核磁共振氫譜
核磁共振氫譜 (也稱氫譜, 或者 1H譜) 是一種將分子中氫-1的核磁共振效應體現於核磁共振波譜法中的應用。可用來確定分子結構。[1] 當樣品中含有氫，特別是同位素氫-1的時候，核磁共振氫譜可被用來確定分子的結構。氫-1原子也被稱之為氕。
簡單的氫譜來自於含有樣本的溶液。為了避免溶劑中的質子的干擾，製備樣本時通常使用氘代溶劑（氘=2H， 通常用D表示），例如：氘代水D2O，氘代丙酮(CD3)2CO，氘代甲醇CD3OD，氘代二甲亞碸(CD3)2SO和氘代氯仿CDCl3。同時，一些不含氫的溶劑，例如四氯化碳CCl4和二硫化碳CS2，也可被用於製備測試樣品。
歷史上，氘代溶劑中常含有少量的（通常0.1%）四甲基矽烷（TMS）作為內標物來校準化學位移。TMS是正四面體分子，其中所有的氫原子化學等價，在譜圖中顯示為一個單峰，峰的位置被定義為化學位移等於0ppm[2] 。TMS易於揮發，這樣有利於樣品的還原。現代的核磁儀器可以以氘代溶劑中殘餘的氫-1（如：CDCl3中含有0.01% CHCl3）峰作為參照，因此現在的氘代試劑中通常已經不再添加TMS。
氘代溶劑的應用允許核磁共振儀磁場強度的自然漂移可以被氘頻率-磁場鎖定（也被描述為氘鎖定或者磁場鎖定）所抵消。為了實現氘鎖定，核磁共振儀監視着溶液中氘信號的共振頻率，通過對的調整來保持共振頻率的恆定[3]。另外，氘信號也可以被用來更加準確的定義0ppm，這是因為氘代溶劑的共振頻率以及其與TMS的共振頻率之差都是已知的。
大部分有機化合物的核磁共振氫譜中的表徵是通過介於+14ppm到-4ppm範圍間化學位移和自旋偶合來表達的。質子峰的積分曲線反映了它的豐度。
簡單的分子有着簡單的譜圖. 氯乙烷的譜圖中包含一個位於1.5ppm的三重峰和位於3.5ppm的四重峰，其積分面積比為3:2。苯的譜圖中只有位於7.2ppm處的單峰，這一較大的化學位移是芳香環中的反磁性環電流的結果。
通過與碳-13核磁共振協同使用，核磁共振氫譜成為了表徵分子結構的一個強有力的工具。
化學位移 編輯
化學位移符號δ雖稱不上精準但廣泛存在，因此常常作為譜學分析中的重要參考數據。範圍一般在 ±0.2 ppm ，有時更大。確切的化學位移值取決於分子的結構、 溶劑、溫度及該NMR分析所用的磁場強度及其他相鄰的官能團。氫原子核對鍵結氫原子的混成軌域和電子效應敏感。核子經常因吸引電子的官能基解除屏蔽。未屏蔽的核子會反應較高的δ值，而有屏蔽的核子δ值較低。
官能基如羥基（-OH）、酰氧基（-OCOR）、烷氧基（ -OR ）、硝基（-NO2 ）和鹵素等均為吸引電子的取代基。 這些取代基會使Cα上相連的氫峰向低場移動大約2-4 ppm， Cβ上相連的氫峰向低場移動大約1-2 ppm。 Cα 是與取代基直接相連的碳原子， Cβ 是與Cα 相連的碳原子. 羰基, 碳碳雙鍵和 芳香環等含「sp2」 雜化碳原子的基團會使其Cα上相連的氫原子峰向低場移動約1-2 ppm 。
需要注意的是，活潑的質子如羥基 （-OH）、胺基（-NH2）、巰基（-SH）不會形成明顯的化學位移。 不過，這些峰可以通過活潑氫與D2O中的氘的交換作用而消失，因此可以被用來鑑定特徵峰。
| 官能基 | CH3 | CH2 | CH |
|---|---|---|---|
| CH2R | 0.8 | 1.3 | 1.6 |
| C=C | 1.6 | 2.0 | 2.6 |
| C≡C | 1.7 | 2.2 | 2.8 |
| C6H5 | 2.3 | 2.6 | 2.9 |
| F | 4.3 | 4.4 | 4.8 |
| Cl | 3.0 | 3.4 | 4.0 |
| Br | 2.7 | 3.4 | 4.1 |
| I | 2.2 | 3.2 | 4.2 |
| OH | 3.3 | 3.5 | 3.8 |
| OR | 3.3 | 3.4 | 3.7 |
