[课件]东华大学波谱分析-第4章 碳核磁共振波谱和二维NMR谱(1)PPT
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《核磁共振波谱法》PPT课件
采样间隔
扫描次数
选择适当的采样间隔，以确保谱图的准确 性和分辨率。
增加扫描次数可以提高谱图的信噪比，但 也会增加实验时间。因此，需要权衡信噪 比和实验时间，选择适当的扫描次数。
定性分析与定量分析
定性分析
通过比较已知样品和未知样品的NMR谱图，确定未知样品的组成和结构。
定量分析
通过测量样品中不同组分的峰面积或峰高，计算各组分的含量。需要建立标准 曲线或使用内标法进行定量分析。
样品稳定性
确保样品在NMR实验过程中保 持稳定，避免由于化学变化导 致谱图失真。
样品溶剂
选择适当的溶剂，以保证样品 的溶解和稳定性，同时避免对
NMR谱图产生干扰。
实验参数的选择与优化
磁场强度
脉冲宽度
根据实验需求选择适当的磁场强度，以提 高检测灵敏度和分辨率。
选择合适的脉冲宽度，以获得最佳的信号 强度和分辨率。
《核磁共振波谱法》ppt课件
汇报人：可编辑 2024-01-11
目录
• 核磁共振波谱法概述 • 核磁共振波谱法的基本原理 • 核磁共振波谱仪 • 核磁共振波谱法的实验技术 • 核磁共振波谱法的应用实例
01
核磁共振波谱法概述
定义与原理
定义
核磁共振波谱法是一种利用核磁共振现象进行物质结构和动力学研究的分析方法 。
化学位移是由于不同化学环境中的原子核受到不 同程度的磁场扰动，导致其能级分裂的差异。
通过测量化学位移，可以推断出原子核所处的化 学环境，进而确定分子的结构。
耦合与裂分
当两个或多个相邻的原子核相互作用 时，它们之间的能级会发生耦合，导 致谱线裂分。
通过分析裂分的谱线，可以进一步解 析分子内部的相互作用和结构信息。
NMR基本原理ppt课件
ppt课件.
6
2003年诺贝尔生理学和医学奖 :美国科学家保罗·劳特布尔 (Paul Lauterbur)和英国科学家彼得·曼斯菲尔德(Peter Mansfield )
Peter 用核p磁pt课共件. 振成像“拍摄”的脑截面7图象
2002诺贝尔化学奖: 瑞士科学家库尔特·. 维特里希“for his development of nuclear
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，有自旋，是 核磁共振研究的主要对象。 • I≠0的其它核
核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均匀，共 振吸收复杂，研究应用较少。
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• 原子核的自旋角动量——矢量：空间方向量子化
• 原子核的磁性和磁矩——矢量
原子核的磁性用核磁矩μ来描述。
γ:旋磁比
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• 原子核的旋磁比
是原子核的基本属性之一，因原子核总类的不同而不
同，γ越大，核磁共振中越容易检测到。
1H ＝26.752×107 T-1·S-1
13C ＝6.728×107 T-1·S-1
（T特斯拉，磁场强度的单位，S秒）；
愈大，核的磁性愈大，其核磁共振信号愈易检测。
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（二） 磁性核在外磁场（H0）中的行为 •原子核在外磁场中的自旋取向
核在外磁场中定向排列，其取向是空间方向量子化的。相对
于外磁场方向，可以有（2I + 1 ）种取向。
H原 子 核 无磁场
磁量子数m=I,I-1,…,-I,可取2I+1个不同数值。
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15
•核的进动
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•原子核在外磁场中的能级裂分
他的主要成就在于他在发展高 分辨核磁共振波谱学方面的杰 出贡献。
波谱分析核磁共振PPT讲稿
• 在分子体系中，同种核所处的化学环境不同，核外电子云
密度不同，产生的屏蔽作用就不同，处于不同化学环境的 同种核的共振频率不同。
• 由于核周围分子环境不同而使其共振频率发生位移的现象
叫做化学位移。
H0 (1 ) 2
