核磁共振图谱解析培训手册

核磁共振图谱解析培训手册

药明康德核磁分析实验室

常用的核磁共振（NMR）实验

唱

13c

13

c-DEPT1350(CHCH3,CH2)

13C-DEPT900(CH)

iH—】HCOSY（化学键上相邻氢原子的识别）

唱一唱TOCSY（结构片断的识别）

唱一喟NOESY（空间上相近的氢原子的识别）

唱-13C（HSQC,HMQC）（碳氢直接相关（碳氢原子直接相连））

喟-13CHMBC（碳氢远程相关（碳氢原子二、三键偶合））

下面一一介绍各种实验的用途，并带有相应的例子加以说明

提纲

一：氢谱：

1.影响氢谱化学位移的因素

1).诱导效应(对饱和烷煌)

2).S—p杂化的

3).磁各向异性

4).共轲效应和诱导效应(对不饱和烷煌影响)

5).介质因素

6).空间因素

7).氢键的影响

2.活泼氢

3.重水交换

4.关于手性化合物和前手性化合物中C为上两个氢的化学位移

5.芳环与芳杂环的偶合常数

6.3JHH与两面角中的关系(Karplus公式)以手性化合物中氢的自旋偶合关系

为例

7.烯烧自旋-自旋偶合(J-coupling)体

系8.六元环自旋-自旋偶合(J-

coupling)体系

9.动力学现象(变温实验)

1).活泼氢

2).受阻旋转

3).互变异构

4）.原子翻转（常见）

二.碳谱，DEPT谱

三.氟对氢，碳的耦合

四,里一唱COSY

五.里-13CHSQC一碳氢直接相关验

六,里-13cHMBC一氢碳远程相关实验七.

用NOE方法对异构体的鉴别

1）常见的用NOE方法进行异构体鉴别的简单例子

2）五元环异构体的鉴别

3）六元环异构体的鉴别

4）烯煌的顺反

A.用HMBC方法对异构体的鉴别

.氢谱

•氢谱是最常见的谱图.核磁共振氢谱能提

供重要的结构信息：化学位移，耦合常数及峰

的裂分情况，峰面积。峰面积与氢的数目成正

比，所以能定量的反应氢核的信息.

1.影响氢谱化学位移的因素

1）诱导效应（对饱和烷烧）

与质子相连的碳原子上，如果接有电负性强的基团，则

由于它们的吸电子诱导效应，使质子周围的电子云密

度减弱，使屏蔽作用减弱，质子共振吸收移向低场，电

负性越强，化学位移值越大.

•经常碰到的R与R

（R=0,Cl,F,Br,-NCOR),此种结构的CH的

出峰位置通常在4.2

55.5ppmo(R=NH2,-COR,-

Ar）时讪种结构的CH2的由峰位置通常在3.5-

4.Oppm.

单键，三键，双键，苯环由于磁各向异性都会产生屏

蔽区和去屏蔽区，所以这些也是影响饱和烷煌化学

位移的因素.（后面会介绍，详细请看仪器分析化学课

本）

请结合以上说明通过下面的列表来查看不同取代基对

饱和烷建的影响。

al

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al

S

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..下载可编辑..

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•2）S—P杂化

从Sp3（碳碳单键）到sp?（碳碳双

键）S电子的成分从25%增加到33%,

键电子更靠近碳原子，因而对相连的氢

原子有去屏蔽作用，即共振位移移向低

场.（芳环与烯烧比饱和烷好的化学位

移低场的原因）

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3）磁各向异性

根据s-p杂化原理，桃煌应该比烯烧更低场，苯环与

烯煌相近.但罢际并不味.烘氢相对于烯氢是处于较高场,

是因为烘氢长于叁键轴外，当叁键与外磁场平行时，n

电子环电流绕轴运或产生的感应磁场与外加磁场相反，

意质子起强烈的屏蔽作用，这是焕煌的一个很重要的特

点.

环氢相对烯氢处于较低场，这样的现象是因为芳环

n冬，子也有环电流的纯在,产生与外磁场方向相同的磁

场，对芳环氢有去屏蔽作用.烯煌也有磁各向异性，但苯

环的磁各向异性较强.

三键，双键，苯环由于磁各项异性都会产生屏蔽区和

去屏蔽区，所以这些也是影响化学位移的重要因素，经

常借此因素来区分异构体。

单键也有磁各向异性，所以C3CH>C2cH2〉CCH3.（详细请

参看仪器分析化学课本）

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7.28H2cCH25.28ppm；

ppm；

HH1.8H2.7~3・4ppm；

ppm；

2.T3.3ppm

R

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..下载可编辑..

