Ⅰ 核磁共振的化學位移
氫的核磁共振譜提供了三類極其有用的信息:化學位移、偶合常數、積分曲線。應用這些信 息,可以推測質子在碳胳上的位置。
根據前面討論的基本原理,在某一照射頻率下,只能在某一磁感應強度下發生核磁共振。例如:照射頻率為60 MHz,磁感應強度是 14.092 Gs(14.092×10^-4 T),100 MHz—23.486 Gs(23.486×10^-4 T),200 MHz—46.973 Gs(46.973×10^-4 T)。600 MHz—140.920 Gs(140.920×10^-4 T)。但實驗證明:當1H在分子中所處化學環境(化學環境是指1H的核外電子以及與1H 鄰近的其它原子核的核外電子的運動情況)不同時,即使在相同照射頻率下,也將在不同的共振磁場下顯示吸收峰。下圖是乙酸乙酯的核磁共振圖譜,圖譜表明:乙酸乙酯中的8個氫,由 於分別處在a,b,c三種不同的化學環境中,因此在三個不同的共振磁場下顯示吸收峰。同種核由於在分子中的化學環境不同而在不同共振磁感應強度下顯示吸收峰,這稱為化學位移(chemical shift)。 化學位移是怎樣產生的?分子中磁性核不是完全裸露的,質子被價電子包圍著。這些電子 在外界磁場的作用下發生循環的流動,會產生一個感應的磁場,感應磁場應與外界磁場相反(楞次定律),所以,質子實際上感受到的有效磁感應強度應是外磁場感應強度減去感應磁場強度。即
B有效=B0(1-σ)=B0-B0σ=B0-B感應
外電子對核產生的這作用稱為屏蔽效應(shielding effect),也叫抗磁屏蔽效應(diamagnetic effect)。稱為屏蔽常數(shielding constant)。與屏蔽較少的質子比較,屏蔽多的質子對外磁場感受較少,將在較高的外磁場B0作用下才能發生共振吸收。由於磁力線是閉合的,因此感應磁 場在某些區域與外磁場的方向一致,處於這些區域的質子實際上感受到的有效磁場應是外磁場B0加上感應磁場B感應。這種作用稱為去屏蔽效應(deshielding effect)。也稱為順磁去屏蔽效應(paramagnetic effect)。受去屏蔽效應影響的質子在較低外磁場B0作用下就能發生共振吸收。綜上所述:質子發生核磁共振實際上應滿足:
ν射=γB有效/2π
因在相同頻率電磁輻射波的照射下,不同化學環境的質子受的屏蔽效應各不相同,因此它們發生 核磁共振所需的外磁場B0也各不相同,即發生了化學位移。
對1H化學位移產生主要影響的是局部屏蔽效應和遠程屏蔽效應。核外成鍵電子的電子雲 密度對該核產生的屏蔽作用稱為局部屏蔽效應。分子中其它原子和基團的核外電子對所研究的 原子核產生的屏蔽作用稱為遠程屏蔽效應。遠程屏蔽效應是各向異性的。 化學位移的差別約為百萬分之十,要精確測定其數值十分困難。現採用相對數值表示法,即選用一個標准物質,以該標准物的共振吸收峰所處位置為零點,其它吸收峰的化學位移值根據這 些吸收峰的位置與零點的距離來確定。最常用的標准物質是四甲基硅(CH3)4Si簡稱TMS。選TMS為標准物是因為:TMS中的四個甲基對稱分布,因此所有氫都處在相 同的化學環境中,它們只有一個銳利的吸收峰。另外,TMS的屏蔽效應很高,共振吸收在高場出現,而且吸收峰的位置處在一般有機物中的質子不發生吸收的區域內。現規定化學位移用δ來 表示,四甲基硅吸收峰的δ值為零,其峰右邊的δ值為負,左邊的δ值為正。測定時,可把標准物與樣品放在一起配成溶液,這稱為內標准法。也可將標准物用毛細管封閉後放人樣品溶液中進 行測定,這稱為外標准法。此外,還可以利用溶劑峰來確定待測樣品各個峰的化學位移。
