NMR自旋系统及图谱分类
3.溶剂效应 . 同一样品采用不同的溶剂, 是不同的, 同一样品采用不同的溶剂,其 δ 是不同的,这种 由于溶剂的不同使得 δ 发生变化的现象称为溶剂效 应。 溶剂效应较好的溶剂:苯、吡啶、DMSO、三氟 溶剂效应较好的溶剂: 吡啶、 、 乙酸等。 乙酸等。
4.位移试剂 . 位移试剂是能够使样品的化学位移发 生较大移动, 生较大移动,使不同的峰拉开距离的一 种试剂。 种试剂。 常用过渡金属的β-二酮型试剂, 常用过渡金属的 -二酮型试剂,其 中镧系金属中铕(Eu)以及镨 以及镨(Pr)的络合 中镧系金属中铕 以及镨 的络合 用的最多。 物Eu(DPM)3 和Pr(DPM) 3用的最多。 位移试剂对带孤对电子的化合物有明显的位移作用, 位移试剂对带孤对电子的化合物有明显的位移作用, 带孤对电子的化合物有明显的位移作用 一般越靠近含未共用电子对基团的质子位移值越大。 一般越靠近含未共用电子对基团的质子位移值越大。
4.AB2系统 . AB2系统中两组核干扰较强,最多可观察到 条谱 系统中两组核干扰较强,最多可观察到9条谱 线。其中 1~4 条为 A 组,5~8 条为 B 组,第 9 条为 综合峰,强度较弱,往往观察不到。 综合峰,强度较弱,往往观察不到。第 5 和第 6 条 谱线相距很近,往往合并为一条谱线,成为谱图中 谱线相距很近,往往合并为一条谱线, 较突出的峰。 较突出的峰。 条谱线的位置为ν 第 3 条谱线的位置为 A,第 5 条和第 7 条谱线之 中点为 νB。
四、几种常见的自旋系统 1.AX系统 . 系统 AX系统 系统∆ν/J >6,表现为一级图谱。 系统 ,表现为一级图谱。 如HF、HCCl2F等。 、 等 按照 n+1规律,出现 4 条谱线,A和X各占 2 条;2 规律, 条谱线, 和 各占 规律 线之间的距离为J 谱线的中心即为化学位移; 线之间的距离为 AX;2 谱线的中心即为化学位移; 两线高度相等。 两线高度相等。
经典的例子 CH2=CF2:
Ha Hb
Fa Fb
和两个F分别为化学等价 分别为化学等价, 两个 H 和两个 分别为化学等价,但它们的偶合 常数 JHaFa≠JHbFa、JHaFb≠JHbFb。因此,两个 H 是磁 因此, 不等价的核, 也是磁不等价的核。 不等价的核,两个 F 也是磁不等价的核。 再如: 再如:
X Ha Hb Hc Ha Hb Ha Hb Y X Ha Hb X X Ha Ha Hb Hb
二、自旋系统的分类 1.自旋系统的定义: .自旋系统的定义: 所谓自旋系统是指分子中几个核互相发生自旋偶合 作用的孤立体系。 孤立体系 作用的孤立体系。 2.自旋系统的分类: .自旋系统的分类: a.系统内核间的 ∆ν 接近或小于 J 值时,这些化学位 . 值时, 表示; 移近似的核分别用 A,B,C…表示; , , 表示 b.若系统内 2 组核,组内干扰较强(∆ν≈J),组间 . 组核,组内干扰较强( ),组间 ), 干扰较弱, 组核标以 , , 组核标以X, 干扰较弱,则1组核标以 A,B,C…,另1组核标以 , , 组核标以 Y,Z…; , ;
所以如果该两组 质子的J=5Hz, , 质子的 则100MHz谱图 谱图 的∆ν/J=2,属于 , 二级图谱,而在 二级图谱, 500MHz谱图的 谱图的 ∆ν/J=10,属于 , 一级图谱。 一级图谱。
2.活泼氢反应 . (1)重水交换 ) 由于活泼氢化学位移变化范围较大,不太容易辨认, 由于活泼氢化学位移变化范围较大,不太容易辨认, 若加几滴重水,使其被交换,使活泼氢峰消失, 若加几滴重水,使其被交换,使活泼氢峰消失,即可 指认活泼氢。一般来说,重水交换后, 指认活泼氢。一般来说,重水交换后,活泼氢信号减 弱或消失。但酰胺质子交换慢, 弱或消失。但酰胺质子交换慢,以及分子内形成氢键 的,活泼氢信号难以消失。原则上和碳相连的质子峰 活泼氢信号难以消失。 不会消失。 不会消失。 (2)NaOD交换 ) 交换 NaOD用于交换羰基的 用于交换羰基的α-H。 用于交换羰基的 。
CH A
A B B NO2
CH2 B
OH R
CH B
A B B
CH A
CH B
A B
HO
B R
R R
R
N
5.AMX系统 . 系统 一级图谱。 一级图谱。 ∆νAM>>JAM, ∆νAX>>JAX,∆νMX>>JMX。 谱峰分裂按照(n+1)(m+1)规律,即AMX系统共 条 规律, 系统共12条 谱峰分裂按照 规律 系统共 谱线,其中A、M、X中每一个核被其他 2个核裂分为 谱线,其中 、 、 中每一个核被其他 个核裂分为 强度相等的四重峰。 条谱线有 种裂距, 条谱线有3种裂距 强度相等的四重峰。12条谱线有 种裂距,每两组四重 峰之间所共有的裂距即为该两核的偶合常数。 峰之间所共有的裂距即为该两核的偶合常数。如氧化苯 乙烯中三元环上的3个氢属于 系统。 乙烯中三元环上的 个氢属于AMX系统。 个氢属于 系统