σ为原子核的屏蔽常数（数值为10-5数量级）
例：乙醇的分子式中有三种不同化学环境的氢核，甲基（-
3.影响化学位移的因素
•核外电子云密度的影响-电负性的作用
与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，价电 子偏离质子，屏蔽作用减弱，化学位移较大，信号峰在 低场出现。
磁的各向异性效应
质子在分子中所处的空间位置不同，屏蔽 作用的不同的现象称为磁各向异性效应。 在外磁场作用下，环电子流所产生的感应 磁力线是闭合的，与外磁场反向的磁力线 部位起屏蔽作用，而同向的磁力线部位起 去屏蔽作用。
三、化学位移
在有机化合物中，各种氢核 周围的电子云 密度不同（结构中不同位置）共振频率有 差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现 象称为化学位移。
但V0与H0有关，不同的仪器测得的数据难 以比较，故需引入化学位移的概念。
1.屏蔽效应产生化学位移
核外电子云在外磁场的作用下，倾向于在垂直磁场的 平面里作环流运动，从而产生一个与外磁场反向的感 应磁场，因而核实际所受到的磁场强度减弱。
波谱分析核磁共振课件
概述
• 核磁共振谱（NMR）与红外、紫外一样，都属于吸收光谱。
• 红外光谱是由分子的振动和转动能级的跃
迁产生的吸收光谱
• 紫外-可见吸收光谱来源于分子的电子能级
间的跃迁
• 核磁共振是分子中原子核自旋能级的跃迁
产生的吸收光谱。
• 在NMR中电磁辐射的频率为兆赫数量级，
第四章 核磁共振波谱(NMR)
45o
90
o
180o
270o
360o
4.2.2 电磁感应理论
I
ω
M 接受/发射线圈
t
ω= γ B0
接受器线圈感应到的振荡电流
经过脉冲照射后, 磁化矢量M被转到XY平面上并绕Z-轴 旋转。由于此转动切割了接受器的线圈,并在接受器的线圈 中产生振荡电流。其频率就是Larmor频率ω，在NMR 中,接 收线圈与发射线圈是同一线圈。
lcmsmsnmrnmrhrhrmasmas脉冲梯度场技术脉冲梯度场技术溶液中分子自扩散系数的测量溶液中分子自扩散系数的测量激光光泵核磁共振技术激光光泵核磁共振技术129xenmr129xenmr现代nmr的特点900mhz脉冲傅立叶变换脉冲傅立叶变换超导磁体超导磁体多维核磁共振技术多维核磁共振技术高分辨固体核磁共振技术高分辨固体核磁共振技术成像技术成像技术微量分析微量分析ppm1012141618202224ppm1011121314151617181920212223242526900mhz超导磁体在750mhz谱仪上获得的母鸡胚胎的三维图像老鼠肾脏毛细血管的三维像现代nmr的主要应用生物膜和脂质的多形性研究脂质双分子层的脂质分子动态结构生物膜蛋白质脂质的互相作用压力作用下血红蛋白质结构的变化生物体中水的研究生命组织研究中的应用生物化学中的应用在表面活性剂方面的研究原油的定性鉴定和结构分析沥青化学结构分析涂料分析农药鉴定食品分析药品鉴定医学诊断分子结构的测定化学位移各向异性的研究金属离子同位素的应用动力学核磁研究质子密度成像成像化学位移成像其它核的成像指定部位的高分辨成像元素的定量分析有机化合物的结构解析表面化学有机化合物中异构体的区分和确定大分子化学结构的分析现代核磁共振技术在高分子科学中的应用分子量测定端基分析支化度分析几何异构体聚烯烃的立构规整度共聚物的序列结构聚合物构象分析交联反应多相聚合物体系聚合物分子链之间的相互作用聚合物之间的相容性聚合物分子链运动聚合物分子链取向分布聚合物分子链取向与分子链运动的相关性聚合物晶态结构小分子在聚合物材料内的扩散过程聚合物材料内部缺陷及空洞的测定不同聚合物材料的非均匀混合聚合物材料内部的组成梯度nmr的优缺点优点
第4章 核磁共振碳谱 PPT课件
碘原子越多，作用越大，化学位移越小。如： CH2I2、 CHI3、 CI4的化学位移分别为 -54和 第 3 -140和-292.5。 章 核 • 原因：高原子序数的原子核外电子云密度大， 导致碳原子核外电子云密度同样增大，信号移 磁 共 向高场区。
振
2i 波 谱 分 析 第 3 章 核 磁 共 振
一、质子噪声去耦 二、偏共振去耦 三、质子选择去耦 四、门控去耦及反转 门控去耦 五、APT、INEPT、 DEPT谱
2018/11/7
一、噪音去偶谱(proton noise decoupling spectrum
wei 波 谱 分 析 第 3 章 核 磁 共 振