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•4）共扼作用和诱导作用（对不饱和烷烧影响）

对不饱和烷煌共轲作用和诱导作用要综合考虑。共

轲作用有p-以共轲给电子，冗-几共轲吸电子；诱导效

应主要是吸电子效应。

值得一提的是卤素与不饱和烷烧连接时同时有供轲

作用和诱导作用：

F的共轲作用大于诱导作用，所以邻位的氢谱和碳谱

都移向高场；

C1的共轲作用和诱导作用相互抵消所以影响很小；

Br到I共轲作用小于诱导作用所以相比较邻位氢明

显偏向低场。

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•请记住三类取代基的概念

1,使邻，间，对位氢的化学位移值影响不大的集团就是在有

机化学中使苯环弱活化和弱钝化的集团.这类集团有-c%,-

CH2~,

-CH(CH3)2,-CH=CHR,CCR,-Cl,-Br.

2.在有机化学中使苯环活化的邻，对位定位基，主要是有p-

ji

共扼作用.这类有：-OH,-OR,-NH2,-NHR.

3.第三类取代基是有机化学中使苯环钝化的间位定位基.

主要是纯在兀-兀共轲，同时杂原子拉电子性，使苯电子

云密度降低，尤其是邻位.这类集团有：-CHO,-COR,-

COOR,-COOH,-CONHR,-N02,-N=NR等.

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下面是不同取代基对烯姓和苯环的影响.

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September29,WuXiPharmaTechCo.,Ltd20

2005

..下载可编辑..

ntial

S

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September29,WuXiPharmaTechCo.,Ltd22

2005

..下载可编辑..

..下载可编辑..

s

..下载可编辑..

介质因素

5）笠

的氯

不

一

与

浴

的

嗓

一

黜

浴

剂

一

百

PH值的大小有时对化合物的谱图会有一定的影

响。比如同一化合跖痔别是一些含氮的化合物对三氟

醋酸体系分离得到的和硅胶板分离等到的产物在谱图

上会有很大的差别，此时若想证明两个是同一个化合

物（或经常有是盐酸盐和不是盐酸盐的化合物）可以

混合做核磁。

还有些化合物在一种溶剂里不稳定，做出来的谱图比

较杂，这时可以换一种溶剂来做。

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如N

成盐后氮旁边的CH2会低场偏移

5

ppm,同样在CDC1或DMSO做溶剂的谱

0^.中3

^次有麻里宅的的氨胃噌氢在。・5—4.Qppm

，售盛茶后活泼氢会耳有W-12啰

,且gpm处，.

是两个NHHC1,这也是鉴定氨富否成盐

一、

女

谱氢的重合现象，特别是在做二

维时想看到相关氢的信号，此时可以加少

量的负代苯或笊代乙膜，它们会对样品分子

的不同部位产生不同的屏蔽作用，可以使原

来相互重叠的峰分开.

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6）空间因素

比如受空间上某些大基团的影响，或者那

基，苯环等对该位置的氢有屏蔽或去屏蔽的

影响，德华力的影响等。

•7）氢键的影响

氢的化学位移在者影响.样品分子间氢键和

浓度有关，人样品的分子氢健和浓度无关.样

品分子还会与溶剂斗子成塞键.

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2.活泼氢

•活泼氢：

与0、S、N相连的氢是活泼氢.切记想看活泼氢

一定选择笊氯仿或DMS0做溶剂.在DMS0中活泼氢

的出峰位置要比CDC%中偏低场些.活泼氢的由于氢

键，浓度，温度等因素的影响化学位移值会在一个围

变化.有时分子氢键的作用会使峰型变得尖锐.后面附

注一些常见活泼氢的核磁谱图，并结合前面的讲解的

来试着解析下面所有氢谱。

.・下载可编辑..

AB

0.5-4.0

ROH;RNH2;R2NH(R是脂

肪

ArOH;ArSH;ArNH23-6(CDC13);5-11(DMSO)

RSO3H;RCOOH;10-14(DMSO);7-10

(CDC13)

RCOH（醛氢）8-10（峰型尖锐）

5-8（并且两个氢会分开）

RCONH2;ArCONH2;

RCONHR、；ArCONHAr;7-13

ArCONHR

9-12

RNH2HC1

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BA2381YL005-4-11DMSOWuXiPharmaTechCo.Ltd.

Br

NNH2

9.08.8.7.7.6.6.5.5.4.4.3.3.2.2.ppm

50505050505050

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BA2279YL005-4-8CDC13

WuXiPharmaTechCo.

Ltd.

NH2

OH

9.08.58.07.57.06.56.05.55.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50.0

PPm

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BA9017YL005-7-19DMSO

WuXiPharmaTechCo.Ltd.

02N

OH

121110987654321

ppm

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7TBA2281YL005-4-8CDC13

WuXiPharmaTechCo.Ltd.

OH

I

9.08.58.07.57.06.56.05.55.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50.0PPm

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BA2289YL005-4-8CDC13

WuXiPharmaTechCo.Ltd.

NH2

3.53.02.52.01.51.0ppm

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aBA2275YL005-4-8CDC13

WuXiPharmaTechCo.

Ltd.

SH

F

19.08.58.07.57.06.56.05.55.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50.0

PPm

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CF3

HO

0

13121110987654321ppm

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1.0009.971

7.916

7.909

7.905

7.902

7.889

7.886

7.882

D7.875

7.659

7.655

7.631

n7.627

3.300

2.480

2.475

2.469

2.463

2.457

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Confidential

BA8783YL005-7-15CDC13

WuXiPharmaTechCo.

