核磁共振氢谱(1H-NMR)
解析图谱的步骤
1.先观察图谱是否符合要求;①四甲基硅烷的信号是否正常;②杂音大不大;③基线是否平;④积分曲线中没有吸收信号的地方是否平整。如果有问题,解析时要引起注意,最好重新测试图谱。
2.谱图处理:调整好谱图的相位和基线,定标,标上化学位移值和积分面积。
3.区分杂质峰、溶剂峰、旋转边峰(spinningsidebands)、13C卫星峰(13Csatellitepeaks)
(1)杂质峰:杂质含量相对样品比例很小,因此杂质峰的峰面积很小,且杂质峰与样品峰积分面积之间没有简单整数比的关系,容易区别。
(2)溶剂峰:氘代试剂不可能达到%的同位素纯度(大部分试剂的氘代率为99-99.8%),因此谱图中往往呈现相应的溶剂峰,如CDCL3中的溶剂峰的δ值约为7.26ppm处。(聚仪网聚仪检测)
(3)旋转边峰:在测试样品时,样品管在1H-NMR仪中快速旋转,当仪器调节未达到良好工作状态时,会出现旋转边带,即以强谱线为中心,呈现出一对对称的弱峰,称为旋转边峰。但是,现在仪器比较先进,一般不会出现旋转边峰。
(4)13C卫星峰:13C具有磁距,可以与1H偶合产生裂分,称之为13C卫星峰,但由13C的天然丰度只为1.1%,只有氢的强峰才能观察到,一般不会对氢的谱图造成干扰。常见如CDCL3中13C卫星峰,偶合常数约为Hz。
4.常见氢的化学位移值范围,醛氢9-10.5ppm,芳环及苯环6-9.5ppm,烯氢4.5-7.5ppm,与氧原子相连的氢3.0-5.5ppm,与氮原子相连的氢2.0-3.5ppm,炔氢1.6-3.4ppm,脂肪氢0-2.5ppm.活泼氢:醇类0.5-5.5ppm,酚类4.0-12.0ppm,酸类:9-13.0ppm,氨活泼氢:酰胺5-8.5ppm,芳香氨3.0-5.0ppm,脂肪氨0.6-3.5ppm。
5.先解析图中醛氢,芳香氢,双键,连氧氢、CH3等孤立的信号,然后再解析偶合的质子信号。
6.根据图谱提供信号峰积分面积、化学位移和偶合常数,解析图谱。
7.组合可能的结构式,根据图谱的解析,组合几种可能的结构式。
8.对推出的结构进行指认,即每个官能团上的氢在图谱中都应有相应的归属信号,并且实际化学位移,积分面积,偶合常数应与理论值相差不能太大。
核磁共振碳谱(13C-NMR)
2.调整好谱图的相位和基线,定标,标上化学位移值。
3.区分溶剂峰、杂质峰
(1)溶剂峰:氘代试剂不可能达到%的同位素纯度(大部分试剂的氘代率为99-99.8%),因此谱图中往往呈现相应的溶剂峰,如CDCL3中的溶剂峰的δ值约为77.16ppm处。
(2)杂质峰:杂质含量相对于样品少得多,其峰高度低,与样品化合物中的碳呈现的峰的高度不成比例。
4.分子对称性的分析
若谱线数目等于分子式中碳原子数目,说明分子结构无对称性;若谱线数目小于分子式中碳原子数目,说明分子结构有一定的对称性。此外,化合物中碳原子数目较多时,有些核的化学环境相似,可能δ值产生重叠现象,应予以注意。
5.常见碳原子δ值(聚仪网聚仪检测)
碳原子大致可分为三个区
(1)高δ值区δ>ppm,属于羰基和叠烯区:①分子结构中,如存在叠峰,除叠烯中有高δ值信号峰外,叠烯两端碳在双键区域还应有信号峰,两种峰同时存在才说明叠烯存在;②δ>ppm的信号,只能属于醛、酮类化合物;③-ppm的信号峰,则归属于酸、酯、酸酐等类化合物的羰基。
(2)中δ值区δ90-ppm(一般情况δ为-ppm)烯、芳环、除叠烯中央碳原子外的其他SP2杂化碳原子、碳氮三键碳原子都在这个区域出峰。
(3)低δ值区δ<ppm,主要脂肪链碳原子区:①与单个氧、氮、氟等杂原子相连的饱和的δ值一般处于55-95ppm,不与氧、氮、氟等杂原子相连的饱和的δ值小于55ppm;②炔碳原子δ值在70-ppm,这是不饱和碳原子的特例。