又叫全氢去偶(简称COM)或,13C(1H)宽带 去偶(简称BBD)。采用的脉冲系列如图3-72所 示，即在读取13C的FID信号期间，用覆盖所有
• 碳原子的化学位移杂化大小顺序与氢谱 中的顺序一致： • sp2﹥sp ﹥ sp3 • sp3 :甲基﹤亚甲基﹤次甲基﹤季碳 0--60 • sp2 ：烯基碳和芳香碳：100—167 • sp2 ：羰基：160—220 • sp ：炔基碳：60—90
2018/11/7
2、碳核周围的电子云密度
wei 波 • 碳的化学位移与碳核周围的电子云密度有关。 谱 • 碳核周围的电子云密度越大，屏蔽效应越强， 分 信号移向高场，化学位移越小；碳核周围的电 析
2018/11/7
电负性 4.0
3.1
2.8 2.5 2.1
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取代基的诱导效应可沿碳链延伸，α碳原子
wei 波 谱 分 析
第 三 章 核 磁 共 振 氢 谱
上的氢位移较明显，β碳原子上的氢有一定位移
，γ位以后则不明显。
CH3 —
二维核磁共振谱概述 ppt课件
29 ppt 课件
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30
核磁共振谱图综合解析
确定未知物所含碳氢官能团。 结合氢谱、碳谱、DEPT谱、HMQC谱可以确定 所含碳氢官能团的信息，即含有多少个CH3，CH2 ，CH和季碳。配合化学位移，可以区分饱和的CH2 还是不饱和的CH2；饱和的CH还是不饱和的CH。 是否含杂原子、羰基以及活泼氢等。 注意：利用HMQC把氢谱的各个峰组和碳谱的各条 谱线关联起来非常重要。
?noesy的谱图与11h11hcosy非常相似它的f22维和f11维上的投影均是氢谱也有对角峰和交叉峰图谱解析的方法也和cosy相同唯一不同的是图中的维上的投影均是氢谱也有对角峰和交叉峰图谱解析的方法也和cosy相同唯一不同的是图中的交叉峰并非表示两个氢核之间有耦合关系而是并非表示两个氢核之间有耦合关系而是表示两个氢核之间的空间位置接近
ppt课件 35
它又分为直接相关谱和远程相关谱。
ppt课件
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异核位移相关谱 ---------测试技术上有两种方法
对异核（非氢核）进行采样，这在以前是常用的方法，是 正相实验，所测得的图谱称为“C，H COSY”或长程“C， H COSY”、 COLOC (C,H Correlation Spectroscopy via Long range Coupling )。 因是对异核进行采样，故灵敏度低，要想得到较好的信噪 比必须加入较多的样品，累加较长的时间。
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2.确定含氢基团的连接关系，找到结构单元。 一般从COSY谱相关峰可以找到所有存在3J耦合 的结构单元。 注意点： 结构片段终止于季碳原子或杂原子 在一些特殊的情况下，邻碳氢可能未显示出 COSY相关峰。 COSY谱一般情况下显示3J耦合，但也可能显示长 程耦合的相关峰。
第四章 核磁共振波谱
• 裂分峰的相对强度，可用二项式(a+b)n展开的系数表示（n 为等位H的个数），各裂分蜂之间的间距相等。 如：相邻等位H个数 1 峰数 2 强度 1：1
2
3
3
4
1：2：1
1：3：3：1
6.4 积分曲线与质子的数目
核磁共振谱中吸收峰的面积（强度）的 大小与产生该峰的等位氢原子数目成正比。
6.5
是原子核的基本属性之一，γ越大，核磁共振中
越容易检测到。
1H 13C
＝26.752×107 T-1· S-1 ＝6.728×107 T-1· S-1
（T特斯拉，磁场强度的单位，S秒）；
（二）核磁共振（跃迁）的条件
ν =
实现核磁共振的方式：
γ Ho 2π
保持外磁场强度不变， 改变电磁辐射频率------扫频
• 1960年左右出现脉冲傅里叶变换核磁共振方法
和谱仪——化学领域中的应用取得革命性进步。
6.1 核磁共振的基本原理
（一）原子核的自旋与自旋取向
Ha Hb
H原子核 无磁场
Ho
外磁场中，磁性原子核的两种自旋取向造成两 种不同能级。
E
↓ 自旋磁矩与外磁场相反
ΔE
↑ 自旋磁矩与外磁场相同 H0
• 原子核的磁旋比
与O (醇、醚、酯)相连：
与N相连：
R2NCH
2.2~3.2