由於感應磁場與外磁場的B0成正比,所以屏蔽作用引起的化學位移也與外加磁場B0成正 比。在實際測定工作中,為了避免因採用不同磁感應強度的核磁共振儀而引起化學位移的變化,δ一般都應用相對值來表示,其定義為
δ=(ν樣-ν標)/ν儀×10^6④
在式④中,ν樣和ν標分別代表樣品和標准化合物的共振頻率,ν儀為操作儀器選用的頻率。多數有機物的質子信號發生在0~10處,零是高場,10是低場。 需注意也有一些質子的信號是在小於0的地方出現的。如安扭烯的環內的質子,受到其外芳環磁各向異性的影響,甚至可以達到-2.99。此外,在不同兆數的儀器中,化學位移的值是相同的。 化學位移取決於核外電子雲密度,因此影響電子雲密度的各種因素都對化學位移有影響,影 響最大的是電負性和各向異性效應。
⑴電負性(誘導效應)
電負性對化學位移的影響可概述為:電負性大的原子(或基團)吸電子能力強,1H核附近的吸電子基團使質子峰向低場移(左移),給電子基閉使質子峰向高場移(右移)。這是因為吸電子基團降低了氫核周圍的電子雲密度,屏蔽效應也就隨之降低,所以質子的化學位 移向低場移動。給電子基團增加了氫核周圍的電子雲密度,屏蔽效應也就隨之增加,所以質子的 化學位移向高場移動。下面是一些實例。
實例一: 電負性 C2.6 N3.0 O3.5 δ C—CH3(0.77~1.88) N—CH3(2.12~3.10) O—CH3(3.24~4.02) 實例二: 電負性 Cl3.1 Br2.9 I2.6 δ CH3—Cl(3.05)
CH2—Cl2(5.30)
CH—Cl3(7.27) CH3—Br(2.68) CH3—I(2.16) 電負性對化學位移的影響是通過化學鍵起作用的,它產生的屏蔽效應屬於局部屏蔽效應。
⑵各向異性效應
當分子中某些基團的電子雲排布不呈球形對稱時,它對鄰近的1H核產 生一個各向異性的磁場,從而使某些空間位置上的核受屏蔽,而另一些空間位置上的核去屏蔽, 這一現象稱為各向異性效應(anisotropic effect)。
除電負性和各向異性的影響外,氫鍵、溶劑效應、van der Waals效應也對化學位移有影響。氫鍵對羥基質子化學位移的影響與氫鍵的強弱及氫鍵的電子給予體的性質有關,在大多數情況 下,氫鍵產生去屏蔽效應,使1H的δ值移向低場。有時同一種樣品使用不同的溶劑也會使化學位移值發生變化,這稱為溶劑效應。活潑氫的溶劑效應比較明顯。
當取代基與共振核之間的距離小於van der Waals半徑時,取代基周圍的電子雲與共振核周圍的電子雲就互相排 斥,結果使共振核周圍的電子雲密度降低,使質子受到的屏蔽效應明顯下降,質子峰向低場移動,這稱為van der Waals效應。氫鍵的影響、溶劑效應、van der Waals效應在剖析NMR圖譜時很有用。
(3)共軛效應
苯環上的氫若被推電子基取代,由於P-π共軛,使苯環電子雲密度增大,質子峰向高場位移。而當有拉電子取代基則反之。對於雙鍵等體系也有類似的效果。
Ⅱ 核磁共振的質子化學位移
