如何快速解析核磁氢谱和核磁碳谱

2023-12-02
铄思百检测

一、什么是核磁共振检测

核磁共振或简称NMR是一种用来研究物质的分子结构及物理特性的光谱学方法。核磁共振波谱法(Nuclear Magnetic Resonance,简写为NMR)与紫外吸收光谱、红外吸收光谱、质谱被人们称为“四谱”,是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一,亦可进行定量分析。

核磁共振与紫外、红外吸收光谱一样都是微观粒子吸收电磁波后在不同能级上的跃迁。紫外和红外吸收光谱是分子分别吸收波长为200~400nm和2.5~25μm的辐射后,分别引起分子中电子的跃迁和原子振动能级的跃迁。而核磁共振波谱中是用波长很长(约106~109 μm,在射频区)、频率为兆赫数量级、能量很低的电磁波照射分子,这时不会引起分子的振动或转动能级的跃迁,更不会引起电子能级的跃迁。但这种电磁波能与处在强磁场中的磁性原子核相互作用,引起磁性的原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁,从而产生吸收信号。这种原子核对射频电磁波辐射的吸收就称为核磁共振波谱。


二、如何解析氢谱

首先我们需要确定做核磁所使用的氘代溶剂,如果体系没有加TMS,我们就以氘代溶剂残留峰进行定标。对于有特征基团的分子,如甲基,甲氧基,叔丁基,亚甲基等等,我们优先以该峰为基准进行定氢的个数,然后再对其它峰进行操作。在这里我们切记不可用活泼氢作为标准来定氢的个数,因为活泼氢受浓度,温度,和溶剂等因素的影响,有时候出氢的个数不是很固定。


根据每个峰组氢原子数目及δ值,可对该基团进行推断,并估计其相邻基团。对每个峰组的峰形应仔细地分析。分析时最关键之处为寻找峰组中的等间距。每一种间距相应于一个耦合关系。一般情况下,某一峰组内的间距会在另一峰组中反映出来。在这里我们比较关注分子结构中每个氢的归属和裂分情况,这就需要我们对常见官能团的化学位移性质有一个大概的了解。



如何解析碳谱

核磁共振碳谱的解析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。炔碳原子δ=70-100ppm,其谱线在此区,这是不饱和碳原子的特例。


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