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文檔簡介
當(dāng)前第1頁\共有40頁\編于星期五\23點§6-2化學(xué)位移:1.13C-NMR化學(xué)位移的決定因素是順磁屏蔽:
氫譜中抗磁屏蔽σd起主要作用,而碳譜中σp起主要作用.M.Karplus和J.A.Pople的計算公式::平均電子激發(fā)能的倒數(shù);:2p電子與核距離立方倒數(shù)的平均值;定性討論:1)σ鍵:電子能級躍遷:
,ΔE大,(ΔE)-1小,小,去屏蔽弱,因此δC小.如:sp3雜化的飽和碳.
2)π鍵:π電子能級躍遷:
ππ*,ΔE小,(ΔE)-1大,
大,去屏蔽強,因此δC大.
Q:分子軌道理論中的鍵級QAA:所考慮的核的2p電子密度的貢獻QAB:所考慮的核與其相連的核的鍵之鍵級當(dāng)前第2頁\共有40頁\編于星期五\23點:生成σ鍵的兩個2pσ原子軌道鍵級.200~7(n-π*)0.4sp2
酮200~8(π-π*)0.8sp2
疊烯(中心C)原子50~80~8(π-π*)0sp
炔100~150
~8(π-π*)
0.4sp2
烯、芳烴
0~50
~10(σ-σ*)
0sp3
烷
C
ΔE(eV)
∑QAB
雜化類型
化合物類型:兩個π鍵級.4)鍵級和平均激發(fā)能對13C
值的影響:3)鍵級的影響:QAA:各種碳原子QAA值相差不大.式中:當(dāng)前第3頁\共有40頁\編于星期五\23點5)2p電子密度對C的影響:δC=-160+287.5式中::π電子密度共用π電子數(shù)目/共軛體系碳原子數(shù)2.鏈狀烷烴及其衍生物:1)影響
的因素:i)取代基的電負性:電負性基團的取代對-C
↑明顯;-C
↑少.ii)空間效應(yīng):a)取代烷基的密集性:脂肪鏈碳原子上的氫被烷基取代后,其值相應(yīng)增大,如:R=CH3:CH3RCH2R2CHR3CR4
:5.715.424.331.4取代基越大,越具分枝,被取代的碳原子的δ也越大,如:當(dāng)前第4頁\共有40頁\編于星期五\23點b)-旁氏(-gauche)效應(yīng):各種基團的取代均使-C的共振稍移向高場
iii)超共軛效應(yīng):C與雜原子(N、O、F)相連后,使-C原子的
向高場位移.
iv)重原子效應(yīng):
C上的H被I或
Br取代后,反而減小.
2)值的近似計算:
i)烷烴:
Lindeman-Adams法:k式中:An:與n有關(guān)的常數(shù)n:k碳原子上所連氫的數(shù)目;N、N、N分別為—位、—位、—位C原子的數(shù)目;
nm:與n、m有關(guān)的常數(shù).
當(dāng)前第5頁\共有40頁\編于星期五\23點ii)取代鏈狀烷烴:
式中:δc(k):相當(dāng)于Ri取代基在k位置(k=、、…)的碳原子的δ值;
:取代基Ri對k碳原子的位移增量.
δc(k,RH):未取代烷烴中k碳原子的δ值;3.環(huán)烷烴及取代環(huán)烷烴:
取代環(huán)己烷C計算公式:
式中:Zks:取代基RI對k碳原子產(chǎn)生的位移增量;
k:取代基相對k碳原子的位置;
s:為a或e鍵.校正項當(dāng)前第6頁\共有40頁\編于星期五\23點
某些脂環(huán)烷烴的C
數(shù)據(jù)當(dāng)前第7頁\共有40頁\編于星期五\23點iii)烯烴除—C外,其它飽和碳原子均可按烷烴計算.iv)共軛效應(yīng):形成共軛雙鍵時,中間的碳原子因鍵級減小,共振移向高場.2)取代烯烴C的近似計算:
公式一:
式中:123.3為乙烯C原子的δ值;
ZKi為Ri取代基對k位C原子δ值的增量;
為雙鍵C原子另一側(cè)的Ri取代基對k位C原子δ值的增量;
S為校正項,它的數(shù)值決定于雙鍵上取代基的相互位置.
