核磁共振图谱解析培训手册

Confidential1WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005核磁共振图谱解析培训手册药明康德核磁分析实验室Confidential2WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005常用的核磁共振（NMR）实验1H13C13C－DEPT135o(CHCH3,CH2)13C－DEPT90o(CH)1H－1HCOSY(化学键上相邻氢原子的识别)1H－1HTOCSY(结构片断的识别)1H－1HNOESY(空间上相近的氢原子的识别)1H－13C(HSQC,HMQC)(碳氢直接相关（碳氢原子直接相连）)1H－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Confidential3WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005提纲一:氢谱：1.影响氢谱化学位移的因素1).诱导效应(对饱和烷烃)2).S－p杂化的3).磁各向异性4).共轭效应和诱导效应(对不饱和烷烃影响)5).介质因素6).空间因素7).氢键的影响Confidential4WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,20052.活泼氢3.重水交换4.关于手性化合物和前手性化合物中CH2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Φ的关系(Karplus公式)以手性化合物中氢的自旋偶合关系为例7.烯烃自旋-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）Confidential5WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005二.碳谱,DEPT谱三.氟对氢，碳的耦合四.1H–1HCOSY五.1H–13CHSQC－碳氢直接相关验六.1H-13CHMBC－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)烯烃的顺反八.用HMBC方法对异构体的鉴别Confidential6WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005一．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.Confidential7WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,20051.影响氢谱化学位移的因素1）诱导效应(对饱和烷烃)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.Confidential8WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005•经常碰到的与(R＝O,Cl,F,Br,-NCOR)，此种结构的CH2的出峰位置通常在4.5~5.5ppm。(R=NH2,-COR,-Ar)时此种结构的CH2的出峰位置通常在3.5-4.0ppm.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烃化学位移的因素.(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烃的影响。ORRConfidential9WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005Confidential10WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005Confidential11WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005Confidential12WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005Confidential13WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005•2)S－P杂化从sp3（碳碳单键）到sp2（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.(芳环与烯烃比饱和烷烃的化学位移低场的原因)Confidential14WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005•3)磁各向异性根据S-P杂化原理,炔烃应该比烯烃更低场,苯环与烯烃相近.但实际并不然.炔氢相对于烯氢是处于较高场,是因为炔氢处于叁键轴外,当叁键与外磁场平行时,π电子环电流绕轴运动产生的感应磁场与外加磁场相反,对质子起强烈的屏蔽作用,这是炔烃的一个很重要的特点.芳环氢相对烯氢处于较低场，这样的现象是因为芳环π电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.烯烃也有磁各向异性,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C3CHC2CH2CCH3.(详细请参看仪器分析化学课本)Confidential15WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005•7.28ppm;5.28ppm；1.8ppm；2.7~3.4ppm;2.1~3.3ppmHHHHORCH2H2CConfidential16WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005Confidential17WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005Confidential18WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005•4)共轭作用和诱导作用(对不饱和烷烃影响)对不饱和烷烃共轭作用和诱导作用要综合考虑。共轭作用有p-π共轭给电子,π-π共轭吸电子；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烃连接时同时有供轭作用和诱导作用：F的共轭作用大于诱导作用,所以邻位的氢谱和碳谱都移向高场；Cl的共轭作用和诱导作用相互抵消所以影响很小；Br到I共轭作用小于诱导作用所以相比较邻位氢明显偏向低场。Confidential19WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005•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-CH3,-CH2-,-CH(CH3)2,-CH=CHR,,-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-π共轭作用.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π-π共轭,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,-NO2,-N=NR等.下面是不同取代基对烯烃和苯环的影响.CCRConfidential20WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005Confidential21WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005Confidential22WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005Confidential23WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005Confidential24WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005Confidential25WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,20055）介质因素对于一个化合物而言在不同的氘代溶剂中有时所做出来的谱图有很大的差别，这与溶剂分子和溶质分子的特性都有很大的关系。利用这一特性，有时我们在看不清谱图的信息时不妨换一种溶剂来试一试.PH值的大小有时对化合物的谱图会有一定的影响。比如同一化合物特别是一些含氮的化合物在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。Confidential26WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005•如成盐后氮旁边的CH2会低场偏移0.5ppm，同样在CDCl3或DMSO做溶剂的谱图中没有成盐之前的氨活泼氢在0.5－4.0ppm处，但成盐后活泼氢会出在10－12ppm处，并且是两个NH.HCl，这也是鉴定氨是否成盐的一种方法。如果有氢与氢的重合现象，特别是在做二维谱时想看到相关氢的信号，此时可以加少量的氘代苯或氘代乙腈，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.NHHClConfidential27WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005•6）空间因素比如受空间上某些大基团的影响,或者羰基,苯环等对该位置的氢有屏蔽或去屏蔽的影响,范德华力的影响等。•7）氢键的影响特别对活泼氢的影响是很大.氢键的形成，氢键中质子信号明显移向低场.对分子内氢的化学位移也有影响.样品分子间氢键和浓度有关,样品的分子内氢键和浓度无关.样品分子还会与溶剂分子成氢键.Confidential28WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,20052.活泼氢•活泼氢:与O、S、N相连的氢是活泼氢.切记想看活泼氢一定选择氘氯仿或DMSO做溶剂.在DMSO中活泼氢的出峰位置要比CDCl3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范围内变化.有时分子内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。Confidential29WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,20058-10(峰型尖锐)RCOH(醛氢）7-13RCONHR`;ArCONHAr;ArCONHR9-12RNH2.HCl5-8(并且两个氢会分开)RCONH2;ArCONH2;10-14(DMSO);7-10(CDCl3)RSO3H;RCOOH;3-6(CDCl3);5-11(DMSO)ArOH;ArSH;ArNH20.5－4.0ROH;RNH2;R2NH(R是脂肪链基团)BAConfidential30WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,2005NNH2Br2.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.0ppm2.4603.3376.1156.3636.3937.4257.4337.4547.4637.8967.9042.1351.1351.0621.000BA2381YL005-4-11DMSOWuXiPharmaTechCo.Ltd.Confidential31WuXiPharmaTechCo.,LtdSeptember29,20059.08.58.07.57.06.56.05.55.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50.0ppm1.8434.1484.1694.7344.7557.1987.2037.2217.2297.2417.2497.2587.2677.2767.2787.2847.2927.2987.3107.3287.3382.9501.0081.00010.332BA2279YL005-4-8CDCl3WuXiPharmaTechCo.Ltd.NH2OHConfidential32WuXiPharmaTechCo.,LtdSe