核磁共振谱图解析
核磁谱图解析例题
核磁谱图解析例题核磁谱图是一种极其重要的化学技术，对于各式各样的化学分析都有帮助。
可以用来识别和鉴别物质，探测化学反应过程和结构，分析复杂的有机、无机和蛋白质结构。
核磁谱图解析可以帮助我们深入理解化学反应，研究有机物质的加工、形成及其在体内的代谢过程。
核磁谱图解析主要包括核磁共振谱、氢谱、氧谱等多种谱图，依据不同的氢谱特征可以控制不同的化合物。
核磁谱图解析需要结合原子比例、氢谱特征、极化效应、共振频率等多种参数，解释谱图中的信息，从而确定化合物的结构。
本文将以一道核磁谱图解析例题为基础，介绍核磁谱图解析的基本流程以及如何实现此项技术。
例题：有一种物质，核磁谱图与下表相符。
PPT指数状碳化效果(ppt) 56串碳 3.6 44碳 4.3核磁谱图解析要求按照一定步骤进行，第一步要理解谱图中的各个碳核信号，即什么是碳核峰、氢核峰、氧核峰及其极化效应。
对于本题，根据谱图结果，应该有两个碳核峰。
一个是链状碳，ppt指数为56，极化效应为3.6；另一个是辅碳，ppt指数为44，极化效应为4.3。
第二步，要确定不同碳核的具体安排，例如，链状碳可能安排在键中间，辅碳可能安排在键边，或者分子上其他位置。
对于本题，应该有三种可能性：1）链状碳在键中间，辅碳在键边；2）链状碳在键边，辅碳在键中间；3）链状碳和辅碳都在键边。
第三步，要在不同可能性中分析出最可能存在的结构。
该分析主要依据氢谱图，它可以提供关于分子结构的有用信息，有助于确定分子的拓扑结构和碳链的安排。
例如，可以根据氢谱图确定特定碳核的位置、共价键的次序、氢离子的数量、链式碳的数量等。
对于本题，应该考虑到链状碳极化效应较高，且链状碳可能在键中间，所以可能是链状碳安排在键中间，辅碳在键边的情况。
第四步，确定一种最可能的结构，要综合考虑氢谱图、极化效应和共振频率等更多信息，确定最终的结构。
对于本题，应该根据极化效应和其他参数确定最有可能的结构，即链状碳安排在键中间，辅碳在键边的情况。
13C核磁共振波谱及谱图解析示例
谱图去偶作用对比
13 2021/4/15
谱图去偶作用对比
14 2021/4/15
四、13C NMR谱图
1.C7H14O 1H 4H 4H
6H 13C
S
2.3 1.5 0.9
210
2021/4/15
q t t
43 18 12
15
13C NMR谱图2
2.C9H10O 1H
θ＝90 。, CH的最大正信号，其它无信号
θ＝90。 θ＝45。
θ＝135
。
, CH,
CH3非最大正信号，CH2最大负
信号
因此，取θ＝135，。可确定CH；θ＝135，。可确
定CH、CH3和CH2(倒峰)
20 2021/4/15
碳－氢相关谱
ONO
21 2021/4/15
谱图的综合解析 例1： 某含氧化合物分子无对称性，根据13C NMR确定其结构
3 2021/4/15
溶剂的化学位移
• CDCl3： 77.0 (t);
• CD3COCD3: 30.0(7)、206.8(s);
• CD3OD: 49.3(7);
• C6D6:
128.7(t);
• CD3SOCD3: 39.7(7);
4 2021/4/15
化学位移规律：烷烃
碳数n >4 端甲基 C=13-14
O OH
22 2021/4/15
例2：
某化合物C8H8O，根据13C NMR解析其结构
CH 3 O
23 2021/4/15
例3：
某化合物C9H12，根据13C NMR解析其结构
CH3
CH2CH3
核磁共振谱图解析
确定分子结构：通过核磁共振谱图中的化学位移值和偶合常数确定分子中各原子的类型和相 互连接方式
确定分子构型：利用核磁共振谱图中的耦合常数和自旋裂分确定分子中各原子的空间排列和 构型
确定分子动态：通过核磁共振谱图中的弛豫时间和扩散系数等信息了解分子内部的运动状态 和动力学行为
分辨率：核磁共振谱图的分辨率越高能够区分出的峰就越多有助于更准确地解析谱图。 灵敏度：灵敏度高的核磁共振谱图可以检测到更低浓度的物质有助于发现潜在的疾病或污染物。
了解核磁共振原理 熟悉常见峰型和化学位移 注意谱线间的耦合和裂分 结合实验条件和样品性质进行分析
