1H NMR:有多少信号?

一个分子中有多少独特的1H NMR信号?

一个分子的质子(1H)核磁共振谱中会出现多少个信号?如果答案就像数质子数一样简单，那么我们就不会费事问这个问题了，对吧?

这篇文章的目的是帮助你找到这类问题的答案。我们的计划是从最简单的例子开始，然后慢慢地到更复杂的例子。我们将看到质子将具有等效的1H NMR信号(化学位移当量)如果它们可以通过三个相互叠加

• 通过分子中的镜面反射
• 分子本身的旋转[反转中心]
• 快速键旋转(这有“模糊”信号在一起的效果，平均它们)

目录

1. 溴乙炔和乙炔
2. 化学位移等价性
3. 乙烯
4. 甲烷
5. 苯
6. 识别对称平面
7. 双取代的苯
8. 氯乙烯
9. 化学键旋转的化学位移等效
10. 更多的例子
11. 笔记

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1.溴乙炔和乙炔

溴乙炔大概是含有一个质子的分子中最简单的例子一个峰在1H NMR谱中(CCl4的化学位移为2.33 [裁判])。

乙炔本身(C₂H₂)有两个质子。这意味着它有两个信号吗?

不。尽管质子数增加了一倍，但正确答案仍然是一个信号。

为什么呢?

2.化学位移等价性

回想一下，质子核磁共振信号的“化学位移”表示氢核被其周围的电子屏蔽。

两个质子乙炔都在相同的电子环境中。注意，我们可以翻转乙炔180度，或者沿轴旋转，两个质子就完全无法区分了。这意味着这两个质子会有完全相同的化学位移。[注-它将积分为2]。

我们称之为化学位移等价。

当两个或更多的质子在化学上是等效的，它们将有助于在1H NMR谱中一个特定化学位移的单个信号的产生。例如，如果一个分子上的三个氢在化学上是等价的，那么在光谱中就不会产生三个不同的信号，而是只会产生一个信号来代表所有三个。

这种化学位移等价性是氢核通过对称操作(对称平面)或快速分子内过程(键旋转或互变异构)可互换的结果。

具有这种等价性的氢可以是同位的(相同的)或对映异构的(在非手性溶剂中等价的)。

[我们在核磁共振谱中观察到的峰数将对应于其中的质子数不同的环境。］

3.乙烯

让我们用最简单的方法进一步展开烯烃，乙烯(又名“乙烯”)。乙烯含有4个氢。我们能观察到多少信号?

答案仍然是“一个”。四个质子，但在1H NMR谱中只有一个峰。

看一下乙烯，我们可以看到两个明显的对称平面，它们将分子垂直和水平地切成两半。沿着这些轴进行对称运算可以证实它的四个氢是可互换的。这四个原子核位于相同的分子内环境中，使它们在化学上是相等的。因此，1H NMR实验的性能将在光谱中只产生一个信号，以代表单个化学位移的所有四个氢。[核磁共振谱]。

4.甲烷

到目前为止，我们已经看到了炔烃而且烯烃．现在，让我们来看看像甲烷这样的烷烃。

甲烷是一种高度对称的分子，它包含许多对称平面——确切地说是13个。通过执行这些对称操作中的几个，例如上图所示的围绕四个旋转轴旋转，我们可以看到甲烷的所有四个氢都是可互换的。这四个等效质子在光谱上的一个化学位移上会产生一个信号。

5.苯

苯呢?6个质子。多少个信号?

一个!

苯是另一种含有多个对称平面的化合物。通过镜面和多次旋转，苯的六个氢都是同伦的。这些也只会在1H NMR谱中产生一个信号。

让我们应用并展开一点。根据我们目前学到的知识，下面的每个分子会产生多少信号?

6.识别对称平面

寻找对称的平面。

他们每人生产1个!这可以通过观察每个分子中所代表的基本镜面来证实。如果沿着它们的旋转轴进行更多的对称操作，进一步的确认是可能的。

再举几个更复杂的例子怎么样?

7.双取代的苯

二氯苯有三种异构体。昊图公司二氯代苯,元二氯代苯,帕拉二氯苯。每个峰有多少个?

[失踪帕拉］

事实上，这些分子包含镜面和旋转轴。然而，包含一个对称平面并不自动认为所有的氢都是等效的。氢原子可能仍然是唯一的，尽管它们的对称性取决于它们相邻的原子。

有些替换模式会产生对称平面，有些则不会。

8.氯乙烯

那么氯乙烯呢?

氯乙烯不是一个很对称的分子。它缺乏一个对称平面，使得它的任何一个氢都可以互换。它的每个质子都在一个独特的环境中，并将在1H NMR频谱中产生自己的信号。并不是所有的烯烃氢总是相同的。

我们再来看一些烷烃。

9.化学键旋转的化学位移等效

我们看到甲烷由于其旋转对称性产生了一个信号。乙烷呢?

我们可以通过乙烷的镜像平面看到它的氢是相等的，但这只是我在这里画的函数。但是回想一下分子的碳碳键是旋转的。乙烷的构象会影响其1H NMR谱中产生的信号的数量吗?

答案是否定的!虽然乙烷中确实发生了甲基的旋转，但旋转的速度相对于核磁共振的“快门速度”足够快，以至于氢变得等效并模糊在一起，就像自行车车轮或风扇叶片的旋转一样。产生的信号由不同构象中氢的平均值组成。乙烷的情况下，它的构象可以忽略1H NMR的目的。在它的频谱中只会产生一个信号。

这种通过快速旋转键的等价性也适用于其他烷烃。

正如我们在上表中所看到的，碱性烷烃链包含对称平面，这些对称平面将分子从正中间平分。这种对称性和快速的键旋转都有助于等效烷基氢。这些分子在1H NMR谱中产生的信号的数量可以通过计算对称平面一侧不同氢的数量来确定。

10.更多例子

运用我们所学的知识，让我们来举几个例子。

我们可以看到，即使这些分子有丰富的质子，它们的对称性大大减少了1H NMR实验产生的信号数量。使用对称性操作来寻找质子等价可以大大简化!

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笔记