解谱不求人,NMR解谱学起来(一)
一、核磁共振氢谱的解析
鉴定有机化合物结构时,本书以核磁共振为最重要的方法,因为从核磁共振谱(一维和二维谱〉得到的信息最丰富,谱图的可解析性最高 。 氢谱是所有核磁共振谱中灵敏度最高的,因而最容易测定,所以首先讨论氢谱 。
对于结构不太复杂的化合物 ,不需做二维核磁共振谱,仅用核磁共振氢谱和碳谱再结合其相对分子质量就可能推出结构 。 此时核磁共振氢谱的可解析性就特别重要,它可以提供丰富的结构信息 。 对于从几种可能结构中选出一个最合理的化学结构时,氢谱也往往起着举足轻重的作用 。
采用核磁共振二维谱时,从氢谱所得到的信息,特别是本书所强调的峰型分析,仍然有重要的参考意义 。
核磁共振氧谱的主要参数有 3 个:化学位移、峰的裂分和偶合常数 J 、峰面积。从物理学的角度来看,氢谱谱峰还有弛豫时间这个参数 ,但是在氢谱中,弛豫速度比较快 ,在一般情况下弛豫时间的变化不影响谱图的面积和解析 。
核磁共振氢谱的横坐标是化学位移,也就是说化学位移是官能团出峰位置的表征。由于磁性核之间存在搞合作用,因此核磁共振氢谱的谱峰会呈现分裂,称为"裂分"。裂分的间距以耦合常数(以赫兹为单位〉表征 。耦合常数的大小反映了鹅合作用的强弱 。
化学位移和藕合裂分的有关知识将在后面仔细阐述 。核磁共振氢谐的纵坐标是谱峰的强度。由于氢谱中的谱峰都有一定的宽度,因此以谱峰的面积的积分数值来量度峰的大小 。
在核磁共振氢谱中,标注有各峰组面积的积分数值,该积分数值和峰组所对应的氢原子数目成正比。核磁共振氢谱的定量关系比较好,误差在 5 %之内 。
核磁共振氢谱的良好定量'性对于推导未知物结构很重要,从各峰组的积分数值比可以找到各峰组所对应的氢原子数目比。如果测试的样品是温合物,用这种定量关系则可确定各组分的定量比。利用氢谱的这种定量关系,能够得到某些重要的结果 。 例如 ,分析一种非离子表面活性剂 RC6H4O(C2H4O)nH 时,利用氢谱可以容易地确定其 n 的平均数。而对于评价这种表面活性剂的性质来说,平均加成数 n 是重要特征 。 如果用部层层析分析这种样品 ,展开之后在薄板上面会得到一连串的斑点,每个斑点相应于一个环氧乙烧的加成数 ,所有的加成数构成一个正态分布曲线 。 此时,平均数比参加平均的具体数值重要 。
图1. 1 为化合物 Cl-l 的氢谱 。
从图1. 1 可知氢谱的横坐标为化学位移,峰组的下面标注有准确的化学位移数值纵坐标为谱峰的强度,峰组的上面标注有峰组面积的积分数值。
在氢谱中可见峰组的耦合裂分。裂分间距是以赫兹量度的,裂分间距越小 ,表明所用的核磁共振谱仪的频率越高 。 图1. 1 是用 600 MHz谱仪测定的,因此裂分间距看起来很小。