由於不同類型的質子化學位移不同,因此化學位移值對於分辨各類質子是重要的,而確定質子類型對於闡明分子結構是十分有意義的。下表列出了一些特徵質子的化學位移,表中黑體字的H是要研究的質子。 特徵質子的化學位移質子的類型 化學位移 質子的類型 化學位移 RCH3 0.9 ArOH 4.5-4.7(分子內締合10.5~16) R2CH2 1.3 R3CH 1.5 R2C=CR—OH 15~19(分子內締合) 0.22 RCH2OH 3.4~4 R2C=CH2 4.5~5.9 ROCH3 3.5~4 R2C=CRH 5.3 RCHO 9~10 R2C=CR—CH3 1.7 RCOCR2—H 2~2.7 RC≡CH 7~3.5 HCR2COOH 2~2.6 ArCR2—H 2.2~3 R2CHCOOR 2~2.2 RCH2F 4~4.5 RCOOCH3 3.7~4 RCH2Cl 3~4 RC≡CCOCH3 2~3 RCH2Br 3.5~4 RNH2或R2NH 0.5~5(峰不尖銳,常呈饅頭形) RCH2I 3.2~4 ROH 0.5~5.5(溫度、溶劑
、濃度改變時影響很大) RCONRH或ArCONRH 5~9.4 甲烷氫的化學位移值為0.23,其它開鏈烷烴中,一級質子在高場δ≈0.91處出現,二級質子移向低場在δ≈1.33處出現,三級質子移向更低場在δ≈1.5處出現。例如: 烷烴 CH4 CH3—CH3 CH3—CH2—CH3 (CH3)3CH δ 0.23 0.86 0.86 0.91 1.33 0.91 0.86 1.50 甲基峰一般具有比較明顯的特徵,亞甲基峰和次甲基峰沒有明顯的特徵,而且常呈很復雜的峰形,不易辨認。當分子中引人其它官能團後,甲基、次甲基及亞甲基的化學位移會發生變化,但其δ值極少超出0.7~4-5這一范圍。
環烷烴能以不同構象形式存在,未被取代的環烷烴處在一確定的構象中時,由於碳碳單鍵的 各向異性屏蔽作用,不同氫的δ值略有差異。例如,在環己烷的椅型構象中,由於C-I上的平伏鍵氫處於C⑵ — C⑶鍵及C⑸ — C⑹鍵的去屏蔽區,而C-I上的直立鍵氫不處在去屏蔽區,(圖環己烷的各向異性屏蔽效應)。所以平伏鍵氫比直立鍵氫的化學位移略高0.2~0.5。在低溫(-100℃)構象固定時,NMR譜圖上可以清晰地看出兩個吸收峰,一個代表直立鍵氫,一個代表平伏鍵氫。但在常溫下,由於構象的迅速轉換(圖環己烷構象的轉換),一般只看到一個吸收峰(見右圖)。
其它未取代的環烷烴在常溫下也只有一個吸收峰。環丙烷的δ值為0.22,環丁烷的δ值為1.96,別的環烷烴的δ值在1.5左右。取代環烷烴中,環上不同的氫有不同的化學位移,它們的圖譜有時呈比較復雜的峰形,不易辨認。 酯中烷基上的質子RCOOCH2R的化學位移δH=3.7~4。醯胺中氮上的質子RCONHR 的化學位移,一般在δ= 5~9.4之間,往往不能給出一個尖銳的峰。
羰基或氮基附近α碳上的質子具有類似的化學位移= 2~3,例如,CH3COCl δH=2.67,CH3COOCH3 δH=2.03, RCH2COOCH3 δH=2.13,CH3CONH2 δH= 2.08,RCH2CONH2 δH=2.23,CH3CN δH=1.98,RCH2CN δH=2.30。 醇的核磁共振譜的特點參見後文。醚α-H的化學位移約在3.54附近。
酚羥基氫的核磁共振的δ值很不固定,受溫度、濃度、溶劑的影響很大,只能列出它的大致范 圍。一般酚羥基氫的δ值在4~8范圍內,發生分子內締合的酚羥基氫的δ值在10.5~16范 圍內。
羧酸H的化學位移在2~2.6之間。羧酸中羧基的質子由於受兩個氧的吸電子作用,屏 蔽大大降低,化學位移在低場。R2CHCOOH δH=10~12。
