「技」核磁一阶谱图解析——你真的懂吗?

 许多学生发现一阶核磁的解析困难,尤其是氢核磁共振光谱,更进一步则是复杂化合物或者是反应生成的未知化合物的核磁氢谱解析。本文主要是想带领同学们一起探究核磁一阶氢谱图解析
自从1946年发现核磁共振波谱学以来,它已经发展成为一种强大的工具,被广泛应用于许多学科。在过去的二十年里,核磁共振波谱在本科阶段变得越来越重要,越来越多的相关出版物证明了这一点

01

简易规则

任何解析好的一阶核磁谱图对于分析来说都是好的练习。一阶谱图的解析有一些非常简单实用的规则:
规则1、检查多重复峰是否中心对称。如果不是,那么该多重峰可能是重叠而成,或者是二阶峰
规则2、对对称的多重峰里每个峰进行积分,积分的分布应该是呈中心对称的
规则3、将积分结果加一起。总数应该是2的n次方,n为耦合数I = 1/2的原子核
规则4、多重峰最外面一组峰的间隔必是一个耦合常数。以最外面峰的积分作为标准(1),因此,积分比1:1表明一阶耦合常数来自一个原子核。1:2表明一阶耦合常数来自两个相同耦合常数的原子核,这会给出1:2:1的峰形。1:3表明一阶耦合常数来自三个相同耦合常数的原子核,这会给出1:3:3:1的峰形。这就像Pascal(帕斯卡)三角(类似中国的“杨辉三角”)排列。
规则5、在纸上画一阶耦合图形为倒杆图。把多重峰各积分值标在杆线的中心。需要记住,对于两个或多个原子核的耦合,每一对线的间隔(也就是耦合常数)是相等的,所以一旦确定了第一组耦合线及其强度,其余的图案也就确定了。

02

实例讲解

这里,我们通过三个例子进行说明:
「技」核磁一阶谱图解析——你真的懂吗?
图1 (Figure 1.)是一个非常好解析的一阶多重峰。依据简单的规则,获得每个峰的积分,标注于对应峰的底部,同时在积分底部画出倒杆,接着以最外面两个峰的间隔为标准,一一对应连接倒杆,积分一致的峰为对应组,第一级倒杆为doublet(双重),第二级倒杆则出现了两个quartet(四重),对应峰形与积分结果为1:3:3:1,到第三级倒杆则又回到doublet(双重),最终归一为一根倒杆。这样,这个多重峰就完成了初步分析,进一步解析则可以得知该峰为ddq,对应耦合常数从小到大为4,7,12 Hz。

「技」核磁一阶谱图解析——你真的懂吗?

图2 (Figure 2)也是一个非常好解析的一阶多重峰。依据简单的规则,获得每个峰的积分,标注于对应峰的底部,同时在积分底部画出倒杆,接着以最外面两个峰的间隔为标准,一一对应连接倒杆,结果发现除了最外面两个峰,内部峰都发生了重叠,解析发现第一级倒杆为三个triplets(三重),第二级倒杆为两个triplets(三重),第三级倒杆归一。这样,完成了初步分析,可以得知该峰为tt,对应耦合常数从小到大为5,10 Hz。

「技」核磁一阶谱图解析——你真的懂吗?

图3 (Figure 3)也是一个好解析的一阶多重峰。相对于前两个例子,该例子峰形都重叠导致肩峰(宽胖峰)的出现。同样的,我们依据简单的规则,获得每个峰的积分,标注于对应峰的底部,同时在积分底部画出倒杆,接着以最外面两个峰的间隔为标准,一一对应连接倒杆,解析发现第一级倒杆为两个quartet(四重),第二级倒杆为一个doublet(二重),并且倒杆归一。这样,完成了初步分析,最终得知该峰为dq,对应耦合常数从小到大为5.6,6.0 Hz。

03

叨叨

通过上述三个例子的解析,相信大家已经初步掌握两一阶核磁氢谱的解析。细心的同学,可能会发现,耦合常数差别越小,多重峰越有可能发生重叠。进一步深思,你们会发现所谓的二重、三重、四重甚至更多重的峰,其实都是在二重基础上,进行不断的叠加而来,这就是Pascal(帕斯卡)三角(或者称为“杨辉三角”)的秘密所在,也是一阶核磁氢谱多重峰解析的基础。
当然,对于简单的多重峰,这样的解析已经足够了。但是,具体问题具体分析。化合物是无穷无尽、千差万别的,因此核磁谱图也无穷级。我们在研究过程中,对于具体化合物的解析,还是要多思考多练习,才可以做到准确无误。

2021-04-25 原文

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