Ltd.

H0OH

4.54.03.53.02.52.01.51.00.50.0

PPin

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0.970

7.8863.326

7.881

7.8742.486

7.86砌.481

7.8652.475

7.861

7.699

7.695

2.0177.692

1.0007.688

1.0827.672

7.668

7.665

7.661

7.547

7.537

7.520

7.507

7.494

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3.重水交换

总交卷主售莒磁管里加入1-2滴重水，摇匀,再做谱图

会发现活泼氢消失.

1)ROH；RNH2；R2NH；ArOH；ArSH；ArNH2；RSO3H；RCOOH；

RNH2-HCI的活泼氢是比较容易交换；

2)RCOH；RCONH2；ArC0NH2；RCONHR'；ArCONHAr；

ArCONHR的活泼氢有时比较难交换，特别是醛氢，这时候在

加完重水后可以用电吹风加热一下，稍等片刻再进行检测..会

发现活泼氢明显减少或消失.但谱图会发现水峰信号增强.在

CDCI3中此时HDO峰会在4.8ppm的位置.

下图是两个例子

..下载可编辑..

在核磁管里加入1-2滴重水即可将活泼氢交换掉

HDO

活泼氢

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1239.97

12^51

2GO

125624

-12f7.75

222809.76

802.35

794.93

787.48

686.69

3a38

666.65

_______658.93

651.18

628.73

皿02

316___________4n18

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1308.29

2.001300.74

1293.48

c1286.08

847.82

卬2.17c840.41

832.94

731.69

724.64

717.55

705.73

33.94

698.00

691.82

690.24

687.14

666.88

485.11

-3.10478.35

471.24

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1260.24

1259.12

1257.99

1252.99

1251.91

2.00

1250.86

1245.77

1244.67

1243.55

808.74

f2.07「801.33

793.99

688.43

651.35

r31.9

650.37

4

639.59

631.53

447.29

-，3.01“440.43

433.33

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Confidential

4.关于手性化合物和前手性化合物

中C%上两个氢的化学位移

•与某碳原子相连的四个基团不等时，

该碳原子则是手性碳原子，若有一对相

同基团时，该碳原子则是前手性碳原

子。与手性碳上相连的碳上的两个氢或

者相隔2键或3键等以上碳上的两个氢

都是不等价的，且两个氢的偶合常数在

8-15Hz围（同碳耦合），有的甚至更

茴O

September29,WuXiPharmaTechCo.,Ltd45

2005

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4.025

4.015

48

.

4000

.

工99200

工984

工*5

工7

耨

工6

工9

-0.986翳

工5

工0

豺

工3

-0.986839

823

工796

0.978工790

工779

.3768

1.011工762

工758

工742

3669

.

、1.007工661

工640

工632

工502

工486

3.473

3.458

1.1882.373

1.955

1.941

1.936

1.922

1.918

1.910

1.907

1.904

1.899

△2.9441.89

5

1.884

1.867

1.853

1.848

1.664

«1.0001.658650

1.6

1.6)34185

1.6

1.6)82

1.6)239

1.610

1.

1.602)1

1.589

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CH3

H2C01

c在前手性化合物当中如：时2C°HrH3两个乙基是

H3C

化学等价的，而2与3两个亚甲基中C%的两个

氢是不等价的，由此化学位移不同，两个氢同

碳偶合，又受邻位CH3的偶合若无谱线重叠，

此C%可以观察到十六条谱线。请看下面的

谱图：

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BB1089yl005-8-16CDC13WuXiHiarmaTech

Co.,Ltd.

6Br4,5

6

lbla2b2a

HHHH

3

3005

la,2alb,2b

4.54.03.53.()2.52.01.5PPm

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5.芳环与芳杂环的化学位移偶合常数

•下表中的芳杂环的化学位移请大家在Chemdraw上模拟.

不同取代基对芳杂环的共轲作用或诱导作用请大家参考

前面、的“不同取代对苯环影响的列表”即可.后面还有

柏应的一些芳杂赤化合物的氢谱：

结构类型Jab数值(Hz)结构类型Jab数值(Hz)

J(2-3)=5-6J(2-3)=l.7-2.0

4J(3-4)=7-9J(3-4)=3.1-3.8

2°5

53J(2-4)=1-2J(2-4)=0.4-

6N2J(3-5)=1-2341.0J(2-

5)=1-2

2

1NJ(1-2)=2-3J(1-2)=7-10

31

2

NJ(1-3)=0-3

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J(4-5)=3-4J(2-3)=4.7-5.5

5$J(2-5)=1-225J(3-4)=3.3-4.1

25

3J(2-4)=l.0-1.5

4NJ(2-4)=0

4J(2-5)=2.8-3.5

J(2-3)=2-3J(4-5)=4-6

HJ(3-4)=3-44J(