| OC6H5 | 3.8 | 4.0 | 4.3 |
| OCOR | 3.6 | 4.1 | 5.0 |
| OCOC6H5 | 3.9 | 4.2 | 5.1 |
| OCOCF3 | 4.0 | 4.4 | / |
| CHO | 2.2 | 2.4 | 2.5 |
| COR | 2.1 | 2.2 | 2.6 |
| COOH | 2.1 | 2.3 | 2.6 |
| COOR | 2.0 | 2.3 | 2.5 |
| CONR2 | 2.0 | 2.1 | 2.4 |
| CN | 2.1 | 2.5 | 3.0 |
| NH2 | 2.5 | 2.7 | 3.0 |
| NR2 | 2.2 | 2.4 | 2.8 |
| NRC6H5 | 2.6 | 3.0 | 3.6 |
| NR3+ | 3.0 | 3.1 | 3.6 |
| NHCOR | 2.9 | 3.3 | 3.7 |
| NO2 | 4.1 | 4.2 | 4.4 |
| SR | 2.1 | 2.5 | 3.1 |
| SOR | 2.6 | 3.1 | / |
| =O (脂肪醛) | / | / | 9.5 |
| =O (芳香醛) | / | / | 10 |
| M-H (金屬的氫配合物) | / | / |
自旋偶合裂分 編輯
在一維核磁共振氫譜中，自旋耦合引起的峰分裂相關於與該原子耦合的H的磁環境的數目，以及每種磁環境（magnetic environment）[4]下H的數目、自旋耦合常數（單位：Hz）。每一種磁環境會引起一次峰分裂，而峰分裂的形態則取決於該磁環境下H的數目，以及相關的耦合常數。
理論上而言，在足夠低的溫度下，每一個耦合的H都與峰H有着不同的耦合常數；但在實際中一些H由於對稱性以及熱運動（如甲基上的三個氫會快速旋轉）會無法在NMR中區分耦合常數。這使得從結果上而言，在某一種磁環境下若包括n個H，則會使原峰分裂成n+1個；同時，磁環境的數目等同於自旋耦合裂分的次數。
例如，在H2C=CH-CH3的1H NMR中，二號C上的H會因為自旋耦合而形成三重-四重峰（或四重-三重峰，取決於耦合常數的大小）：兩種磁環境；一種下有2個H，一種下有3個H。如果足夠清晰，在圖譜上會有3*4=12個小尖。
碳衛星峰和旋轉邊峰 編輯
另見 編輯
參考文獻 編輯
- ^ R. M. Silverstein, G. C. Bassler and T. C. Morrill, Spectrometric Identification of Organic Compounds, 5th Ed., Wiley, 1991.
- ^ The Theory of NMR - Chemical Shift. [2015-02-27]. （原始內容存檔於2015-01-23）.
- ^ 美國專利4110681（於1978年08月29日註冊）Donald C. Hofer; Vincent N. Kahwaty; Carl R. Kahwaty——NMR field frequency lock system。
- ^ Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR spectroscopy) – An Overview. （原始內容存檔於2021-01-08）.
外部連結 編輯
- 1H-NMR Interpretation Tutorial （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Spectral Database for Organic Compounds （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Proton Chemical Shifts
- 1D Proton NMR 1D NMR experiment