误差分析：对谱图进行定量 和定性分析确定误差范围
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在医学诊断中的应用：核磁共振谱图可以用于医学影像学通过检测人体内氢原子核的共振信号生成人体 内部结构的图像有助于医生对疾病进行早期诊断和精确治疗。
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在石油化工中的应用：核磁共振谱图可以用于石油化工领域通过分析油样品的氢原子核共振信号评估油 品的性质和成分有助于石油勘探和开发。
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在农业食品中的应用：核磁共振谱图可以用于农业食品领域通过检测食品中的水分、脂肪、蛋白质等成 分评估食品的质量和安全性有助于食品安全监管和质量控制。
在材料科学中核磁共振谱图可用于 研究材料的微观结构和性质
在材料合成过程中核磁共振谱图可 用于监测反应进程和鉴定新材料的 结构
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通过核磁共振谱图可以分析材料的 化学键和分子运动从而评估材料的 性能和潜在应用
核磁共振谱图还可以用于材料表征 和质量控制确保材料的可靠性和一 致性
核磁共振图谱的名词解释
核磁共振图谱的名词解释导语：核磁共振图谱（Nuclear Magnetic Resonance Spectrum）是一种常见的分析技术，广泛应用于化学、生物、医药等领域。
本文将对核磁共振图谱进行详细解释，包括其原理、应用和解读方法。
一、核磁共振的基本原理1. 常见核磁共振元素核磁共振主要使用的元素有氢（^1H）、碳（^13C）等，其中氢核磁共振应用最为广泛。
2. 磁共振现象当处在强大磁场中的原子核受到一定频率的射频信号激发时，其自旋状态发生变化，并会在恢复过程中辐射出电磁信号。
这种现象被称为磁共振现象。
3. 化学位移（Chemical Shift）核磁共振图谱中的化学位移是指原子核在磁场中的实际共振频率与参考物质的共振频率之差。
化学位移可以提供有关分子结构和环境的信息。
4. 脉冲序列核磁共振图谱的测量过程主要是通过设计和应用特定的脉冲序列来操控和检测系统的核自旋状态。
常见的脉冲序列包括Hahn Echo、Spin Echo、Inversion Recovery等。
二、核磁共振图谱的应用1. 化学分析核磁共振图谱可以用于分析和确定化合物的结构、官能团和键合方式。
借助图谱上的化学位移信息和峰的相对积分峰面积，可以对样品进行定性和定量分析。
2. 药物研发核磁共振图谱在药物研发中广泛应用。
通过观察药物与受体之间相互作用的变化，可以评估药物的活性和药物-受体结合方式，为药物优化提供重要信息。
3. 生物医学研究核磁共振图谱在生物医学研究中有着重要的应用。
通过对生物样品进行核磁共振测量，可以获取组织和细胞水平的代谢信息，研究其与疾病的相关性。
三、核磁共振图谱的解读方法1. 化学位移解读通过和已知化合物的化学位移进行对比，可以初步确定某峰所代表的官能团或结构类型。
常见的化学位移区间包括芳香环上氢原子、烷基氢原子、甲基氢原子、羰基氢原子等。
2. 积分峰面积解读通过峰的积分峰面积，可以推断样品中不同类型氢的相对数量。
核磁共振H谱图解析与结构确定
δ 7.3芳环上氢，单峰烷基单取代
ab
Oc
正确结构：
CH 2CH 2OC CH 3
δ3.0 δ 4.30
δ2.1
2020/7/2
谱图解析与结构确定(2)
C7H16O3，推断其结构
9
δ 5.30 1
δ 3.38 δ 1.37 6
2020/7/2
结构确定(2)
C7H16O3，u=1+7+1/2(-16)=0 u=1+n4 + 1/2(n3-n1)
2020/7/2
1H—NMR图谱的解析大体程序为： （1）首先注意检查TMS信号是否正常； （2）根据积分曲线算出各个信号对应的H数； （3）解释低磁场处（δ10～16）出现的—COOH及
具有分子内氢键缔合的—OH基信号； （4）参考化学位移、小峰数目及偶合常数，解释低