例:ii)對取代烯,大致有δ
=C=>δ
-CH=>δCH2=.端烯CH2=的δ值比有取代基的烯碳原子的δ值小10—40.i)乙烯的δ=123.3,取代乙烯δ
100—150;
1)δ的范圍及影響因素:
4.烯烴及取代烯烴:當(dāng)前第8頁\共有40頁\編于星期五\23點5.苯環(huán)及取代苯環(huán):
苯:δ
128.5
1)影響δ值的因素:
i)取代基電負性對C—1δ值的影響:向低場位移.
ii)取代烷基的分枝加多,C—1δ值增加較多,向低場位移.iii)重原子效應(yīng)向高場位移.
iv)中介(mesomeric)效應(yīng):即共振效應(yīng);
苯環(huán)的第二類取代基使鄰、對位碳原子向高場位移;苯環(huán)的第三類取代基使鄰、對位碳原子向低場位移.
公式二:
為Ri取代基對k位置的C原子(k=1,2)的位移增量.式中:當(dāng)前第9頁\共有40頁\編于星期五\23點注意:第三類取代基的作用較小,對被取代C原子的低場位移也小.
當(dāng)前第10頁\共有40頁\編于星期五\23點V)電場效應(yīng):對于硝基苯,鄰位C原子δ值移向高場.2)取代苯環(huán)δ值的近似計算:
6.羰基化合物:如羰基與雜原子或不飽和基團相連,共振移向高場.醛、酮共振在最低場,一般C
>195;
酰氯、酰胺、酯、酸酐,一般C
<185;
,-不飽和酮、醛較飽和酮、醛的C減少.
當(dāng)前第11頁\共有40頁\編于星期五\23點7.氫鍵及介質(zhì)的影響:1)氫鍵:使共振移向低場.2)介質(zhì):溶液稀釋、溶劑變更都可引起溶質(zhì)分子δ值改變.當(dāng)前第12頁\共有40頁\編于星期五\23點§6-3碳譜中的耦合現(xiàn)象及各種去耦方法:1.碳譜中的耦合現(xiàn)象:
最重要的是
影響
1J的因素:
b)取代基電負性增加,
1J相應(yīng)增加.
在芳香環(huán)中,
2.各種去耦方法:
以一個相當(dāng)寬的頻帶照射樣品,將1H核對13C核的耦合全部消除,同時產(chǎn)生NOE(Problem:為什么會產(chǎn)生NOE?),13C的信號最大可增加到原來強度的三倍.缺點:寬帶去耦會使許多有用的分子結(jié)構(gòu)信息失去,如失去了13C-1H耦合信息.
寬帶去耦(broadbanddecoupling)(orwidebanddecoupling):
也稱作質(zhì)子噪聲去耦(protonnoisedecoupling).a)C-H鍵中
s電子所占百分數(shù);當(dāng)前第13頁\共有40頁\編于星期五\23點例:化合物
當(dāng)前第14頁\共有40頁\編于星期五\23點2)偏共振去耦(off-resonancedecoupling):
偏共振去耦是采用一個略微偏高于所有質(zhì)子共振區(qū)間的頻率ω2作雙照射,令質(zhì)子部分去耦,從而保留了直接與13C相連的1H核的耦合,消除了弱的耦合.當(dāng)前第15頁\共有40頁\編于星期五\23點
調(diào)節(jié)去耦頻率2
正好等于某種氫的共振頻率,與該種氫相連的碳原被完全去耦,產(chǎn)生一單峰,其它碳原子則被偏共振去耦.3)
選擇性去耦與低功率選擇性去耦:
當(dāng)前第16頁\共有40頁\編于星期五\23點各種去耦方式的比較
低功率選擇性去耦(lowpowerselectivedecoupling),也稱作長程選擇性質(zhì)子去耦(longrangeselectiveprotondecoupling).它的輻照寬度是長程耦合的頻率寬度,小于選擇性去耦的頻譜寬度.當(dāng)前第17頁\共有40頁\編于星期五\23點4)
門控去耦(gateddecoupling):
FID訊號.FID:FreeInductionDecays自由誘導(dǎo)衰減
當(dāng)前第18頁\共有40頁\編于星期五\23點
所謂“門”,意即用計算機控制一個操作序列,以不同時間間隔控制去耦器的開關(guān).也就是去耦的射頻也采用脈沖方式,但時間卻與共振的脈沖剛好相差.當(dāng)前第19頁\共有40頁\編于星期五\23點當(dāng)前第20頁\共有40頁\編于星期五\23點§6-4.13C的化學(xué)位移與結(jié)構(gòu)的關(guān)系:
13C的個數(shù)相同時,相對峰高有如下次序:順磁性試劑,如[Cr(acac)3],可增強樣品的13C峰的強度.當(dāng)前第21頁\共有40頁\編于星期五\23點不同的13C化學(xué)位移變化范圍一般是0~220.應(yīng)熟記的13Cδ值的范圍:各種羰基碳化學(xué)位移:酮類:188~228醛類:185~208
酸類:165~182酯與酰胺類:155~180
當(dāng)前第22頁\共有40頁\編于星期五\23點§6-5.13CNMR譜在立體化學(xué)中的應(yīng)用:碳的化學(xué)位移對位阻效應(yīng)很敏感,-效應(yīng),-效應(yīng)就是例證.