与C=O(酮、酸、酯、醛)相连：CHC=O 2～3
6.3 自旋－自旋耦合
硝基丙烷的核磁共振氢谱 自旋-自旋耦合：相邻磁核之间的相互干挠现象； 自旋裂分：由自旋-自旋耦合而引起的多重谱线现象
(1) 耦合作用的一般原理
Ha核, 不考虑邻近核时： H实 = H0 – H感 Ha核邻近有一个Hb核: Hb的自旋状态↑ ：H1实 = H0 – H感 + H’
第四章核磁共振HNMR ppt课件
两种自旋取向能级差与外磁 场B0的关系
2020/11/13
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现在从另一角度来讨论核磁共振现象。
在B0中，原子核绕其自旋轴旋转（自旋 轴与核磁矩μ方向一致），而自旋轴又与静磁 场B0保持某一夹角θ,而绕B0进动，称为 Larmor进动（如图所示）
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I=1／2的核的Larmor进动
尽管共振频率各有差异，但差异不大，仅为百万 分之十左右，对其绝对值的测量难以达到所需要 的精度。
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32
故实际工作中是采用测定相对值来表示，即 以某标准物质的共振峰为原点，测定样品中 各共振峰与原点的相对距离，这种相对距离 就称为化学位移(Chemical shift)。
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4.1.4 驰豫过程 1．弛豫过程
当大量的原子核在外磁场中取向并达到平衡，高低能 级的分布可利用Boltzman定律来描述。即低能级的数目 略多于高能级的数目,且ΔE极小。当用射频电磁波照射外 磁场中原子核时，低能级的核吸收能量跃迁至高能级，产 生核磁共振信号。由于ΔE极小，高能级粒子通过自发辐射 回到低能级的几率几乎为零。因此若要在一定时间间隔内 持续检测到NMR信号，必须有某种过程存在，它使高能级 的原子核回到低能级，以保持低能级的粒子数始终略大于 高能级的粒子数。这个过程就是弛豫过程。
ωL=ω=2πν=γB0
ν共振= γB0/2π
参见下面的示意图
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核磁能量吸收和跃迁过程
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23
下面对核磁共振方程进行讨论
（ ν共振= γB0/2π ）
①对于同一核，如I=1/2的1H核，发生共振时，
ν照射与B0的关系
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8 7 9
1 3 4 COOCH CH H 2 3 2 CCH 65 2 COOCH CH 2 3
8 1 6
3
7
2 9 5
4
TMS
CDCl3
150
100
50
0
13
2) 偏共振去偶 (OFR)
H1
H2 H2—比1H核共振频率小100-1000Hz
偏共振去偶的特点:
消除了远程偶合，保留了与13C相连1H核的偶合;
I 1 2
B0
5
B0 M
z
y x
90°脉冲射频
z
M = 宏观磁化强度矢量 B0 = 磁场强度
x
M
y
6
2. 脉冲傅立叶变换技术
一个时间域函数f（t）也可以用频率域函数F（ω）表示 ，二者包含完全相同信息，只是描述形式不同而以，它们 之间的变换关系 f（t）↔F（ω）称为傅立叶变换。
若射频（H1）以脉冲射频方式照射样品（脉冲宽度τ=10 ～50μs，周期T=1～5s）时，由该调制脉冲磁场的频谱可见 ，它相当于在ω1附近采用n台强度基本相等，频率相差 2π/T的射频发动机（包括使所有核同时共振的频率）同时 照射样品。 7
在脉冲射频H1的作用下共振核由低能态跃迁到高能态 ，当脉冲停止后在弛豫过程中将会记录到自由感应衰减（ FID）信号。化学位移不同的核其FID信号不同，通过傅立 叶变换技术将不同核的FID信号互相分离并变换为频率域 函数，即可得到我们常见的NMR谱图。
8
3. 13C NMR 的特点
适合含有长碳链或含碳原子化合物的分析, 特别可以得 到1H谱不能直接测得的羰基、腈基和季碳的信息 . 由于13C核的化学位移范围（δc=0～240 ppm）远大于H 核的化学位移范围（δH=0～15 ppm），因此13C谱分辨率 高.