级偶合系统； （5）解释芳香氢核信号及高级偶合系统； （6）对推测出的结构，结合化学法或利用UV、IR、
化合物 C10H12O2
3
2
2
5
8
7
6
5
4
3
2020/7/2
2
1
0
谱图解析与结构确定(1)
u=1+10+1/2(-12)=5,
u=1+n4 + 1/2(n3-n1)
δ 3.0和δ 4.30三重峰和三重峰 O—CH2CH2—相互偶合峰
δ 2.1单峰三个氢，—CH3峰 结构中有氧原子，可能具有：
O C CH3
2020/7/2
一、谱图中化合物的结构信息
（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，
多少种；
（2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，
核磁共振图谱解析解析NMR
同核J-偶合(Homonuclear J-Coupling)
多重峰出现的规则: 1. 某一原子核与N个相邻的核相互偶合将给出(n+1)重峰. 2. 等价组合具有相同的共振频率.其强度与等价组合数有关. 3. 磁等价的核之间偶合作用不出现在谱图中. 4. 偶合具有相加性. 例如: observed spin coupled spin intensity
JCH JCH
H C
p-pulse on H
H C
这相当于使用一系列1800脉冲快速照射氢核。 pH pH
C-H
+J/2
C-H
-J/2
C-H
+J/2
pH
C-H
-J/2
pH
C-H
+J/2
pH
C-H
-J/2
Fig. 4-2.5 The proton-decoupled 13C spectrum of 1-propanol
H-12C H-13C H-13C x100
105 Hz
proton-coupled spectra (nondecoupled spectra)
Quartet, J=127 Hz
Proton-coupled spectra for large molecules are often difficult to interpret. The multiplets from different C commonly overlap because the 13C-H coupling constants are frequently larger than the chemical differences of the C in the spectrum. 原子核间的偶合导致谱图 的复杂化(―精细裂分”)， 灵敏度下降。 Fig. 4-2.4 Ethyl phenylacetate. (a) The proton-coupled 13C spectrum. (b) The proton-decoupled 13C spectrum
核磁共振谱图解析-一维氢谱第二部分ppt课件
曹焕岩 08-27-2019
1
氢谱溶剂
简单的核磁谱图都是在溶剂里测的，溶剂的质子一定不能有干扰。 所以测核磁的溶剂普通用氘代〔Deuterated)试剂。Deutrium = 2H, 经常写为D。 常用的有D2O(重水〕，(CD3)CO 〔氘代丙酮〕,CD3OD 〔氘代甲醇〕，(CD3)2SO 〔氘 代DMSO，DMSO-D6), CDCl3 (氘代氯仿〕。
26
自旋-自旋耦合〔spin-spiபைடு நூலகம் coupling)
耦合常数计算举例 峰形 td
J1 = (2.07302.0416) ppm X 400 = 12.6 Hz
J2 = (2.07302.0613) ppm X 400 = 4.7 Hz
报告数据时写成 2.04 〔1H，td, J = 12.6, 4.7 Hz)
21
自旋-自旋耦合〔spin-spin coupling)
峰的裂分数目〔临近的氢都一样的情况〕
由于相邻碳上质子之间的自旋巧合，因此可以引起吸收峰裂分。例如，一个质子共振 峰不受相邻的另一个质子的自旋巧合影响，那么表现为一个单峰，假设受其影响，就 表现为一个二重峰，该二重峰强度相等，其总面积正好和未分裂的单峰面积相等。 自旋巧合使核磁共振谱中信号分裂成多重峰，峰的数目等于n+1，n是指临近H的数目， 例如CH3-CHCl2中CH3的共振峰是1+1=2，由于他临近基团CHCl2上只需一个H；-CHCl2的 共振峰是3+1=4，由于他临近基团-甲基上有三个H。留意，只需当自旋巧合的临近H原 子都一样时才适用n+1规那么。