2.磁等价 若分子中有一组核,化学等价, 若分子中有一组核,化学等价,并且对组外任何一 个核偶合作用完全相同,即只表现出一种偶合常数, 个核偶合作用完全相同,即只表现出一种偶合常数, 则这组核称为磁等价核。 则这组核称为磁等价核。如 CH2F2 中 2 个 H 和 2 个 F 任何一个偶合都是相同的,所以 2 个 H 是磁等 任何一个偶合都是相同的, 价的核, 也是磁等价的核。 价的核,2 个 F 也是磁等价的核。 3.磁全同核 化学等价且又磁等价的核。 化学等价且又磁等价的核。实际上磁等价则化学等 价,但化学等价不一定磁等价。 但化学等价不一定磁等价。
第七节 核磁共振氢谱的解析
一、简化图谱的几种方法 1.使用高磁场仪器 . 已知两组互相偶合的质子的化学位移差∆ν(Hz)与测定 与测定 已知两组互相偶合的质子的化学位移差 仪器的磁场强度成正比。例如, 仪器的磁场强度成正比。例如,∆ν=0.1ppm,在100MHz , 的仪器测得的谱图上,相当于 的仪器测得的谱图上,相当于10Hz,而在 ,而在500MHz的仪 的仪 器测得的谱图上,相当于 器测得的谱图上,相当于50Hz;而偶合常数 只反映磁核 ;而偶合常数J只反映磁核 间相互作用的强弱,与测定仪器的磁场强度无关。 间相互作用的强弱,与测定仪器的磁场强度无关。
2.二级图谱 . 若互相干扰的两组核的∆ν/J≤6时,峰形发生畸变, 时 峰形发生畸变, 若互相干扰的两组核的 成为二级图谱。 成为二级图谱。 二级图谱不具备一级图谱的特点,峰形复杂, 二级图谱不具备一级图谱的特点,峰形复杂, δ 和 J 都不能从图谱中直接读出,必须通过一定的计算, 都不能从图谱中直接读出,必须通过一定的计算, 图谱解析难度较大。 图谱解析难度较大。
c.若系统内有 3 组核,其中每组内各核的化学位移接 . 组核, 组核间的化学位移差都比较大( 近,而 2 组核间的化学位移差都比较大(∆ν>>J), ), 组用A、 、 则第 1 组用 、B、C…,第 2 组用 K、L、M…,第 , 、 、 , 3 组用 、Y、Z…表示; 组用X、 、 表示; 表示 d.若系统中某种核有几个磁全同的,可在其符号右 .若系统中某种核有几个磁全同的, 下角附加数字表示。 系统, 下角附加数字表示。如: CH2F2 为 A2X2 系统,而 Cl-CH2-CH2-COOH中的两个 CH2 为 A2B2 系统; 系统; 中的两个 e.分子中化学等价而磁不等价的核用同一字母表示, .分子中化学等价而磁不等价的核用同一字母表示, 只在其中之一的右上角加撇, 只在其中之一的右上角加撇,如 CH2=CF2 为AA`XX` 系统。 系统。
第六节 自旋系统及图谱分类
一、核的等价性 1.化学等价核 . 若分子有一组核,它们的化学位移严格相等, 若分子有一组核,它们的化学位移严格相等,则这 组核称为化学等价。 组核称为化学等价。 化学等价 如苯的六个质子,乙醇分子中甲基的三个质子, 如苯的六个质子,乙醇分子中甲基的三个质子,亚 甲基的两个质子。 甲基的两个质子。
谱线间的距离有如下规律: 谱线间的距离有如下规律: [1-2]=[3-4]=[6-7] [3-6]=[4-7]=[8-9] [1-3]=[2-4]=[5-8] [1-4]+[6-8]= 3JAB
故:JAB ={[1-4]+[6-8]}/3 { } 常见AB 系统的化合物有: 常见 2系统的化合物有:
Hx Ph O Ha Hm
6.A2X2系统 . 一级图谱。共有 条谱线 条谱线, 和 各 条 一级图谱。共有6条谱线,A和X各3条,强度比为 1:2:1。 。
7.A2B2系统 . 18条谱线,其中 4 条很弱,故一般只显示出 条, 条谱线, 条很弱,故一般只显示出14条 条谱线 A和B各占 7 条,左右对称J =[1-6]/2
三、图谱的分类 核磁共振图谱可分为一级图谱和二级图谱。 核磁共振图谱可分为一级图谱和二级图谱。 1.一级图谱 . 当两组(或几组)质子的∆ν/J>6,且同一组的核 当两组(或几组)质子的 , 均为磁全同核时,它们的峰裂分符合 n+1 规律,化 规律, 均为磁全同核时, 学位移和偶合常数可以直接从图谱中读出, 学位移和偶合常数可以直接从图谱中读出,这种图 谱称为一级图谱。例如: 谱称为一级图谱。例如:
系统的图谱就是一级图谱。 中两个 CH2 构成 A2X2 系统的图谱就是一级图谱。
一级图谱的特点: 一级图谱的特点: a.两组(或几组)质子的∆ν/J >6; .两组(或几组)质子的 ; b.峰的裂分数目符合 n+1 规律。对于 . 规律。对于I≠1/2的核, 的核, 的核 可采用( 可采用(2nI+1)规律进行描述; )规律进行描述; c.各峰裂分后的强度比近似地符合(a+b)n展开式系 .各峰裂分后的强度比近似地符合 数比; 数比; d.各组峰的中心处为该组质子的化学位移; .各组峰的中心处为该组质子的化学位移; e.各峰之间的裂距相等,即为偶合常数J。 .各峰之间的裂距相等,即为偶合常数 。