1 1 13 19 I 1H 7 C 9F 2 15 31 29 N P 8 15 14Si
弧度 H 26753 秒 高斯
1 I= 2
C splitting
弧度 ＝６７２６ C 秒 高斯
1 I= 2
B0
4
0= B0
射频场H1
I
1 2
v 0
B 0 2
OFR
CH2 OFR CH3
PND
209.7(5)
PND
29.4(1) 31.8(2)
54.8(3) 69.5(4)
16
6 5
NH 2 1 2 Br 3 4
C3 C1
C5
C4
C6 C2
C1 OFR
C1
C3 5
C4
C6
C2
17
3) 质子选择去偶 ——找出与相关H相连的C
1JC-H变小，裂分峰相互靠近形成峰簇; 能够区分伯，仲，叔，季碳.
14
8 7 9
1 3 4 COOCH CH H 2 3 2 CCH 65 2 COOCH CH 2 3
8
3
1 6
7
9
CDCl3
2 5
4 TMS
150
100
50
0
15
CH2
CH3
O H OH 2 4 H C C C C CH 3 3 2 5 3 1 CH 3
选择某个1H核的共振频率作为第二射频 与其偶合的13C变为单峰 其它峰显示偏共振效果，1JCH变小，裂分峰为峰蔟
4) 门控去偶 ——保留1JCH偶合，利用NOE 使得谱峰增强，可测定真正的耦合常数 5) 反门控去偶 ——去除1JCH偶合，去除 NOE，使得谱峰强度与碳数目对应，可实 现定量测量
18
5. 碳原子级数的测定方法
碳原子级数的测定是指区分分子中的CH3、CH2 、CH和季碳原子。常用APT、INEPT和DEPT等方 法。
19
a) 连氢试验 (APT)
季碳峰和CH2峰向上，CH峰和CH3峰向下。
H H
1 1 4 .3 2 9 .6 2 0 .4 1
H H C 3
1 2 9 .8
东华大学波谱分析课件-第4章 碳核磁共 振波谱和二维NMR谱(1)
4.1 碳核磁共振波谱基础
2
13C
NMR概述
有机化合物中的碳原子构成了有机物的骨架。因此观察和研究碳原 子的信号对研究有机物有着非常重要的意义。 自旋量子数 I=0 的核是没有核磁共振信号的。由于自然界丰富的12C I=0，没有核磁共振信号，而 I =1/2 的13C 核，虽然有核磁共振信号， 但其天然丰度仅为1.1% ，故信号很弱，给检测带来了困难。 所以在早期的核磁共振研究中 ，一般只研究核磁共振氢谱 （ 1H NMR），直到上个世纪 70 年代脉冲傅立叶变换核磁共振谱仪问世， 核磁共振碳谱（13C NMR）的工作才迅速发展起来。
由于自然界中13C核的丰度太低，另外13C的磁旋比只有 1H核的1/4, 13C NMR的灵敏度比1H NMR要低得多.
13C NMR由于邻近质子的偶合作用使谱峰变得非常复杂， 必须采用标识技术(去偶技术)，实际上13C NMR谱图若不 去偶就不能解析。
9
4. 13C NMR 的标识技术
由于13C与1H的偶合常数1JCH大，13C-1H的偶合裂分使13C NMR谱峰分散（强度降低），常常造成信号交叉重叠，影 响谱图解析，因此13C NMR 必须采用标识技术(去偶技术).
