碳核磁共振谱.
核磁共振碳谱解析
主含氢要内容
6.1 碳核磁共振谱简介 6.2 13C的化学位移 6.3 偶合谱 6.4 碳核磁共振谱中的实验技术 6.5 碳核磁共振谱的解析及其应用
在有机物中，有些官能团不含氢, 例如C=O， C=C=C和N=C=O, 官能团的信息不能从1H NMR谱 中得到，只能从13C NMR谱中得到
a 112.5 b 132.0 c 129.0 d 132.8
取代基的电负性
在不饱和羰基化合物和具有孤对电子的取代基 系统中，这些基团便羰基碳正电荷分散，使其 共振向高场位移
-CHO -COCH3 –COOH –CONH2 -COCl -COBr
c=O 201 204
177
172 170 167
c=O 201.5
r-32p: 2p电子和核距离立方倒数的平均值
QAA: 所考虑核的2p轨道电子的电子密度 QAB: 所考虑核与其相连的核的键之键级 负号表示顺磁屏蔽，|p|越大，去屏蔽越强，其共振位置越在低场 13C谱化学位移的决定因素是顺磁屏蔽
影响13C化学位移的因素
13C NMR谱化学位移的分布范围约为400 ppm，因此对分 子构型和构象的微小差异也很敏感
77 21 11
取代基的电负性
若苯氢被-NH或-OH取代后，这些基团的孤对电子离域到苯 环的电子体系上，增加了邻位和对位碳上的电荷密度，屏 蔽增加
苯氢被拉电子基团-CN或-NO2取代后，苯环上电子离域到 这些吸电子基团上，减少了邻对位碳的电荷密度，屏蔽减小
128.5
a 147.7 b 116.1 c 129.8 d 119.0
192.4
190.7
取代基的电负性
89 ppm
HO
OH
核磁共振碳谱
J/ J 2 HH2
当Δυ=0时，J/=0，就是完全去偶；当Δυ>0时， J/>0，就是偏共振去偶
22
特点： 1. 可识别碳的级别 伯碳（CH3）－q峰 仲碳（CH2）－t峰 叔碳（CH）－d峰 季碳（C）－S峰 2. 对于复杂且分子量大的分子，谱线间隔近或
4
第二节 碳谱的测定
一、宏观磁化强度矢量与核磁共振
宏观磁化强度矢量M是单位体积内核磁矩μ 的矢量和， 即：
N
M i i1
M// M0 M M
M 0
x
z B0 M+ y
M-
z B0 M0
y x
5
在X（X/）轴施加一个频率为υ0线偏振射频场， 磁场强度为B1，可分解为XY平面上两个旋转方向相 反频率为υ0（与自旋核进动频率相等）的圆偏振磁 场，此时M将产生章动，吸收能量产生核磁共振。
器频率，则该脉冲系列可展开成以υ0为中心的连续 的频率振动，简称频谱。
11
主带频谱范围为ω＝ 2/tp，中心频率为V0 , 在该范围内，谱线的 间隔距离△＝1/tr、故 在该主带频谱范围内， 谱线的总数为：
12
即该射频脉冲系列相当于一台拥有4×105不同频 率、间隔为0.5Hz的射频波的多波道核磁共振仪，频 率范围是V0±2×105 , 可使分子中处于不同化学环 境下的所有13C（或1H）核同时共振，并得到含有所 有13C（或1H）核信息的FID信号。虽然各种FID信 号混合在一起，但频率和相位不同，可通过相敏检 测器检测并区别开来。以累加1次需2秒计算，即使 进行1万次累加，也只需要约5.5小时。这样，在采 用多次脉冲作用于试样，并将FID信号进行多次累 加后再进行傅立叶变换，对于像13C这样的低灵敏度 核来说，也可以得到一张好的NMR图谱
《碳核磁共振谱》课件
核磁共振谱的基本原理
1
拉莫尔进动
核的自旋围绕磁场进动，形成一系列特定的频率信号。
2
自旋弛豫