胺中,氮上質子一般不容易鑒定,由於氫鍵程度不同,改變很大,有時N— H和C一H質子 的化學位移非常接近,所以不容易辨認。一般情況在α-H δH=2.7~3.1,β-H δ=1.1~1.71。N-H δ=0.5~5,RNH2,R2NH的δ值的大致范圍在0.4~3.5,ArNH2,ArzNH,ArNHR的δ值的大 致范圍在2.9~4.8之間。
Ⅲ 腈基所連烴基的核磁位移是多少
烷烴的碳的化學位移一般在10—80,普通甲基10—25,亞甲基一般20—40,連接吸電子基化學位移會增大;被氟取代位移大概在80,裂分成二重峰,三氟甲基的位移大概在120,裂分成四重峰。
烯烴的碳位移在120左右,練不同基團會波動,大概范圍110—150。
炔烴的碳化學位移在80左右。
氰基的碳化學位移在120左右。
芳香環的碳化學位移在110—160之間;例如苯環的碳位移在130左右,取代的苯的碳化學位移會變化,多數取代基取代後,直接相連的碳化學位移會大大增大,鄰對位小幅度增大,間位減小;但是與碘直接相連的碳化學位移會降到95。
羧酸衍生物的碳化學位移在160—180之間。
醛基的碳和羰基的碳的化學位移在200以上。
碳譜解析一般是數碳的個數,對稱碳的峰重疊,高度加倍,含氟的化合物會耦合裂分,苯環上的一個氫被氟原子時,苯環上六個碳都可能會裂分,苯環上的一個氫被三氟甲基取代時,除三氟甲基的碳外,與三氟甲基相連的苯環的碳及鄰位的碳都會裂分,最終碳譜上的峰是總的碳原子數減去對稱碳的個數加因氟產生裂分的碳數。
Ⅳ 什麼是氫譜的化學位移、裂分和分裂
dd:雙二重峰;dt:雙三重峰;br.:寬峰;s:單峰;q:四重峰;t:三重峰。
氫原子在分子中的化學環境不同,而顯示出不同的吸收峰,峰與峰之間的差距被稱作化學位移;化學位移的大小,可採用一個標准化合物為原點,測出峰與原點的距離,就是該峰的化學位移。
裂分:由於相鄰碳上質子之間的自旋耦合,因此能夠引起吸收峰裂分。例如,一個質子共振峰不受相鄰的另一個質子的自旋偶合影響,則表現為一個單峰,如果受其影響,就表現為一個二重峰,該二重峰強度相等,其總面積正好和未分裂的單峰面積相等。
(4)核磁化學位移差多少算裂分擴展閱讀:
簡單的氫譜來自於含有樣本的溶液。為了避免溶劑中的質子的干擾,制備樣本時通常使用氘代溶劑(氘=2H, 通常用D表示),例如:氘代水D2O,氘代丙酮(CD3)2CO,氘代甲醇CD3OD,氘代二甲亞碸(CD3)2SO和氘代氯仿CDCl3。同時,一些不含氫的溶劑,例如四氯化碳CCl4和二硫化碳CS2,也可被用於制備測試樣品。
Ⅳ 核磁共振氫譜中氫信號的裂分間距反映了什麼信息
由於相鄰碳上質子之間的自旋偶合,因此能夠引起吸收峰裂分。例如,一個質子共振峰不受相鄰的另一個質子的自旋偶合影響,則表現為一個單峰,如果受其影響,就表現為一個二重峰,該二重峰強度相等,其總面積正好和未分裂的單峰面積相等。
自旋偶合使核磁共振譜中信號分裂成多重峰,峰的數目等於n+1,n是指鄰近H的數目,例如CH3-CHCl2中CH3的共振峰是1+1=2,因為他鄰近基團CHCl2上只有一個H;-CHCl2的共振峰是3+1=4,因為他鄰近基團-甲基上有三個H。注意,只有當自旋偶合的鄰近H原子都相同時才適用n+1規則。
當自旋偶合的鄰近H原子不相同時,裂分數目為(n+1)(n'+1)(n''+1)。例如化合物Cl2CH-CH2-CHBr2中,兩端兩個基團-CHCl2和-CHBr2中的H並不相同,因而-CH2-應該裂分成為(1+1)(1+1)=4重峰。又如ClCH2-CH2-CH2Br中-CH2-該裂分為(2+1)(2+1)=9重峰 。