2
3
4
5
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8
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。
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Hb OCOCH3 H1
Ha
Hb H1 OCOCH3
or
CH3COO H2
A
3J=A+BcosΦ+Ccos2Φ
3J HH
B
H C
Φ
H
0°
90
180°
Φ
A：H1和H2与Ha（Hb）构成的两面角相同，则3J1a(b)与3J2a(b)相同
B：H1和H2与Ha（Hb）构成的两面角不同，则3J1a(b)与3J2a(b)不同
1H
氢谱是最常见的谱图。
核磁共振氢谱能提供重要的结构信息：
化学位移 耦合常数及峰的裂分情况 峰面积——峰面积与氢的数目成正比，所以 能定量的反应氢核的信息
化学位移
•
H H
O H R
7.28 ppm 1.8 ppm
H2 C CH2
5.28 ppm 2.7~3.4 ppm;
H
2.1~3.3 ppm
芳环与芳杂环的化学位移偶合常数(J)
1.188
2.373
4
2.944
5
4
1.000
下面是四氢糖醇的结构图,可以看出手性碳对2,3,4,5位氢的空间上的影响.
1.5 ppm
1.955 1.941 1.936 1.922 1.918 1.910 1.907 1.904 1.899 1.895 1.884 1.867 1.853 1.848 1.664 1.658 1.650 1.645 1.638 1.632 1.628 1.619 1.610 1.602 1.589
活泼氢
与O、S、N相连的氢是活泼氢. 切记想看活泼氢
一定选择氘代氯仿或DMSO做溶剂. 在DMSO中活泼
氢的出峰位置要比CDCl3中偏低场些.活泼氢由于受氢 键、浓度、温度等因素的影响，化学位移值会在一个 范围内变化.有时分子内氢键的作用会使峰型变得尖锐. 后面附注一些常见活泼氢的核磁谱图。
A ROH; RNH2; R2NH
J(1-2)=2-3
2 3 1
J(1-2)=7-10 J(1-3)=0-3
5 4
S 2 N
J(4-5)=3-4 J(2-5)=1-2 J(2-4)=0
2 3
S 5 4
J(2-3)=4.7-5.5 J(3-4)=3.3-4.1 J(2-4)=1.0-1.5 J(2-5)=2.8-3.5 J(4-5)=4-6 J(2-5)=1-2 J(2-4)=0-1 J(4-6)=?
与某碳原子相连的四个基团不等同时，该碳 原子则是手性碳原子，若有一对相同基团时，该 碳原子则是前手性碳原子。与手性碳上相连的碳 上的两个氢或者相隔2键或3键等以上碳上的两个 氢都是不等价的，且两个氢的偶合常数在8－15Hz 范围（同碳耦合），有的甚至更高。
3 O 1 2 OH
4 5
1
4.0
0.986
OH
b c
Cl
a
OH Cl
a` c` b`
1H-1H
NOESY
• 解析：两个通过氢谱难以辨别此化合物是哪个
OH
c 结构，但用过NOESY可以看到叔丁基只和a一个氢 b
a
有NOE相关信号，所以可以确定结构为
OH Cl
Cl
如果结构是
c` b`
a`
那么叔丁基应该与a`,b`两
个氢有NOE相关信号。
NOESY
3 3
0.986 0.978
2
1.011
2
3.5 3.0 2.5 2.0
1.007
4.025 4.015 4.008 4.000 3.992 3.984 3.975 3.967 3.876 3.859 3.855 3.850 3.843 3.839 3.823 3.796 3.790 3.779 3.768 3.762 3.758 3.742 3.669 3.661 3.640 3.632 3.502 3.486 3.473 3.458
