CNMR核磁共振碳譜化學(xué)位移總覽表課件

CNMR核磁共振碳譜化學(xué)位移總覽表此幻燈片將介紹CNMR核磁共振碳譜化學(xué)位移的概述，并提供一個總覽表，其中包含了常見有機(jī)化合物中碳原子的化學(xué)位移范圍。CNMR碳譜簡介碳-13核磁共振利用碳-13原子的核磁共振現(xiàn)象，研究有機(jī)分子中碳原子的結(jié)構(gòu)和環(huán)境。譜圖特點(diǎn)橫坐標(biāo)：化學(xué)位移(δ)縱坐標(biāo)：信號強(qiáng)度峰的數(shù)目：對應(yīng)于碳原子的數(shù)目峰的位置：反映碳原子的化學(xué)環(huán)境化學(xué)位移表提供不同類型碳原子的化學(xué)位移范圍，用于預(yù)測和分析譜圖。CNMR譜圖信號解讀要點(diǎn)峰值數(shù)量CNMR譜圖中每個峰代表一個獨(dú)特的碳原子，峰值數(shù)量對應(yīng)分子中不同的碳原子數(shù)?；瘜W(xué)位移每個峰的化學(xué)位移反映了碳原子所處的化學(xué)環(huán)境，不同類型的碳原子具有不同的化學(xué)位移值。峰強(qiáng)度峰強(qiáng)度與碳原子的數(shù)量成正比，但由于存在噪聲和干擾，峰強(qiáng)度并不完全代表碳原子數(shù)，需要根據(jù)實際情況判斷。耦合裂分碳原子與相鄰的氫原子發(fā)生耦合，導(dǎo)致峰分裂成多重峰，裂分模式與耦合氫原子數(shù)目有關(guān)。CNMR化學(xué)位移及影響因素化學(xué)位移碳原子在核磁共振譜圖中的信號位置，被稱為化學(xué)位移。它反映了碳原子周圍電子環(huán)境的差異。影響因素碳原子類型碳原子周圍的取代基官能團(tuán)的影響空間效應(yīng)磁場強(qiáng)度芳香族化合物的CNMR位移1芳香環(huán)碳原子化學(xué)位移芳香環(huán)碳原子化學(xué)位移通常在110-160ppm之間，具體位置取決于取代基的性質(zhì)和位置。2取代基的影響吸電子取代基如鹵素、硝基、氰基等會使芳香環(huán)碳原子化學(xué)位移向低場（高ppm值）移動。3共振效應(yīng)的影響給電子取代基如甲氧基、烷基等會使芳香環(huán)碳原子化學(xué)位移向高場（低ppm值）移動。烷烴類化合物的CNMR位移甲烷甲烷只有一個碳原子，其化學(xué)位移約為0ppm。乙烷乙烷的兩個碳原子化學(xué)環(huán)境相同，其化學(xué)位移約為0-5ppm。丙烷丙烷的三個碳原子化學(xué)環(huán)境不同，化學(xué)位移分別約為0-10ppm,10-20ppm,15-30ppm。丁烷丁烷的四個碳原子化學(xué)環(huán)境不同，化學(xué)位移分別約為0-15ppm,10-25ppm,15-35ppm,20-40ppm。烯烴類化合物的CNMR位移化學(xué)位移范圍烯烴碳的化學(xué)位移范圍在100-150ppm之間。雙鍵碳的化學(xué)位移通常比烷烴碳的化學(xué)位移更高。影響因素取代基的影響，電子效應(yīng)、空間效應(yīng)、烯烴雙鍵的幾何構(gòu)型等因素會影響烯烴碳的化學(xué)位移。炔烴類化合物的CNMR位移11.炔烴碳原子炔烴中，sp雜化的碳原子化學(xué)位移在70-90ppm之間。22.影響因素影響因素包括取代基、電子效應(yīng)和空間效應(yīng)。33.特點(diǎn)炔烴碳原子化學(xué)位移較高，因為sp雜化軌道具有較高的s軌道成分。44.舉例乙炔的碳原子化學(xué)位移為71.9ppm。含氧官能團(tuán)化合物的CNMR位移醇類化合物羥基碳原子化學(xué)位移通常出現(xiàn)在50-80ppm范圍內(nèi)。