核自旋通过与周围环境发生相互作用而使能量逐渐消失的过程。
3
谱线分裂
不同的核之间通过磁偶合相互影响，导致核磁共振谱线的分裂。
样品制备
纯度和浓度
高纯度和适当的浓度是获得准 确谱图的关键。
溶剂选择
选择合适的溶剂，避免与样品 发生化学反应。
《碳核磁共振谱》PPT课 件
通过碳核磁共振谱（NMR）技术，可以实现对分子结构和化学反应动力学的 研究与分析。本课件将带你深入了解NMR的基本原理、样品制备、解读和应 用领域。
能量传递
1 磁共振现象
2 共振条件
核自旋与磁场的相互作用， 实现能级的跃迁和能量传 递。
通过磁场和射频脉冲的调 整，使核磁共振发生在特 定的条件下。
样品处理
去除杂质和组分，确保样品呈 现良好的溶解度。
碳核磁共振谱的解读
1
化学位移解析
根据化学位移分裂情况确定相邻碳原子之间的耦合关系。
3
结构推断
综合化学位移、峰形和耦合常数等信息对分子结构进行推断。
应用领域
有机化学
在有机物结构鉴定、反应动力学和代谢研究中有广泛应用。
3 放射和吸收
核表现出不同的放射和吸 收特性，提供了实现谱图 的基础。
碳核共振技术
核磁共振设备
利用高场磁体和射频系统进行实 验，获取样品的核磁共振谱图。
化学位移
碳谱图解析
不同的化学环境导致碳原子吸收 核磁共振的位置产生不同的位移。
根据峰形、峰面积、化学位移和 耦合常数等信息解析复杂的碳核 磁共振谱。
材料科学
核磁C谱怎么检测
核磁共振C谱检测是该项检测中比较常用的方式之一，碳谱的检测和氢谱有一定的差异。
在碳谱中最重要的信息是化学位移δ。
常规碳谱主要提供δ的信息。
从常规碳谱中只能粗略的估计各类碳原子的数目。
如果要得出准确的定量关系，作图时需用很短的脉冲，长的脉冲周期，并采用特定的分时去耦方式。
碳谱有以下一些特点：（1）灵敏度低：碳核天然丰度很低，只有1.108%为，1H则有99.98%，而且旋磁比也只有1H的1/4，在相同条件下两者信噪比为1:0.000159，即灵敏度是1H的1/6000。
（2）分辨能力高：δ为0~300ppm，是H的20倍；同时不存在13C自身自旋-自旋裂分。
（3）能给出不连氢碳的吸收峰，氢不能给出不含氢基团的信息，而碳谱可直接给出基团的特征峰，分子骨架结构的信息。
（4）不能用积分高度计算碳的数目，碳核所处环境和弛豫机制不一样，NOE效应对不同碳原子信号强度影响差异大，不能用常规共振谱的谱线强度来确定。
（5）弛豫时间可作为化合物结构鉴定的波谱参数，不同碳核弛豫时间相差较大。
氘代试剂中的碳原子均有相应的峰，这和氢谱中的溶剂峰不同（氢谱中的溶剂峰仅因氘代不完全引起）。
幸而由于弛豫时间的因素，氘代试剂的量虽大，但其峰强并不太高。
常用的氘代氯仿呈三重峰，中心谱线位置在77.0ppm。
若谱线数目等于分子式中碳原子数目，说明分子无对称性；若谱线数目小于分子式中碳原子的数目，这说明分子有一定的对称性，相同化学环境的碳原子在同一位置出峰。
碳谱大致可分为三个区：①羰基或叠烯区δ＞150ppm，一般δ＞165ppm。
δ＞200ppm只能属于醛、酮类化合物，靠近160－170ppm的信号则属于连杂原子的羰基。
②不饱和碳原子区（炔碳除外）δ＝90－160ppm。
由前两类碳原子可计算相应的不饱和度，此不饱和度与分子不饱和度之差表示分子中成环的数目。
③脂肪链碳原子区δ＜100ppm。
饱和碳原子若不直接连氧、氮、氟等杂原子，一般其δ值小于55ppm。
药物碳核磁共振谱
药物碳核磁共振谱
药物碳核磁共振谱（CNMR）是一种非常重要的工具，可以用于分析复杂的有机化合物和药物成分。