6.推导可能的结构式
先推导出结构单元,并进一步组合成若干可能的结构式。
7.对碳谱的指认
将碳谱中各信号峰在推出的可能结构式上进行指认,找出各碳谱信号相应的归属,从而在被推导的可能结构式中找出最合理的结构式。
综合氢谱和碳谱提供的信息,综合判断,组合可能的结构式并相互印证,根据图谱的解析,组合几种可能的结构式。对推出的结构进行指认,即每个官能团的信号在相应图谱中都应有相应的归属信号。对推出的结构式查询文献,并与文献比对,如果氢碳信号基本一致,则可以确定化合物解析正确。
如果一维1H-NMR和13C-NMR难以解析分子结构,可考虑测试二维核磁共振谱配合解析结构。
解析举例:,一化合物分子式为C18H19NO4,1H-NMR和13C-NMR如图1所示
图11H-NMR(acetone-d6,MHz)和13C-NMR(acetone-d6,MHz)图
如图1所示,δ值为2.05ppm左右是acetone的峰,2.84ppm是水峰,3.30ppm是残留的甲醇峰。
以6.45ppm处的孤立峰为计分标准,积为1。
7.44ppm和6.49ppm峰,重峰数是d峰,偶合常数均为15.7Hz,并结合碳谱上-ppm的烯碳和芳碳的存在,提示为一个反式双键上的两个烯氢;7.15,7.05,6.83和6.76ppm峰,结合-ppm的烯碳和芳碳的存在,提示应该是苯环上7个芳氢;3.88ppm峰,s峰,积分为3,提示为一个苯上的甲氧基,并且碳谱上存在56.3ppm甲氧基的特征碳信号,从而确认含有一个连在苯环上甲氧基;
3.48ppm峰,积分为2,并且碳谱上存在连N的碳42.0ppm,从而推测为连在N上的CH2,2.73ppm峰,t峰,积分为2,J=7.1Hz,为CH2,并且相邻一个CH2,提示为一个脂肪碳,应该连有苯环或者羰基,对应的碳信号应为35.9ppm;8.13和7.96ppm峰,brs峰,积分为0.5,提示为2个活泼氢信号,通过1H-NMR可以推断该化合物有2个苯环,一个甲氧基,一个双键,一个连N的CH2,一个脂肪CH2。
再结合碳谱分析,.4ppm是酯羰基信号,.8-.3ppm是两个苯环和一个双键的碳信号,其中有些对称碳信号重合在一起,(聚仪网聚仪检测)其中.8,.2和.7是连有氧原子的苯环碳信号,56.3ppm是甲氧基碳信号,42.0ppm是连N碳信号,35.8ppm是脂肪碳信号,综上所述,并结合1H-NMR的推测和分子式,推测结构如下。查阅文献,与文献中的数据比对,相关信号基本一致,确认该化合物结构如下。
氢谱和碳谱信号的归属是
1H-NMR(acetone-d6,MHz)δ:8.15(1H,brs,-OH),7.97(1H,brs,-OH),7.44(1H,d,J=15.8Hz,H-3),7.16(1H,s,H-5),7.06(2H,d,J=8.0Hz,H-4′,H-8′),7.04(1H,d,J=9.0Hz,H-9),6.83(1H,d,J=8.3Hz,H-8),6.76(2H,d,J=8.0Hz,H-5′,H-7′),6.49(1H,d,J=15.7Hz,H-2),3.88(3H,s,6-OCH3),3.49(2H,d,J=6.4Hz,H-1′),2.75(2H,t,J=6.8Hz,H-2′)。
13C-NMR(acetone-d6,MHz)δ:.4(C-1),.8(C-6′),.2(C-6),.7(C-7),.4(C-3),.3(C-4),.6(C-4′,C-8′),.4(C-3′),.6(C-9),.2(C-2),.1(C-5′,C-7′),.1(C-8),.3(C-5),56.3(6-OCH3),42.0(C-1′),35.9(C-2′).