【入门】核磁共振碳谱

发布时间： 2023-11-30 17:30:00 来源：核磁同位素学社

核磁共振碳谱

【入门】

在碳的同位素中，只有13C有自旋现象，存在核磁共振吸收，其自旋量子数I=1/2。13C NMR的原理与1H NMR一样。由于γC=γH/4，且13C的天然丰度只有1.1%,因此13C核的测定灵敏度很低，大约是1H核的1/6000，测定困难。加之1H核的偶合干扰使得信号变得很复杂，难以测得有实用价值的图谱。直到二十世纪七十年代后期，质子去偶技术和傅里叶变换技术的开展和应用，才使13C NMR的测定变的简单易得。

核磁共振碳谱的特点

灵敏度低

由于13C的天然丰度只有1.1%，因此13C核的测定灵敏度很低，大约是1H核的1/6000，测定困难。所以在做测试时尽量增大样品浓度，并且多次扫描。

分辨能力高

氢谱的化学位移δ值很少超过10ppm，而碳谱的δ值可以超过200ppm，最高可达600ppm。这样，复杂和分子量高达400的有机物分子结构的精细变化都可以从碳谱上分辨。同时 13C 自身的自旋-自旋裂分实际上不存在，虽然质子和碳核之间有偶合，但可以用质子去偶技术进行控制。

能给出不连氢碳的吸收峰

有机化合物分子骨架主要由 C 原子构成，因而13C NMR 能更全面地提供有关分子骨架的信息。而 1H NMR 中不能给出吸收信号的 C=O、C=C、C≡C、C≡N以及季碳等基团，在13C NMR 中都可以直接给出特征吸收峰。13C NMR 可直接观测不带氢的含碳官能团，如羰基、氰基等。

不能用积分高度来计算碳的数目

13C NMR 的常规谱是质子全去偶谱。对大多数碳，尤其是质子化碳，他们的信号强度都会由去偶的同时产生的 NOE 效应而大大增强。因此不能用信号强度来计算不等价碳原子数目。

弛豫时间 T1 可作为化合物结构鉴定的波谱参数

在化合物中，处于不同环境的 13C 核，他们的弛豫时间数值相差较大，可以达到 2~3个数量级，它可以用来识别结构属性,并监测系统的运动。

影响13C化学位移的因素

碳杂化轨道

诱导效应

共轭效应

立体效应

电子效应

各类化合物13C的化学位移

常见溶剂的13C在不同氘代溶剂中的化学位移值

碳谱解析步骤【案例】

一、如图所示，除开溶剂峰（76 ppm 附近的三重峰），谱图中的峰可以分为两组，位于低场的苯环碳 1-6（110-160 ppm）和位于高场的饱和碳 8/9/13/14（20-30 ppm）。碳谱化学位移和其连接的质子的化学位移有很好的一致性。

二、DEPT谱--对13CNMR 的补充

无畸变极化转移技术（Distortionless Enhancement by Polarization Transfer，DEPT），大大提高对 13C 的观测灵敏度，利用异核间的偶合对 13C 信号进行调制的方法，来确定碳原子的类型。DEPT 按照参数 θ 可分为三种类型：

● 若θ=135° ，可使 CH 及 CH3 为向上的共振吸收峰，CH2 为向下的共振吸收峰，季碳信号消失。

● 若θ=90° ，CH 为向上的信号，其它信号消失。

● 若θ=45° ， CH3、CH2 及 CH 皆为向上的共振峰，只有季碳信号消失。

以5-甲基-2-异丙基苯酚的 DEPT 谱图为例。

结合前文的分析，从图θ=135°中可知，图中 6 个峰为一级或者三级碳原子。从图θ=90°中可知，图中四个峰为三级碳原子。结合两图，可以得到化学位移约为 126/121/116/26 ppm 的峰分别对应四个三级碳原子，化学位移约为 22/20 ppm 的峰分别对应两个一级碳原子。

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*重水D2O中不含碳，在碳谱测试中无干扰，是理想的溶剂。

NMR核磁共振波谱

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