有机波谱分析课件第五章 碳谱

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1、化学化工学院:裴强QQ:23403960；Tel:15937681641E-mail:peiqiang_6@163.com第四章碳谱有机结构分析课件学习要求：1、了解13CNMR的发展、仪器组成及驰豫机制2、掌握13CNMR的特点及实验方法3、掌握13CNMR化学位移与结构的关系4、掌握13CNMR的偶合、偶合常数、DEPT谱以及碳谱的测绘技术5、熟练运用碳谱解析有机分子结构一二四三五DEPT谱13CNMR特点和实验方法化学位移与结构之间的关系自旋偶合与偶合常数六13CNMR测绘技术七谱图解析与化合物结构确定自旋－晶格弛豫具有磁矩的原子核在外磁场中将发生能级分裂，核磁矩

2、以不同取向绕外磁场回旋。当另一个垂直于外磁场的射频磁场同时作用于核上，并且其照射磁场的频率等于核在外磁场中的回旋频率时即发生核磁共振，处于低能级的核跃迁到高能级，产生相应的吸收信号。从原则上说，凡是自旋量子数不等于零的原子核（如1H=1/2、13C=1/2、15N=1/2、19F=1/2、31P=1/2、2H=1、3H=1/2、10B=3、14N=3、17O=5/2、35Cl=3/2）都可发生核磁共振。但到目前为止，有实用价值的实际上只有1H和13C。1H叫氢谱，常用1HNMR表示；13C叫碳谱，常用13CNMR表示。有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。有机化合物

3、的主要骨架是由碳原子组成，因此13CNMR对有机化合物结构鉴定的重要性不言而喻。目前PFT－13CNMR光谱已经成为阐明有机分子结构的常规方法，广泛应用于涉及有机化学的各个领域，成为化学、化工、生物、医药等学科领域不可缺少的分析工具。13CNMR信号于1957年首先被Lauterbur发现，然而迟至1970年才开始应用13CNMR谱直接研究有机化合物的碳骨架和含碳官能团，主要原因在于碳的唯一磁性同位素13C的天然丰度太低。碳元素有12C和13C两种同位素，其中占优势的为12C，它的核自旋为零，没有核磁共振信号。13C的核自旋为±1/2，同1H一样可以作为核磁共振的研究对

4、象。13C的天然丰度和核磁共振信号的强度都低，常常不容易检测。一、13CNMR特点和实验方法1、13C谱特点（1）化学位移范围大（0～250ppm），分辨能力强（2）可检测不与H相连碳的共振吸收峰（3）不能用积分高度来计算碳的数目（4）13C-13C偶合的几率很小；13C天然丰度1.1%；（5）13C-H偶合可消除，谱图简化。2、PFT-NMR3、氘锁和溶剂为了稳定磁场，PFT-NMR使用外锁或内锁。一般采用氘（D）内锁比较方便，即使用氘代溶剂，通过电子把磁场锁在强而窄的信号上。这样，可以保证信号频率的稳定性，长时间扫描累加分辨率不至于下降，谱线也不会变形。氘代溶剂并不

5、是检测13CNMR所必须的，但为了锁场的需要，样品管内必须有一定量的含氘化合物。4、样品和标准物通常实验10mm内径的样品管，需溶剂量1mL左右，样品量为几十毫可。最低5～10毫克，此时要求增加扫描时间。13CNMR谱同氢谱一样，也是使用TMS作标准物二、化学位移与结构的关系1、化学位移范围0～250ppm；核对周围化学环境敏感，重叠少氢谱与碳谱有较多共同点：(1)高场低场碳谱：饱和烃碳原子、炔烃碳原子、烯烃碳原子、羧基碳原子氢谱：饱和烃氢、炔氢、烯氢、醛基氢(2)与电负性基团相连，化学位移向低场移2、影响化学位移的因素杂化轨道、碳的电子云密度、诱导效应、共轭效应、溶

6、剂效应……3、化学位移规律（1）烷烃：具体参考P171~174烷烃的﹤100C不连接电负性大的原子，-2.5﹤﹤55碳数n>4端甲基C=13-14，且C>CH>CH2>CH3烷烃C1C2C3C4C5CH4-2.5C2H65.7C3H815.415.9C4H1013.124.4C5H1213.722.634.6C6H1413.724.831.9C7H1613.822.832.229.3C8H1813.922.332.229.5C9H2013.922.932.229.730.0C10H2214.022.832.329.830.1每增加一个C，中心碳的约增加9

7、ppmδCi=-2.5+∑nijAj+∑Snij----相对于Ci的j位取代基数目，j=αβγAj----相对于Ci的j位取代基的位移参数S----修正值参考表4-1、2δC-1=-2.5+1×9.1+1×9.4+1×（-2.5）+1×0.3=13.8ppmδC-2=-2.5+2×9.1+1×9.4+1×（-2.5）=22.6ppmδC-2=-2.5+2×9.1+2×9.4=34.5ppm（2）烯烃（具体参考175~176）C=100-165ppm（成对出现），端碳=CH2110；（3）炔烃：C=67~92（参考P176~177）