B 0.5－4.0
ArOH; ArSH; ArNH2
RSO3H; RCOOH; RCOH(醛氢） RCONH2; ArCONH2; RCONHR`;ArCONHAr; ArCONHR RNH2.HCl
(R是脂肪链基团)
3-6 (CDCl3); 5-11(DMSO)
10-14 (DMSO); 7-10 (CDCl3) 8-10 (峰型尖锐) 5-8 (并且两个氢会分开) 7-13 9-12
结构类型
4 5 6 N 3 2
Jab数值(Hz) 结构类型 Jab数值(Hz)
J(2-3)=5-6 J(3-4)=7-9 J(2-4)=1-2 J(3-5)=1-2
2 3 O 5 4
J(2-3)=1.7-2.0 J(3-4)=3.1-3.8 J(2-4)=0.4-1.0 J(2-5)=1-2
1 2
N N
•
在有机合成反应中会经常出现异构体 ,在异构体构型的鉴别 中，NOE是一种非常有效的手段。NOE谱对有机化合物结构、构 型、构象的鉴定能够提供重要信息. NOE谱可以采用一维方式或 二维方式 ,我们通常都采用二维谱图的方式，因为二维谱方便快 捷，可观察的信息全。 • NOE主要用来确定两种质子在分子立体空间结构中是否距 离相近。要求两种质子的空间距离小于5A. 从以上可以看出 NOE和空间因素很有关系,和相隔的化学键数无关，所以在分析 NOE谱图时候,一定要能画出结构的立体构型以便解析。下面是 用NOE方法来鉴别异构体的简单例子。
2 3
H N 5 4
J(2-3)=2-3 J(3-4)=3-4 J(2-4)=1-2 J(2-5)=1.5-2.5
4 5 6 N N 2
如何计算耦合常数
如何利用耦合常数来区分异构体
Ha CH3COO H2 Hb OCOCH3 H1
Ha Hb H1 OCOCH3
or
CH3COO H2
A
B
Ha CH3COO H2
重水交换
重水交换是在核磁管里加入1-2滴重水,摇匀,再做谱图 会发现活泼氢消失.
1) ROH; RNH2; R2NH; ArOH; ArSH; ArNH2; RSO3H; RCOOH; RNH2.HCl的活泼氢是比较容易交换; 2) RCOH; RCONH2; ArCONH2; RCONHR`; ArCONHAr; ArCONHR的活泼氢有时比较难交换,特别是醛氢,这时候在 加完重水后可以用电吹风加热一下,稍等片刻再进行检测.. 会发现活泼氢明显减少或消失.但谱图会发现水峰信号增强. 在CDCl3中此时HDO峰会在4.8 ppm的位置. 下图是两个例子
在核磁管里加入1-2滴重水即可将活泼氢交换掉
HDO
活泼氢
CH3(CH2)15CH2CH2SH
氟对氢的偶合
氟对氢的偶合在核磁中是经常碰见的，并且 利用此规律可以解决和验证很多芳香环上取代基 的取代位置问题。 参考下面的列表和谱图:
1H和19F的耦合常数
6-10
衍生物
4-8 0-3
J邻2.5
关于手性化合物和前手性化合物中CH2上两个 氢的化学位移
CH3 H2 C O 1 2 CH CH3 H2 C O 3 H3 C
在前手性化合物当中如：
两个乙基是化学
等价的，而2与3两个亚甲基中CH2的两个氢是不等价的， 由此化学位移不同，两个氢同碳偶合,又受邻位CH3的偶
合若无谱线重叠，此CH2可以观察到十六条谱线。
请看下面的谱图：
用NOES谱 图解析
常用的核磁共振（NMR）实验
1H 13C 13C－DEPT135o
( CH CH3 , CH2 ) 13C－DEPT90o ( CH ) 1H －1H COSY (化学键上相邻氢原子的识别) 1H －1H TOCSY (结构片断的识别) 1H －1H NOESY (空间上相近的氢原子的识别) 1H － 13C (HSQC, HMQC) (碳氢一键相关） 1H － 13C HMBC (碳氢远程相关——碳氢原子二、三键偶合）
通过羰基对苯 环的拉电子作 用可以区分1， 1`和2，2`的化 学位移；但通 过3位置氢与1， 1`氢有noe， 而与2，2`氢 没有noe，通 过这一点也可 以区分1，1`
1
H3C HC H3C
2
和2，2`的化 学位移
O C CH2CH2 O C OH
3
H2C
1`
2`