H H 2 2 C 3 1 .4 C 9 .3 C O 6 H 7 .7 C 1 3 H 2 1 5 7 .0 1 3 .9
H
20
b) INEPT (非灵敏核极化转移增强)谱
把灵敏度好的1H的磁化率转移到13C核上进行 测定，故灵敏度好。 INEPT谱用于区分碳类型的一种技术 时间间隔 2D3=1/4J, INEPT谱中，所有连氢的 碳信号都向上伸出; 时间间隔 2D3=2/4J, INEPT谱中，只有CH碳 信号向上伸出; 时间间隔 2D3=3/4J, INEPT谱中，只有CH, CH3碳信号向上伸出; CH2碳信号向下伸出。 但季碳不出峰，不出现氘代溶剂峰。
为了标识谱图，可以采用很多去偶技术，如质子噪声去 偶、偏共振去偶、选择质子去偶、门控去偶及反门控去偶等 。
10
1) 宽带去偶 (质子噪声去偶, PND)
例如：B0=23500G
H1=25MHz H2=100MHz±1000Hz
11
H1
H2
宽带去偶的特点:
分辨率高，每个碳原子对应一个峰; 裂分峰合并后，强度增加; 不能区分伯，仲，叔，季碳.
这期间随着计算机的不断更新发展，核磁共振碳谱的测试技术和方 法也在不断的改进和增加，如偏共振去耦，可获得13C—1H 之间的 耦合信息，DEPT 技术可识别碳原子级数等，因此从碳谱中可以获 得极为丰富的信息。
3
1. 原理
B0
14092(高斯） 23500 (高斯） E
H splitting
60MHz（1H） 15MHz（13C） 100MHz （1H） 25MHz（13C）
8 7 9
1 3 4 COOCH CH H 2 3 2 CCH 65 2 COOCH CH 2 3
8 1 6
3
7
2 9 5
4
TMS
CDCl3
150
100
50
0
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2) 偏共振去偶 (OFR)
H1
H2 H2—比1H核共振频率小100-1000Hz
偏共振去偶的特点:
消除了远程偶合，保留了与13C相连1H核的偶合;
I 1 2
B0
5
B0 M
z
y x
90°脉冲射频
z
M = 宏观磁化强度矢量 B0 = 磁场强度
x
M
y
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2. 脉冲傅立叶变换技术
一个时间域函数f（t）也可以用频率域函数F（ω）表示 ，二者包含完全相同信息，只是描述形式不同而以，它们 之间的变换关系 f（t）↔F（ω）称为傅立叶变换。
若射频（H1）以脉冲射频方式照射样品（脉冲宽度τ=10 ～50μs，周期T=1～5s）时，由该调制脉冲磁场的频谱可见 ，它相当于在ω1附近采用n台强度基本相等，频率相差 2π/T的射频发动机（包括使所有核同时共振的频率）同时 照射样品。 7
在脉冲射频H1的作用下共振核由低能态跃迁到高能态 ，当脉冲停止后在弛豫过程中将会记录到自由感应衰减（ FID）信号。化学位移不同的核其FID信号不同，通过傅立 叶变换技术将不同核的FID信号互相分离并变换为频率域 函数，即可得到我们常见的NMR谱图。
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3. 13C NMR 的特点
适合含有长碳链或含碳原子化合物的分析, 特别可以得 到1H谱不能直接测得的羰基、腈基和季碳的信息 . 由于13C核的化学位移范围（δc=0～240 ppm）远大于H 核的化学位移范围（δH=0～15 ppm），因此13C谱分辨率 高.
1 1 13 19 I 1H 7 C 9F 2 15 31 29 N P 8 15 14Si
弧度 H 26753 秒 高斯
1 I= 2
C splitting
弧度 ＝６７２６ C 秒 高斯
1 I= 2
B0
4
0= B0
射频场H1
I
1 2
v 0
B 0 2
OFR
CH2 OFR CH3
PND
209.7(5)
PND
29.4(1) 31.8(2)
54.8(3) 69.5(4)
16
6 5
NH 2 1 2 Br 3 4
C3 C1
C5
C4
C6 C2
C1 OFR
C1
C3 5
C4
C6
C2
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3) 质子选择去偶 ——找出与相关H相连的C
1JC-H变小，裂分峰相互靠近形成峰簇; 能够区分伯，仲，叔，季碳.