2.1核磁共振氫譜中的幾個重要參數
1、化學位移
(1)影響化學位移的主要因素:
a.誘導效應。
電負性取代基降低氫核外電子雲密度,其共振吸收向低場位移,δ值增大,如
CH3F
CH3OH
CH3Cl
CH3Br
CH3I
CH4
TMS
δ(ppm)
4.06
3.40
3.05
2.68
2.16
0.23
0
X電負性
4.0
3.5
3.0
2.8
2.5
2.1
1.6
對於X-CH<YZ型化合物,X、Y、Z基對>CH- δ值的影響具有加合性,可用shoolery公式估算,式中0.23為CH4的δ,Ci值見下表。
例如:BrCH2Cl(括弧內為實測值)
δ=0.23+2.33+2.53=5.09ppm(5.16ppm)
利用此公式,計算值與實測值誤差通常小於0.6ppm,但有時可達1pmm。
值得注意的是,誘導效應是通過成鍵電子傳遞的,隨著與電負性取代基距離的增大,誘導效應的影響逐漸減弱,通常相隔3個碳以上的影響可以忽略不計。例如:
b.磁各向異性效應。
上面所述的質子周圍的電子雲密度,能闡明大多數有機化合物的化學位移值。但是還存在用這一因素不能解釋的事實:如純液態下的乙炔質子與乙烯質子相比,前者在高場共振;相反苯的質子又在低場下發生共振。這些現象可用磁各向異性效應解釋。
當分子中某些基團的電子雲排布不是球形對稱時,即磁各向異性時,它對鄰近的H核就附加一個各向異性磁場,使某些位置上核受屏蔽,而另一些位置上的核受去屏蔽,這一現象稱為各向異性效應。在氫譜中,這種鄰近基團的磁各向異性的影響十分重要。現舉例說明一下:
叄鍵的磁各向異性效應:如乙炔分子呈直線型,叄鍵軸向的周圍電子雲是對稱分布的。乙炔質子處於屏蔽區,使質子的δ值向高場移動。
雙鍵:π電子雲分布於成鍵平面的上、下方,平面內為去屏蔽區。與SP2雜化碳相連的氫位於成鍵的平面內(處於去屏蔽區),較炔氫低場位移。乙烯:5.25ppm;醛氫:9-10ppm。
化學鍵的各向異性還可由下述化合物(1)至(4)看出:
化合物(1)、(3)中的標記氫分別處於雙鍵和苯環的屏蔽區,而化合物(2)、(4)中相應的氫分別處於雙鍵和苯環的去屏蔽區,δ值增大。
芳環的磁各向異性效應:芳香族化合物的環形π電子雲,在外磁場Bo的作用下形成大π電子環流。這電子環流所產生的感應磁場,使苯環平面上下兩圓錐體為屏蔽區,其餘為去屏蔽區。苯環質子處在去屏蔽區,所心共振信號位置與大多數質子相比在較低場。
Ⅵ H核磁共振中氫譜數據比如 7.5(三重峰,4H) ,他們各代表什麼意思
7.5,化學位移是7.5
三重峰,氫譜上的封有三個突起,受氫原子是受鄰近質子的影響而裂分
4H,表示這個峰對應4個氫原子
Ⅶ 核磁譜圖怎麼解讀最好有實例
呃...我該怎麼回答好呢...
首先我不清楚你想要問多深,如果只是簡單化合物的氫譜,OK,那很簡單,幾個特殊的位置一看,結合化學位移、裂分情況等就能分析出來。比如圖中,化學位移在7左右的復雜裂分很可能就是苯環的峰,結合氫原子個數(圖中未進行積分),就能猜測出來是單取代苯環,而且所接基團對鄰位有較強的拉電子能力,在高場的兩個裂分很顯然就是乙基的,綜合考慮應當為苯甲酸乙酯,若能結合質譜或者紅外當更有說服力。
如果問二維譜,也還好說,和氫譜差不離,就是看兩根軸而已,恩,視具體方法有所不同。
如果是碳譜,也不難,只要找好標准,也能進行類似判斷。
固體核磁我不大懂。