醚類化合物醚碳原子化學(xué)位移通常出現(xiàn)在50-90ppm范圍內(nèi)。醛類化合物醛基碳原子化學(xué)位移通常出現(xiàn)在190-210ppm范圍內(nèi)。酮類化合物酮基碳原子化學(xué)位移通常出現(xiàn)在200-220ppm范圍內(nèi)。含氮官能團(tuán)化合物的CNMR位移胺類伯胺的化學(xué)位移一般在0-50ppm，仲胺在20-50ppm，叔胺在30-60ppm。酰胺酰胺的化學(xué)位移通常在160-180ppm，受取代基的影響較小。腈類腈類化合物的化學(xué)位移通常在110-130ppm，受取代基的影響較大。硝基硝基的化學(xué)位移通常在140-160ppm，受取代基的影響較大。含鹵素官能團(tuán)化合物的CNMR位移鹵素取代效應(yīng)鹵素原子連接的碳原子化學(xué)位移會發(fā)生明顯變化，鹵素原子電負(fù)性越高，碳原子化學(xué)位移越大。鹵素類型影響不同鹵素原子對碳原子化學(xué)位移影響不同，氟原子影響最大，氯原子影響次之，溴原子影響最小，碘原子影響較弱。鹵素位置影響鹵素原子距離碳原子越近，影響越大，α-碳原子化學(xué)位移變化最明顯，β-碳原子化學(xué)位移變化較小。酯類化合物的CNMR位移1羰基碳酯類化合物中的羰基碳信號通常出現(xiàn)在160-175ppm范圍內(nèi)，并且比酮和醛的羰基碳信號略微偏高。2α碳與羰基碳相連的α碳信號通常出現(xiàn)在20-50ppm范圍內(nèi)，具體位置取決于取代基的性質(zhì)。3烷氧基碳與烷氧基相連的碳信號通常出現(xiàn)在50-80ppm范圍內(nèi)，具體位置取決于烷基鏈的長度和取代基的性質(zhì)。醚類化合物的CNMR位移醚類化合物醚類化合物中，醚鍵的碳原子化學(xué)位移范圍通常在50-80ppm之間?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)影響醚類化合物CNMR化學(xué)位移的主要因素是與醚鍵相連的烷基或芳基取代基的類型。CNMR譜圖醚類化合物的CNMR譜圖中，醚鍵碳原子信號通常比其他類型的碳原子信號更明顯。羥基化合物的CNMR位移化學(xué)位移范圍羥基碳的化學(xué)位移通常出現(xiàn)在40-80ppm范圍內(nèi)。具體位置取決于羥基的連接環(huán)境和分子結(jié)構(gòu)。影響因素羥基碳的化學(xué)位移受多種因素影響，包括連接基團(tuán)的電負(fù)性、空間位阻、氫鍵形成等。例如，與電負(fù)性較高的基團(tuán)相連的羥基碳，其化學(xué)位移通常會向低場移動。羧酸及衍生物的CNMR位移羧酸碳信號羧酸中羧基碳信號通常出現(xiàn)在160-185ppm范圍內(nèi)。酰氯碳信號酰氯中的羰基碳信號通常出現(xiàn)在165-175ppm范圍內(nèi)。酯類碳信號酯類化合物中羰基碳信號通常出現(xiàn)在160-175ppm范圍內(nèi)。酰胺碳信號酰胺化合物中羰基碳信號通常出現(xiàn)在160-175ppm范圍內(nèi)。醛、酮類化合物的CNMR位移醛類醛類化合物的醛基碳原子化學(xué)位移范圍通常在190-210ppm之間。酮類酮類化合物的羰基碳原子化學(xué)位移范圍通常在200-220ppm之間。影響因素影響醛、酮類化合物CNMR位移的因素包括取代基、環(huán)狀結(jié)構(gòu)、氫鍵等。胺類化合物的CNMR位移胺類化合物化學(xué)位移一級胺的碳原子化學(xué)位移一般在20-50ppm之間，二級胺的碳原子化學(xué)位移一般在30-60ppm之間，三級胺的碳原子化學(xué)位移一般在40-70ppm之間。