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1 3 4 COOCH CH H 2 3 2 CCH 65 2 COOCH CH 2 3
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1 6
7
9
CDCl3
2 5
4 TMS
150
100
50
0
15
CH2
CH3
O H OH 2 4 H C C C C CH 3 3 2 5 3 1 CH 3
选择某个1H核的共振频率作为第二射频 与其偶合的13C变为单峰 其它峰显示偏共振效果，1JCH变小，裂分峰为峰蔟
4) 门控去偶 ——保留1JCH偶合，利用NOE 使得谱峰增强，可测定真正的耦合常数 5) 反门控去偶 ——去除1JCH偶合，去除 NOE，使得谱峰强度与碳数目对应，可实 现定量测量
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5. 碳原子级数的测定方法
碳原子级数的测定是指区分分子中的CH3、CH2 、CH和季碳原子。常用APT、INEPT和DEPT等方 法。
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a) 连氢试验 (APT)
季碳峰和CH2峰向上，CH峰和CH3峰向下。
H H
1 1 4 .3 2 9 .6 2 0 .4 1
H H C 3
1 2 9 .8
东华大学波谱分析课件-第4章 碳核磁共 振波谱和二维NMR谱(1)
4.1 碳核磁共振波谱基础
2
13C
NMR概述
有机化合物中的碳原子构成了有机物的骨架。因此观察和研究碳原 子的信号对研究有机物有着非常重要的意义。 自旋量子数 I=0 的核是没有核磁共振信号的。由于自然界丰富的12C I=0，没有核磁共振信号，而 I =1/2 的13C 核，虽然有核磁共振信号， 但其天然丰度仅为1.1% ，故信号很弱，给检测带来了困难。 所以在早期的核磁共振研究中 ，一般只研究核磁共振氢谱 （ 1H NMR），直到上个世纪 70 年代脉冲傅立叶变换核磁共振谱仪问世， 核磁共振碳谱（13C NMR）的工作才迅速发展起来。
由于自然界中13C核的丰度太低，另外13C的磁旋比只有 1H核的1/4, 13C NMR的灵敏度比1H NMR要低得多.
13C NMR由于邻近质子的偶合作用使谱峰变得非常复杂， 必须采用标识技术(去偶技术)，实际上13C NMR谱图若不 去偶就不能解析。
9
4. 13C NMR 的标识技术
由于13C与1H的偶合常数1JCH大，13C-1H的偶合裂分使13C NMR谱峰分散（强度降低），常常造成信号交叉重叠，影 响谱图解析，因此13C NMR 必须采用标识技术(去偶技术).
H H 2 2 C 3 1 .4 C 9 .3 C O 6 H 7 .7 C 1 3 H 2 1 5 7 .0 1 3 .9
H
20
b) INEPT (非灵敏核极化转移增强)谱
把灵敏度好的1H的磁化率转移到13C核上进行 测定，故灵敏度好。 INEPT谱用于区分碳类型的一种技术 时间间隔 2D3=1/4J, INEPT谱中，所有连氢的 碳信号都向上伸出; 时间间隔 2D3=2/4J, INEPT谱中，只有CH碳 信号向上伸出; 时间间隔 2D3=3/4J, INEPT谱中，只有CH, CH3碳信号向上伸出; CH2碳信号向下伸出。 但季碳不出峰，不出现氘代溶剂峰。
为了标识谱图，可以采用很多去偶技术，如质子噪声去 偶、偏共振去偶、选择质子去偶、门控去偶及反门控去偶等 。
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1) 宽带去偶 (质子噪声去偶, PND)
例如：B0=23500G
H1=25MHz H2=100MHz±1000Hz
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H1
H2
宽带去偶的特点:
分辨率高，每个碳原子对应一个峰; 裂分峰合并后，强度增加; 不能区分伯，仲，叔，季碳.
这期间随着计算机的不断更新发展，核磁共振碳谱的测试技术和方 法也在不断的改进和增加，如偏共振去耦，可获得13C—1H 之间的 耦合信息，DEPT 技术可识别碳原子级数等，因此从碳谱中可以获 得极为丰富的信息。
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1. 原理
B0
14092(高斯） 23500 (高斯） E
H splitting
60MHz（1H） 15MHz（13C） 100MHz （1H） 25MHz（13C）