这种技术基于化学物质中的碳原子自旋造成的信号，可以对分子的结构进行详细的分析。
CNMR技术可以用于分析许多不同类型的化合物，包括药物成分、天然产物、有机化合物等。
这种技术的原理是将化合物置于高磁场下进行扫描，然后通过观察化合物中不同的碳原子产生的信号，可以确定分子中的各个碳原子的位置和数量。
通过CNMR技术，可以确定化学物质的结构、分子量以及碳-碳键的数量和类型等重要信息。
此外，CNMR技术还可以用于分析药物的稳定性和纯度，以及药物在体内的代谢过程，因此被广泛应用于新药研发和制备过程中。
尤其是在新药合成和开发中，CNMR技术扮演了不可替代的角色。
研发人员可以利用CNMR技术来识别药物和代谢产物中的碳原子，从而确定药物结构，验证合成路径和优化药物设计，同时CNMR技术还可以用于检测药物中的不纯物和杂质，从而提高新药质量。
总之，CNMR技术在药物研发和制备过程中，发挥着重要的作用。
随着CNMR技术的不断发展和改进，它将在药物研发中扮演越来越重要的角色，为药物制备和研发提供更加精确和准确的分析工具和支持。
碳基化合物的核磁共振谱解析
碳基化合物的核磁共振谱解析碳基化合物的核磁共振谱（NMR）是一种重要的分析技术，可以用来确定化合物的结构和分子环境。
在这篇文章中，我们将探讨碳基化合物的核磁共振谱解析，并了解其原理和应用。
一、核磁共振谱的原理核磁共振谱是基于核磁共振现象的分析技术。
当样品置于强磁场中时，核自旋会在外加射频脉冲的作用下发生共振。
核磁共振谱仪可以测量共振发生时吸收或发射的射频信号，从而得到谱图。
二、谱图解析核磁共振谱图通常由化学位移、耦合常数、积分峰面积和峰形等信息组成。
其中，化学位移是最常见的参数，用来确定化合物的结构和环境。
化学位移是由于核自旋在磁场中的不同环境而引起的频率差异。
在核磁共振谱图中，化学位移通常以δ（ppm）表示。
化学位移与核自旋所处的化学环境有关，不同的官能团和取代基会对化学位移产生影响。
通过对比已知化合物的化学位移和未知化合物的化学位移，可以推断未知化合物的结构。
三、耦合常数耦合常数是核磁共振谱图中的另一个重要参数。
它是由于相邻核自旋之间的相互作用而引起的。
耦合常数可以提供关于化合物的连接方式和取代基位置的信息。
在核磁共振谱图中，耦合常数以J（Hz）表示。
通过观察耦合常数的大小和模式，可以推断出化合物中的化学键和取代基的位置。
四、积分峰面积和峰形在核磁共振谱图中，峰的面积可以提供关于化合物中不同类型核自旋的数量比例。
通过积分峰面积，可以得到不同类型核自旋的相对数量。
此外，峰形也是核磁共振谱图中的一个重要特征。
峰形可以提供关于核自旋的化学环境和相互作用的信息。
峰形可以是单峰、双峰或多峰，不同的峰形可以揭示化合物的分子结构和环境。
五、应用核磁共振谱广泛应用于有机化学、药物研究、环境分析等领域。
它可以用来确定化合物的结构和分子环境，鉴定未知化合物，研究化学反应的机理等。
在有机化学中，核磁共振谱常用于鉴定化合物的结构和确定取代基的位置。
通过对比已知化合物的核磁共振谱和未知化合物的核磁共振谱，可以确定未知化合物的结构。
有机化学基础知识点碳核磁共振光谱与化学位移的解释
有机化学基础知识点碳核磁共振光谱与化学位移的解释碳核磁共振（Carbon Nuclear Magnetic Resonance，简称13C NMR）是一种在有机化学中广泛应用的分析技术，通过观察某个化合物中碳原子的核磁共振信号，可以提供有关分子结构和化学环境的有用信息。
其中，化学位移（chemical shift）是13C NMR中最基本的参数之一，用来描述特定碳原子核的化学环境。
