氫譜解析,即核磁共振氫譜解析,是利用核磁共振波譜原理對譜圖進行分析,以確定被測物質的分子式及結構信息的技術。
基本介紹
- 中文名:氫譜解析
- 外文名:H-NMR Analysis
- 學科:分析化學
- 又稱:核磁共振氫譜解析
氫譜信息簡介,氫譜提供的信息,峰面積和氫核數目的關係,氫譜解析前的要求,氫譜解析步驟,氫譜解析舉例,
氫譜信息簡介
氫譜提供的信息
由化學位移、偶合常數及峰面積積分曲線分別提供含氫官能團、核間關係及氫分布等三方面的信息。具體如下:
(1)峰的數目:標誌分子中磁不等價質子的種類;
(2)峰的強度(面積):每類質子的數目(相對);
(3)峰的位移(δ):每類質子所處的化學環境;
(4)峰的裂分數:相鄰碳原子上質子數;
(5)偶合常數(J):確定化合物構型。
峰面積和氫核數目的關係
在1H-NMR譜上,各吸收峰覆蓋的面積與引起該吸收的氫核數目成正比。峰面積常以積分曲線高度表示。積分曲線的畫法由左至右,即由低磁場向高磁場。
積分曲線的總高度(用cm或小方格表示)和吸收峰的總面積相當,即相當於氫核的總個數。而每一相鄰水平台階高度則取決於引起該吸收峰的氫核數目。
當知道元素組成時,即知道該化合物總共有多少個氫原子時,根據積分曲線便可確定圖譜中各峰所對應氫原子數目,即氫分布;如果不知道元素組成,但圖譜中有能判斷氫原子數目的基團(如甲基、羥基、取代芳環等),以此為基準也可以判斷化合物中各種含氫官能團的氫原子數目。
氫譜解析前的要求
1、樣品純度應>98%。
2、選用良溶劑;
3、樣品用量:CW儀器一般樣品需10mg左右,否則信號弱,不易獲得正常圖譜。FT-NMR儀器,樣品量由累加次數確定(一般只需要幾個毫克即可);
4、推測未知物是否含有酚羥基、烯醇基、羧基及醛基等,以確定圖譜是否需掃描至δ10以上;
5、推測未知物是否含有活潑氫(OH、NH、SH及COOH等),以決定是否需要進行重水交換。
氫譜解析步驟
(1) 區分出雜質峰、溶劑峰、旋轉邊帶。
雜質含量較低,其峰面積較樣品峰小很多,樣品和雜質峰面積之間也無簡單的整數比關係。據此可將雜質峰區別出來。
氘代試劑不可能100%氘代,其微量氫會有相應的峰,如CDCl3中的微量CHCl3在約7.262ppm處出峰。
雜質含量較低,其峰面積較樣品峰小很多,樣品和雜質峰面積之間也無簡單的整數比關係。據此可將雜質峰區別出來。
氘代試劑不可能100%氘代,其微量氫會有相應的峰,如CDCl3中的微量CHCl3在約7.262ppm處出峰。
(2) 計算不飽和度。
不飽和度即環加雙鍵數。當不飽和度大於等於4時,應考慮到該化合物可能存在一個苯環(或吡啶環)。
不飽和度即環加雙鍵數。當不飽和度大於等於4時,應考慮到該化合物可能存在一個苯環(或吡啶環)。
(3) 確定譜圖中各峰組所對應的氫原子數目,對氫原子進行分配。
根據積分曲線,找出各峰組之間氫原子數的簡單整數比,再根據分子式中氫的數目,對各峰組的氫原子數進行分配。
(4) 對每個峰的δ、J都進行分析。
根據每個峰組氫原子數目及δ值,可對該基團進行推斷,並估計其相鄰基團。
對每個峰組的峰形應仔細地分析。分析時最關鍵之處為尋找峰組中的等間距。每一種間距相應於一個耦合關係。一般情況下,某一峰組內的間距會在另一峰組中反映出來。
通過此途徑可找出鄰碳氫原子的數目。
當從裂分間距計算J值時,應注意譜圖是多少兆周的儀器作出的,有了儀器的工作頻率才能從化學位移之差Δδ(ppm)算出Δν(Hz)。當譜圖顯示烷基鏈3J耦合裂分時,其間距(相應6-7Hz)也可以作為計算其它裂分間距所對應的赫茲數的基準。
(5) 根據對各峰組化學位移和耦合常數的分析,推出若干結構單元,最後組合為幾種可能的結構式。每一可能的結構式不能和譜圖有大的矛盾。
(6) 對推出的結構進行指認。
每個官能團均應在譜圖上找到相應的峰組,峰組的δ值及耦合裂分(峰形和J值大小)都應該和結構式相符。如存在較大矛盾,則說明所設結構式是不合理的,應予以去除。通過指認校核所有可能的結構式,進而找出最合理的結構式。必須強調:指認是推結構的一個必不可少的環節。
氫譜解析舉例
例1:已知某化合物分子式為C3H7NO2。測定氫譜譜圖如下所示,推定其結構。
解析:計算不飽和度u=1,可能存在雙鍵,1.50和1.59ppm有小峰,峰高不大於1個質子,故為雜質峰。經圖譜可見有三種質子,總積分值扣除雜質峰按7個質子分配。從低場向高場各峰群的積分強度為2:2:3,可能有-CH2-、-CH2-、-CH3-基團。各裂分峰的裂距(J),低場三重峰為7Hz,高場三重峰為8Hz,所以這兩個三峰沒有偶合關係,但它們與中間六重峰有相互作用。這六重峰的質子為2個,所以使兩邊信號各裂分為三重峰。則該化合物具有CH3-CH2-CH2-結構單元。參考所給定的分子式應為CH3-CH2-CH2-NO2,即1-硝基丙烷。
例2:已知某化合物分子式為C7H16O3,其氫譜譜圖如下圖所示,試求其結構。
解析:計算不飽和度u=0,為飽和化合物。從譜圖看出有三種質子,其質子比為1:6:9,δ為1-4之間有明顯CH3-CH2-的峰形,δ1.2為CH3-CH2-中甲基峰,9個質子三個等價甲基,被鄰接-CH2-分裂為三重峰。δ3.6處應為-CH2-,有6個質子三個等價亞甲基,可能連線氧原子,所以在較低場共振,同時被鄰接甲基分裂為四重峰。更低場δ5.2處為單峰,含有1個質子,說明無氫核鄰接,是與氧相接的一個次甲基峰。連線各部分結構應為(CH3-CH2-O)3CH與標準譜對照相吻合。