例:可用-效應(yīng)決定環(huán)己烷的立體化學(xué)δ:C1
:
(A)式比(B)式向高場移動了6.5
C3—CH3:
(A)式比(B)式向高場移動了4當(dāng)前第23頁\共有40頁\編于星期五\23點環(huán)己烷豎鍵取代的CH3越多,δ值愈移向高場;其它取代基也有類似效應(yīng).如:反之,橫鍵取代愈多,13C的δ值愈移向低場.順式異構(gòu)體的OH使整個環(huán)己烷體系內(nèi)的13C的δ值移向高場.結(jié)論:當(dāng)前第24頁\共有40頁\編于星期五\23點幾何異構(gòu)體:順式的13CH3的δ值比反式的向高場移動約5例2
例1當(dāng)前第25頁\共有40頁\編于星期五\23點δ效應(yīng):例1例2當(dāng)前第26頁\共有40頁\編于星期五\23點應(yīng)用舉例:
異構(gòu)體I當(dāng)前第27頁\共有40頁\編于星期五\23點異構(gòu)體II
產(chǎn)物的13CNMR譜表明:C6與31P有耦合.因而否定了①′,②′,③′,④′.∴反應(yīng)是區(qū)域定向(regiospecific).
當(dāng)前第28頁\共有40頁\編于星期五\23點基準物為:當(dāng)前第29頁\共有40頁\編于星期五\23點當(dāng)前第30頁\共有40頁\編于星期五\23點§6.7核磁共振碳譜的解析:1.樣品的制備及作圖:
1)樣品的制備2)作圖
2.碳譜解析的步驟:
1)鑒別譜圖中的真實譜峰:
i)溶劑峰;
ii)雜質(zhì)峰;
iii)選擇好作圖條件,不要遺漏季碳譜線.
2)由元素組成式計算化合物的不飽和度
3)分子對稱性的分析
4)碳原子δ值的分區(qū)
5)碳原子級數(shù)的確定
6)推出結(jié)構(gòu)單元并進一步組合成若干可能的結(jié)構(gòu)式
7)進行對碳譜的指認
當(dāng)前第31頁\共有40頁\編于星期五\23點3.譜圖解析舉例例1.某未知物分子式為C6H10O2,有如下核磁共振碳譜數(shù)據(jù),試推導(dǎo)其結(jié)構(gòu).
δ(ppm)14.317.460.0123.2144.2166.4譜線多重性qqtdds解:=C+1-H/2=6+1-10/2=2δ
166.4
60.0CH2144.2123.217.4,14.32×CH3化合物可能的結(jié)構(gòu)為:14.360.0166.4144.2123.217.4當(dāng)前第32頁\共有40頁\編于星期五\23點例2.某未知物分子式為C11H14O2,有如下核磁共振碳譜數(shù)據(jù),試推導(dǎo)其結(jié)構(gòu).
δ(ppm)39.955.655.7111.9
112.5
115.5
120.7
132.7137.9147.9
149.4譜線多重性tqqddtdsdss解:=C+1-H/2=11+1-14/2=5δ
111.9~149.455.6,55.72×OCH339.9CH2化合物可能的結(jié)構(gòu)為:當(dāng)前第33頁\共有40頁\編于星期五\23點例3.未知物分子式為C11H14O2,其核磁共振氫譜、碳譜及DEPT分別如圖3.17、圖3.18及圖3.19所示.試推出其結(jié)構(gòu).
當(dāng)前第34頁\共有40頁\編于星期五\23點當(dāng)前第35頁\共有40頁\編于星期五\23點當(dāng)前第36頁\共有40頁\編于星期五\23點解:=C+1-H/2=11+1-14/2=5由DEPT譜:
δ
137.8
為季碳72.5
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