本文将对碳核磁共振光谱和化学位移进行详细解释。
一、碳核磁共振光谱碳核磁共振光谱是通过测量碳原子核的共振现象得到的，与质子核磁共振相比，由于碳原子数量较多，各种信号更容易区分和解释。
它主要通过磁场效应和核自旋耦合产生。
在碳核磁共振光谱中，用化学位移来标记不同碳原子的信号。
信号的化学位移是指每个信号相对于参考物质四氯化硅（TMS）的偏移量。
化学位移与碳原子所处的化学环境相关，可以提供关于分子结构和化学键的信息。
二、化学位移的解释化学位移的数值大小与化学环境有关，通常以δ（delta）值表示。
化学位移的原理基于以下几个因素：1. 化学电荷环境：化学位移与溶剂、电子密度和局域效应等有关。
化学位移较大的碳原子往往与较多的电子云相互作用，呈现出较低的化学位移值，反之亦然。
2. 影响化学位移的基本原子：碳原子周围的电子或其他原子的影响也会导致化学位移的变化。
例如，羰基碳原子和烯烃碳原子的化学位移通常较高，而芳香环上的碳原子则具有较低的化学位移。
3. 对称性：分子中不同位置碳原子的对称性也会影响化学位移。
对称的碳原子通常具有相似的化学位移值。
通过分析碳核磁共振光谱中的化学位移，可以得到以下信息：1. 确定化合物中的碳原子数目和类型。
不同类型的碳原子具有不同的化学位移范围，通过对比实验数据可以确定化合物中的碳原子数目。
2. 确定化合物的结构和取代位置。
不同取代基对化学位移的影响是可以预测的，通过与已知结构进行比对，可以确定取代基的位置和结构。
核磁共振氢谱和碳谱
核磁共振氢谱核磁共振---NMR1945年美国斯坦福大学的 F. Block 和哈佛大学的 E. M. Purcell 同时发现了核磁共振现象，并因此荣获了1952年的 Nobel 物理奖。
核磁共振谱可为化合物鉴定提供下列信息：1.磁核的类型：由化学位移来判别，如在1HNMR 中，可判别甲基氢、芳氢、烯氢、醛氢等。
2.磁核的化学环境：由偶合常数和自旋－自旋裂分来判别，如在 1H-NMR 中可判定甲基是与-CH 2-相连，还是与苯环相连。
3.各类磁核的相对数量：氢谱中，通过积分面积或积分曲线来判断。
4 .核自旋弛豫时间：13CNMR 可提供 T 1，并用于结构归属指定，构象的测定，以及窥测体 系的运动情况。
5 .核间相对距离：通过核的 Overhause 效应可测得。
3.1核磁共振的基本原理3.1.1原子核的磁矩原子核是带正电荷的粒子，自旋将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核有自旋，只有有自旋才有磁矩。
具有自旋运动的原子核具有一定自旋量子数（I ），I=1/2 *n ，那1，2，3···1. 核电荷数和和质量数均为偶数的原子核没自旋。
2. 核电荷数为奇数或偶数，核质量数为奇数，有自旋现象。
3. 核电荷数为奇数，核质量数为偶数，I 为整数的原子核有自旋现象。
对于自旋不为零的核来说，当其自旋时由于形成环电流，故而产生一个小磁场，这个小磁场可用核磁矩 μ 表示。
μ 是矢量，其大小由下式确定：πγγμ2)1(hI I p +==式中 γ ---核的磁旋比 p---自旋角动量不同的核有不同的 γ 值，是确定同位素核的特征常数。
3.1.2自旋核在磁场中的取向和能级对于 I 不为零的核来说，如果不受外来磁场的干扰，其自旋轴的取向将是任意的。
当它们处于外加静磁场（磁场强度为H0）中时，根据量子力学理论，它们的自旋轴的取向不再是任意的，而只有(2I+1)种，这叫核自旋的空间量子化。
