碳谱与氢谱的基本原理相同,化学位移定义及表示方法与氢谱一致。所以内标物也与氢谱相同,统一用TMS作为碳谱化学位移的零点。
影响碳谱化学位移的因素很多,主要有杂化效应、诱异效应及磁各向异性等。而且磁各向异性中的顺磁屏蔽效应占主导作用,它使碳核的核磁共振倍号大幅度移向低场。值受碳原子杂化影响顺序与平行。
屏蔽常数的顺序为: 。碳谱的化学位移为在-2.1~43, 在100~165,sp-c在67~92。取代基电负性对α位亚甲基的影响也与 平行。随着取代基电负性的增大,去屏蔽增大,α 碳化学位移增大;而对β位的影响,近似为一常数。各类碳的化学位移顺序与 氢谱中各类碳上对应质子的化学位移顺序大体一致,若质子在高场,则该质子连接的碳也在高场;反之,若质子在低场,则该质子连接的碳也在低场。
碳与其相连的质子偶合常数很大,大约在100~200HZ。碳与氢的偶合使得碳谱很复杂,不易辨认,在实验中往往采用各种去偶方法,对某些或者全部偶合作用加以屏蔽,使谱图简单化。目前所见的碳谱一般都是质子去偶谱。一般采用三种去偶法:氢宽带去偶,偏共振去偶和选择性质子去偶法。
质子宽带去偶也称噪声去偶(proton noi decoupling)。是在扫描时,同时用一个强的去偶射频在可使全部质子共振的频率区照射,覆盖全部质子的共振频率,使所有氢对碳核的偶合影响全部消除,因此,每种化学等价的碳核在图谱上均表现为一个单峰,即一条谱线。
其他核比如:D, , 对碳的偶合一般还存在,峰的重数由核的个数和自旋量子数决定,用 计算,即 ;因此,基团有个峰,有三个碳峰;基团,有个峰,如基团 有四重峰。
在分子没有对称因素和氘,F和P等元素时,每个碳原子都只出一个峰,互不重叠。并且由于多重偶合峰合并成了单峰,提高了信噪比,提高了信号强度,更容易得到。去偶时伴随有NOE(nulear overhaur effect)效应,使碳核的信号强度增强。一般增强1~2倍。但由于NOE作用不同,峰高不能定量反应碳原子的数量,只能反映碳原子种类的个数。
质子宽带去偶
灵敏度低:为的,的天然丰度只占1.108%,所以含碳化合物的 NMR信号很弱,需要借助FT-NMR。但PFT-NMR扭曲了信号强度,不能用积分髙度来计算碳的数目。
分辨能力高:谱线之间分得很开,容易识别;
化学位移范围大:0~300 ppm,是NMR谱的20~30倍。
自然丰度低:不可能同时有两个出现在一个分子中,不必考虑与的偶合,只需考虑 - 偶合;
无法区别碳上连接的核数目。
掌握碳原子,特别是无H连接时的信息,确定碳原子级数。
容易实现双共振实验。
准确测定驰豫时间,可作为化合物结构鉴定的波谱参数,帮助指认碳原子。
质子去偶谱的缺点是不能获得与碳核直接相连的的偶合信息,因而也就不能区别伯、仲、叔碳。
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