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核磁共振氢谱图的一些知识

发布日期:2013年9月21日 浏览:1237次

  核磁共振氢谱图反映了有机分子中氢原子化学环境的种类;不同特征峰的强度比(及特征峰的高度比)反映了不同化学环境氢原子的数目比。那么,在我们研究核磁共振氢谱图时,应当用什么方法去研究,哪些是需要注意的地方?下面就由核磁共振回收来给大家分享一些有关这方面的经验。

  (1)烷基链

  在烷基链很短时,因各个碳原子上的氢的δ有一定的差异,常呈现为一级谱或近似为一级谱。

  正构长链烷基-(CH2)nCH3若与一电负性基团相连,α-CH2的谱峰将移向低场方向。β-CH2亦会稍往低场移动。位数更高的CH2化学位移很相近,在δ=1.25ppm处形成一个粗的单峰。因它们δ值很接近而J=6-7Hz,因此形成一个强耦合体系(|δ1-δ2|/J小),峰形是复杂的,只因其所有谱线集中,故粗看为一单峰。由于与CH3相连的CH2属于强耦合体系之列,甲基的峰形较n+1规律有畸变:左外侧峰变钝,右外侧峰更钝。

  (2)取代苯环

  ① 单取代苯环

  在谱图的苯环区内,从积分曲线得知有五个氢存在时,由此可判定苯环是单取代的。

  从前面我们知道,核磁谱图的复杂性取定于Δ

  。随着取代基变化苯环的耦合常数改变并不大,因此取代基的性质(它使邻、间、对位氢的化学位移偏离于苯)决定了谱图的复杂程度和形状。Camberlain [4]提出了苯环分别被两类取代基取代后苯环上剩余氢的谱峰形状的分析。本书结合苯环取代基的电子效应,综合分析苯环上剩余氢的谱峰的峰形及化学位移,并明确地提出三类取代基的概念,以此来讨论取代苯环的谱图,现论述如下: a.第一类取代基是使邻、间、对位氢的δ值(相对未取代苯)位移均不大的基团。属于第一类取代基团的有:-CH3、-CH2-、-CH<、-Cl、-Br、-CH=CHR、-C

  C等。

  由于邻、间、对位氢的化学位移差别不大,它们的峰拉不开,总体来看是一个中间高、两边低的大峰。

  b. 第二类取代基团是有机化学使苯环活化的邻、对位定位基。从有机化学的角度看,其邻、对位氢的电子密度增高使亲电反应容易进行。从核磁的角度看,电子密度增高使谱峰移向高场。邻、对位氢的谱峰往高场的移动较大,间位氢的谱峰往高场移动较小,因此,苯环上的五个氢的谱峰分为两组:邻、对位的氢(一共三个氢)的谱峰在相对高场位置;间位的两个氢的谱峰在相对低场位置。由于间位氢的两侧都有邻碳上的氢,3J又大于4J及5J,因此其谱峰粗略看是三重峰。高场三个氢的谱图则很复杂。属于该类取代基的有:-OH、-OR、-NH2、-NHR、-NR'R''等。

  c.第三类取代基团是有机化学中的间位定向基团。这些基团使苯环钝化,电子云密度降低。从核磁的角度看就是共振谱线(相对于未取线苯环)移向低场。邻位两个氢谱线位移较大,处在最低场,粗略呈双峰。间、对位三个氢谱线也往低场移动,但因位移较小,相对处于高场。属于第三类基团的有-CHO、-COR、-COOR、-COOH、-CONHR、-NO2、-N=N-Ar、-SO3H等。

  知道单取代苯环谱图的上述三种模式对于推结构很有用处。比如未知物谱图苯环部分低场两个氢的谱线的δ值靠近8ppm,粗看是双重峰,高场三个氢的谱线的δ值也略大于7.3ppm,(苯的δ值),由此可知有羰基、硝基等第三类基团的取代。

  ② 对位取代苯环

  对位取代苯有二重转轴。其谱图是左右对称的。

  苯环上剩余的四个氢之间仅存在两对3J耦合关系,因此它们的谱图简单。对位取代苯环谱图具有鲜明的特点,是取代苯环谱图中最易识别的。粗看它是左右对称的四重峰,中间一对峰强,外面一对峰弱,每个峰可能还有各自小的卫星峰(以某谱线为中心,左右对称的一对强度低的谱峰)。

  ③ 邻位取代苯环

  a. 相同基团邻位取代,其谱图左、右对称。

  b. 不同基团邻位取代,其谱图很复杂。因单取代苯环分子有对称性;在二取代苯环中,对位、间位取代的谱图比邻位取代简单;多取代则使苯环上氢的数目减少,从而谱图得以简化;因此不同基团邻位取代苯环具有最复杂的苯环谱图。

  ④ 间位取代苯环

  间位取代苯环的图谱一般也是相当复杂的,但两个取代基团中间的隔离氢因无3J耦合,经常显示粗略的单峰。

  ⑤多取代苯环

  可仿照上面进行分析。

  (3)取代的杂芳环

  由于杂原子的存在,杂芳环上不同位置的氢的δ值已拉开一定距离,取代基效应使之更进一步拉开,因此取代的杂芳环的氢谱经常可按一级谱近似地分析,但需注意氢核之间的耦合常数(3J,4J等)的数值和它们相对杂原子的位置有关。

  4)烯氢

  烯氢谱峰处于烷基与苯环氢谱峰之间。由于常存在几个耦合常数,峰形较复杂。在许多情况下,烯氢谱峰可按一级谱近似分析。若在同一烯碳原子上有两个氢(端烯),其2J值仅约2Hz,这使裂分后的谱线复杂又密集。

  (5)活泼氢

  因氢键的作用,活泼氢的出峰位置不定,与样品浓度、介质、作图温度等有关,重氢交换可去掉活泼氢的谱峰,由此可以确认其存在。

  以上的5点,便是小编为大家统计的有关核磁共振氢谱图的相关经验方法,希望大家在分析核磁共振氢谱图时,能够用得上。


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