每一种取向可用一个磁量子数 m 表示，则 m=I，I-1，I-2，…-I+1，-I。
图谱解析 核磁共振图谱-碳谱
SKLF
最大增强效果
NOE max 1 γirr = ( ) 2 γobs 1 267 .5 = ( ) = 1.998 2 67.28
total predicted int ensity (max) = 1 + NOE max NOE max
在C-13 和H-1的相互作用中,这种效应是积极的；激发 H可以增强C原子的信号强度. 对于去耦的13C谱图来说，NOE的确是很有利的。 NOE 实质上增强了13C的灵敏度 (S/N ratio，信噪比)
15
SKLF
图4-2.7 1-丙醇的离共振去耦的13C 谱图.
16
SKLF
4-2.9 一些谱图等价碳原子的例子
图4-2.8 2,2-二甲基丁烷 质子去耦合13C NMR 谱图
17
SKLF
图4-2.9 环己醇的质子去耦合13C NMR 谱图
18
SKLF
图4-2.10 环己烯的质子去耦合13C NMR 谱图
间二苯 苯环上C的基本的化学位移值为 128.5 ppm. ipso 临 间 对 CH3 8.9 0.7 -0.1 -2.9
CH3
1 6 5 4 3 2
CH3
C1 = 基本值+本位+间 =128.5+8.9+(-0.1) =137.3 ppm C2 = 基本值+临+临 =128.5+0.7+0.7 =129.9 ppm C3=C1 C4 = 基本值+临+对 =128.5+0.7+(-2.9) =126.3 ppm C5 = 基本值+间+间 =128.5+(-0.1)+(-0.1) =128.3 ppm C6=C4 C1, C2, C4, 和 C5 的测量值分别是137.6, 130.0, 126.2 和 128.2 ppm.
有机化合物波谱解析核磁共振碳谱 上课课件
第四章 核磁共振碳谱
核磁共振碳谱13C-NMR
13C-NMR信号1957年发现，1970年开始直接应用。 13C丰度低1.108%；磁旋比为1H的1/4。灵敏度低。 Fourier NMR仪器出现，使13C-NMR信号测定成为
可能。
4.1. 13C-NMR的特点
1．灵敏度低
空间效应
a) 取代烷基的密集性：取代烷基越大、分枝越多， C也越大 例：伯碳 仲碳 叔碳 季碳
b) -旁位效应：各种取代基团均使-碳原子的共振 位置稍移向高场
20.3 ppm
H3C
H
HOOC
COOH
14.0 ppm
H3C
COOH
HOOC
H
5ห้องสมุดไป่ตู้其他因素 氢键及其它影响
氢键的形成使羰基碳原子更缺少电子，共振移向 低场
CH3 ↑ CH2↑ CH↑ (↑ 代表正向峰，↓ 代表倒置峰) CH ↑
= 135º CH3 ↑ CH↑ CH2↓
质子宽带去耦
O CCH2CH2CH2CH3
CH CH
O
CH
C C
CH2
CH2
CH2
CH3
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20
0
Chemical shift (, ppm)
(C) (CH) (CH2)
宽带去耦
13C
(CH3)
偏共振 去耦
3、DEPT法 -不失真极化转移增强法
与耦合常数J无关, 在实验中只要设置 ，发射脉冲分别为45º、90º和
135º，做三次实验，就可以区分各种碳，季碳的信号不出现
脉冲角度 峰的特征
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