C13 NMR -多少信号

化学位移等价——有多少独特的信号?¹³C NMR (proton-decoupled)

就像¹H NMR化学位移等价适用于¹³C NMR。产生的光谱¹³C NMR实验可能并不总是显示一个1:1的比例信号各个碳原子。当两个或两个以上碳原子在分子化学当量核,而不是产生在两个或两个以上的信号¹³C NMR谱,他们就会产生一个信号在特定的化学位移,将代表这些等价的碳原子。为了原子化学当量,其原子核必须通过对称操作的性能可互换(对称的飞机)或快速分子内流程(债券旋转或互变异构化)。碳原子化学等价可能同伦(相同的)或对映异构(等效于非手性溶剂)。

为了这个主题,我们将处理proton-decoupled¹³C NMR为了处理一行组成的光谱信号而不是多胎对应于特定的碳原子。

开始想象这个概念,让我们先从基本的甲烷的例子。甲烷包含一个碳原子。一个¹³C NMR实验会产生一个信号在一个特定的化学位移,频谱对应一个碳甲烷。

乙烷怎么样?乙烷包含两个碳原子。这是否意味着两个信号将产生¹³C NMR实验?

虽然乙烷确实包含两个碳原子,两个信号将不会产生。我们可以看到通过查看乙烷分子包含一个镜像对称面,平分一半。如果我们执行一个对称操作一次翻转乙烷180º(以及它的C₂镜平面轴),我们可以看到,分子的碳原子是相同的在他们的环境中,使它们可以互换。这导致乙烷的化学等价的两个碳原子,产生一个信号¹³C NMR谱。

扩大在这,让我们来看看戊烷。有多少你会期望看到的信号¹³C NMR谱?

三个信号!就像在乙烷的例子中,戊烷有镜像平面向下中间。如果我们一次翻转180°戊烷,我们可以看到三种类型的分子中碳原子。对碳1和5,以及2和4,等位的,而碳3是截然不同的。两个等位的双将产生一个信号,而碳3将产生一个。这导致共有3¹³C NMR信号现在尽管戊烷包含五个碳原子。

这些规则对称的烷烃烯烃和炔烃是一样的。甲苯有任何碳原子是等价的吗?信号会生产多少¹³C NMR实验?

甲苯包含一个镜像平面。如果我们确定mirrorplane并执行旋转操作,我们可以看到,两双相同的碳原子存在除了三个等效的。这加起来总共有5种不同的碳原子会产生信号频谱5独立的化学变化。尽管包含7个碳原子的分子,只有5会产生信号。

让我们尝试一些例子基于到目前为止我们已经讨论过。有多少信号将下面的每个分子产生¹³C NMR实验?

这些化合物生产3信号!就像前面的例子,我们可以通过观察证实碳原子等价分子对称性的飞机。

当一个分子的对称性是扔了吗?如果我们增加一个甲基戊烷,多少你会希望看到一个信号¹³C NMR谱2-methylpentane吗?

添加甲基戊烷将对称的分子。而不是观察平分镜平面上,我们看到一个镜像平面连续运行通过化合物的脂族链,其分支碳之间分裂。对称操作可以由翻转180°分子沿着这个新轴。在这一过程中,我们可以看到两个碳的异丙基组是可以互换的,化学当量。因此,那一对等位的分支的碳将会产生一个信号。外加4信号产生的剩余等效碳链中,五个总将出现在一个信号¹³2-methylpentane C NMR谱。

如上面我们可以看到,分子与轻微的结构差异会导致完全不同的对称性,彻底改变信号的数量上¹³C NMR谱。

这两个醚包含相同数量的碳原子会产生不同数量的信号¹³C NMR谱。二丁基醚包含8个碳但将产生总计4信号由于其平分镜平面,导致每个碳原子被一对等位的的一部分。戊烷基丙基醚还包含8个碳,但镜平面(贯穿原子链)不平分碳原子的分子做出任何等价的。这导致戊烷基丙基醚生产8信号¹³C NMR光谱代表每个8个人的碳原子。

一些regioisomer例子练习怎么样?

虽然regioisomers包含相同数量的碳原子,他们的区别在于取代基定位在不同的化学环境中。这些结构上的差异导致不同的对称性的分子,这对应于每个分子有不同的双等位的碳原子。化学环境不同会导致不同的化学变化,而不同数量的等效和等效碳导致的数量变化的信号。

让我们看一看一个手性分子。你希望多少信号从下面的复合生产吗?

看分子,我们可以看到有一个手性中心出席一个氯取代基的碳原子。这个手性中心的存在可以消除的可能性对称面,使其碳原子等价的。因此,每个8个碳原子的化合物是不同的,生产1每一个信号¹³C NMR谱,共计8个信号。

在上面的示例中,我们可以看出一种化合物的立体化学的数量会影响信号产生光谱。矫形器是什么?不同的分子构象总是会影响信号的数量?让我们看一看2,2,3,3-tetramethylbutane。

就像我们观察¹H MNR,相同的化学等价债券通过快速旋转发生在¹³C NMR。的旋转t丁组发生中央碳碳键的化合物,它们是足够快的速度相对于碳原子的核磁共振“快门速度”成为等效,模糊在一起像车轮的旋转和叶片的风扇。由此产生的信号产生对应于这些原子的光谱将代表平均碳原子的不同的矫形器。所以在这种情况下,矫形器可以忽略,共有两个信号将可见光谱。重要的是要记住,不像¹H核磁共振,¹³C NMR峰值比率不定量使用。这光谱的定性信息仅供有两种类型的分子中碳原子。它没有指定任何数量的初级和叔碳原子。

应用信息我们目前学到一些实践问题。

就像在¹H NMR,一个分子的对称性将大大影响信号产生的数量¹³C NMR谱。找到任何镜子飞机现在和执行必要的对称操作极大地简化了这个光谱方法的预测结果。

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这篇文章是由尼克蒂。谢谢尼克!

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