影響因素胺類化合物中氮原子的電負(fù)性會對相鄰碳原子的化學(xué)位移產(chǎn)生影響，氮原子上的取代基也會影響碳原子的化學(xué)位移。典型化學(xué)位移例如，甲胺的甲基碳原子化學(xué)位移約為26ppm，二甲胺的甲基碳原子化學(xué)位移約為40ppm，三甲胺的甲基碳原子化學(xué)位移約為55ppm。硫醚、硫醇類化合物的CNMR位移硫醚硫醚中碳原子化學(xué)位移通常在15-40ppm范圍內(nèi)?；瘜W(xué)位移受取代基的影響很大，取代基越電子吸電子，化學(xué)位移越高。硫醇硫醇中碳原子化學(xué)位移通常在10-30ppm范圍內(nèi)。硫醇中的硫原子是電子給電子基團(tuán)，會降低碳原子的化學(xué)位移。影響因素取代基硫原子鄰近的官能團(tuán)分子中的立體效應(yīng)雜環(huán)化合物的CNMR位移11.環(huán)狀結(jié)構(gòu)的影響雜環(huán)化合物中，環(huán)狀結(jié)構(gòu)對碳原子化學(xué)位移影響很大，環(huán)的大小、雜原子的種類都會影響化學(xué)位移。22.雜原子的影響雜原子如氮、氧、硫等，會改變環(huán)上的電子密度，進(jìn)而影響碳原子化學(xué)位移。33.取代基的影響雜環(huán)化合物上的取代基也會對碳原子化學(xué)位移產(chǎn)生影響，取代基的電子效應(yīng)和空間效應(yīng)會影響化學(xué)位移。44.化學(xué)位移范圍雜環(huán)化合物的碳原子化學(xué)位移范圍較廣，一般在0-200ppm之間，具體數(shù)值取決于雜環(huán)的類型、取代基和環(huán)境。CNMR化學(xué)位移預(yù)測技巧化學(xué)環(huán)境分析確定碳原子所處的化學(xué)環(huán)境，例如連接的基團(tuán)、相鄰碳原子的類型等。經(jīng)驗規(guī)則應(yīng)用利用經(jīng)驗規(guī)則對不同類型碳原子的化學(xué)位移進(jìn)行估算，例如飽和碳、不飽和碳、含氧碳等的化學(xué)位移范圍。位移規(guī)律參考參考標(biāo)準(zhǔn)化合物庫或化學(xué)位移預(yù)測軟件，獲取已知化合物的化學(xué)位移數(shù)據(jù)，并與目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對。位移預(yù)測軟件使用使用專門的化學(xué)位移預(yù)測軟件，輸入目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)式，軟件將自動計算并預(yù)測化學(xué)位移值。利用化學(xué)位移預(yù)測結(jié)構(gòu)1分析化學(xué)位移利用已知的化學(xué)位移信息，識別化合物中不同類型的碳原子。2確定碳原子連接根據(jù)化學(xué)位移值，判斷碳原子之間的連接方式，例如單鍵、雙鍵或三鍵。3構(gòu)建結(jié)構(gòu)綜合所有信息，構(gòu)建可能的化合物結(jié)構(gòu)，并與其他光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證。CNMR位移數(shù)據(jù)庫查詢CNMR位移數(shù)據(jù)庫是研究和分析有機(jī)化合物的重要工具。數(shù)據(jù)庫收集了大量已知化合物碳核化學(xué)位移數(shù)據(jù)，可用于結(jié)構(gòu)預(yù)測和鑒定。這些數(shù)據(jù)庫提供了詳細(xì)的信息，例如化合物名稱、分子式、結(jié)構(gòu)式和每個碳核的化學(xué)位移。