 的1/6000。
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13C-1H 之间偶合常数很大，高达 120～320Hz，而 13C 被偶合氢按 n＋1 规律分裂为多重峰，使谱图不易 解析，为提高灵敏度和简化谱图，须去掉 1H 对 13C 的偶合，方法有如下几种：
13CNMR 的灵敏度只有 1HNMR 的1/6000。
二．宽化学位移范围 常规 1HNMR 谱的 δ 值不超过20（通常在10以内）， 而且由于 1H-1H 自旋偶合裂分又使共振峰大为增宽， 因此常出现不同化学环境的核的共振峰拥挤在一起的 情况，使谱图解析起来变得困难。 13CNMR 谱的 δ 值范围大得多，超过200。每个 C 原子结构上的微小变化都可引起 δ 值的明显变化，因 此在常规宽带质子去偶谱中，每一种化学等价的核可 望显示一条独立的谱线。
二．偏共振去偶法 使用偏离1H共振的中心频率 0.5~1000Hz 的质子去
偶频率，使与 13C核直接相连的 1H 和 13C核之间还 留下一些自旋偶合作用，1JC-H 减小，而 2JCCH 和 3JCCCH消失。因此，按n+1规律，CH3显示四重峰， CH2显示三重峰，CH显示二重峰，季碳显示单峰。 用偏共振去偶法可以确定与碳原子相连的质子数目， 从而可判断各碳的类型。
羰基化合物分子内氢键的形成，使O原子上的孤对
电子移向H原子，因此羰基C原子更缺少电子，故共振
移向低场。分子间氢键的作用与分子内氢键类似。例
如：
191.5 O
196.9 O H
O
195.7 O
204.1 O H
O
6．测定条件
温度、溶剂等。
二．各类化合物的13C的化学位移 1．饱和碳的 δC
饱和烷烃的 δC 范围为： -2.5~55ppm 甲烷的 δC 为 -2.5ppm，其他烷烃大都在 5~60ppm 之 间，正构烷烃一般在 35ppm 之内。 δ值顺序：CH4< 1°C< 2°C < 3°C 且季碳出现 在较低场，并且强度较小，容易辨认。 Grant 和 Paul 经验公式：
一．质子宽带去偶法 又称噪声去偶，是最重要的去偶技术。在观察 13C
的同时，用一覆盖所有质子共振频率的射频照射质 子，消除全部氢核对 13C 的偶合，使每一个磁等价 的 13C 核成为一个信号， 13CNMR呈现一系列单峰， 同时由于 NOE 效应使 13C 峰大为增强，信噪比提高。 这种方法就是质子宽带去偶。
三．给出不连氢的碳的吸收峰 有机化合物分子骨架主要由 C 原子构成，因而
13CNMR 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。
四．不能用积分高度来计算碳的数目 归功于NOE效应。
五．弛豫时间（T1）可作为结构鉴定的参数 处于不同环境的 13C 核，它们的 T1 值可以相差两个
数量级。通过 T1 可指认结构归属，进行构象测定、窥 测体系运动状况。故驰豫时间可作为化合物结构鉴定 的波谱参数。
第二节 13CNMR中常用的去偶技术
4．立体效应
13C的化学位移对分子的立体构型十分敏感。对于范
德华效应，当两个H原子靠近时，由于电子云的相互
排斥，使电子云沿着 H-C 键向 C 原子移动，C 的屏蔽
作用增加，δ向高场移动。
H3C
35.6 32.7 35.6 C22H.73
H3C
H 20.1 H
H
H
30.6
30.2
5．氢键
氢键包括分子内氢键和分子间氢键。
三．门控去偶法 又称交替脉冲去偶。接收到的信号既有偶合，又有
NOE增强的信号，即既保留了峰的多重性，又达到 谱峰强度增加的目的。
四．反转门控去偶法 又称抑制NOE的门控去偶。可以得到碳数与信号
强度基本上成正比的图谱。
五．选择质子去偶 又叫单频质子去偶。其目的是为了使待指认的
13C峰去偶，其它13C不去偶，以便区别。首先记录 该化合物的氢谱，然后选择去偶质子，用其共振频 率去照射，使其饱和，与其相连的13C不被偶合， 成为单峰。使用此法依次对1H 核进行照射，即可 使相应的13C核信号得到准确的归属。
第三节 13C的化学位移
一．影响13C化学位移的因素 1．碳杂化轨道
以TMS为标准，对于烃类化合物来讲： sp3杂化碳的 δ 范围为：0~60ppm sp2杂化碳的 δ 范围为：100~150ppm sp杂化碳的 δ 范围为：60~95ppm
2．诱导效应 诱导效应使碳的核外电子云密度降低，具有去屏
蔽作用。
化合物 CH4 CH3I
CH3Br CH3Cl
δC/ppm -2.6 -20.6 10.2 25.1
化合物 CH3F CH2Cl2 CHCl3 CCl4
δC/ppm 75.4 52 77 96
3．共轭效应 共轭效应会引起电子云
分布的变化，导致不同位 置C的共振吸收峰发生偏 移。例如：
152.1
.4C O
H
再如：
C1H373.8 129.3 128.5
125.6
N1O482.3 123.4
129.5 134.7
N(CH3)2 150.6 112.6 129.0
116.1
苯环上氢被具有孤对电子的基团（－NH2，－OH 等）取代，发生 p-π 共扼，使邻、对位碳的电荷密 度增加，屏蔽作用增强，导致邻、对位碳的化学位 移较苯移向高场。同理，吸电子基使邻、对位去屏 蔽，则导致邻、对位碳信号移向低场。但不影响间 位碳的化学位移。
第五章 核磁共振碳谱
第一节 核磁共振碳谱的特点
一．灵敏度低
所谓 NMR 的灵敏度就是某一基准物质的信号和
噪音之比。 NMR的信号可用下式表示： 式中： S/N---信噪比
S nH0 3I (I 1)
N
T
13C 的天然丰度只有1.108%，远低于1H 的 99.98%；13C
的 γC 也只有 1H 的 γH 的1/4。所以在相同的测试条件下， 相同数目的 1H 和 13C 给出的信噪比为 1:1.59×10-4，