同時，數(shù)據(jù)庫通常還包含其他信息，例如實驗條件、參考文獻(xiàn)和相關(guān)譜圖。100K條目一些大型數(shù)據(jù)庫包含超過10萬個已知化合物的CNMR數(shù)據(jù)。20數(shù)據(jù)庫現(xiàn)有的CNMR數(shù)據(jù)庫超過20個，覆蓋了廣泛的化合物類型。5軟件許多化學(xué)分析軟件包已整合了CNMR數(shù)據(jù)庫，方便用戶查詢和分析數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化合物CNMR位移數(shù)據(jù)列表化合物化學(xué)位移(ppm)甲烷-2.3乙烷-5.6丙烷-15.8丁烷-13.7苯128.5甲醇-49.5乙醇-58.2丙酮206.0乙酸171.0CNMR譜圖分析案例1分析未知化合物時，使用CNMR譜圖可快速了解其碳骨架結(jié)構(gòu)。通過分析譜圖信號的化學(xué)位移、峰的強(qiáng)度和耦合常數(shù)等信息，可以推斷出不同碳原子的類型、數(shù)量和連接方式。例如，該案例中的CNMR譜圖顯示化合物包含4種類型的碳原子：1個甲基碳、1個亞甲基碳、1個季碳和1個烯烴碳。通過分析化學(xué)位移值，可以推測這些碳原子所處的化學(xué)環(huán)境。進(jìn)一步結(jié)合其它譜學(xué)數(shù)據(jù)，可最終確定化合物的結(jié)構(gòu)。CNMR譜圖分析案例2本案例展示了1,2-二氯乙烷的CNMR譜圖分析。該化合物具有兩個碳原子，分別與兩個氯原子相連。由于對稱性，兩個碳原子在CNMR譜圖中顯示相同的化學(xué)位移。通過分析化學(xué)位移和耦合常數(shù)，我們可以確定該化合物中碳原子的類型和連接方式。同時，該案例也展示了CNMR譜圖在結(jié)構(gòu)解析中的重要應(yīng)用。CNMR譜圖分析案例3本案例展示了CNMR譜圖在結(jié)構(gòu)解析中的應(yīng)用。該案例展示了兩種不同結(jié)構(gòu)的化合物，它們的CNMR譜圖相似，但細(xì)微的差別可以用來區(qū)分它們。通過仔細(xì)分析譜圖，可以發(fā)現(xiàn)兩種化合物在化學(xué)位移、峰強(qiáng)度以及峰型上的細(xì)微差別。這些差別可以幫助我們確定化合物結(jié)構(gòu)。CNMR譜圖分析案例4本案例展示了利用CNMR譜圖分析一個未知化合物的結(jié)構(gòu)。該化合物含有碳原子，但我們不知道具體有哪些官能團(tuán)。通過分析CNMR譜圖中的化學(xué)位移、峰強(qiáng)度、峰裂分等信息，我們可以推斷出該化合物的結(jié)構(gòu)。CNMR譜圖分析案例5該案例以化合物丁酸乙酯為例，闡述CNMR譜圖分析方法。該化合物含有四個不同的碳原子，通過CNMR譜圖可以明確區(qū)分這些碳原子。譜圖顯示四個峰，分別對應(yīng)于丁酸乙酯的四個碳原子。通過化學(xué)位移和信號強(qiáng)度可以確定每個峰對應(yīng)的碳原子類型。該分析案例說明CNMR譜圖可以有效地識別不同類型碳原子，進(jìn)而確定化合物的結(jié)構(gòu)。通過化學(xué)位移和峰強(qiáng)度信息，可以推斷碳原子的連接方式和化學(xué)環(huán)境。CNMR譜圖分析要點(diǎn)總結(jié)確認(rèn)化學(xué)環(huán)境通過分析化學(xué)位移，確定每個碳原子的化學(xué)環(huán)境，例如烷烴、烯烴或芳香環(huán)。識別碳原子數(shù)量根據(jù)峰的強(qiáng)度，判斷每個化學(xué)環(huán)境中碳原子的數(shù)量。分析碳原子耦合觀察峰的