正文 核磁共振波譜分析技術的原理及應用(2 / 3)

偶合常數不受儀器、溶劑等外界因素的影響,是和分子結構有關的一個參數;偶合裂分的數目、裂分後各譜線的強度以及各峰的裂距(偶合常數),是核磁共振波譜中重要的結構參數。

(1)偶合裂分峰的數目分析核磁共振圖譜,每一個質子裂分的數目受到質子周圍存在的相互偶合作用的質子數目影響。一個質子在磁場中有順、反兩個取向,兩種取向能級不同,對周圍質子就會產生兩種不同的偶合作用,因此被偶合的質子裂分為雙重峰。兩個質子存在時,則產生三種不同的取向:兩個質子平行於外磁場方向、兩個質子反平行方向或一個質子平行而另一個質子反平行。這三種不同的取向,使被偶合的質子產生三重裂分;依此類推,若n個質子存在,就會出現(n+1)重裂分峰。

若與質子偶合的不是質子,而是其他磁性核,核的自旋量子數為I,核的數目為n,此時產生的質子裂分數目為(2nI+1)重峰。若在質子周圍存在磁不等價的質子,其化學位移和偶合常數不同,兩類質子的數目分別為n和n′,其裂分數目為(n+1)·(n′+1)。裂分遵循(n+1)或(n+1)·(n′+1)規律的核磁共振波譜稱為一級譜;偶合裂分不遵循(n+1)或(n+1)·(n′+1)規律的核磁共振波譜稱為二級譜。

(2)偶合裂分峰的強度關係偶合裂分生成的各個峰的強度在一級譜中遵循二項式(a+b)n展開後各項係數的規律,即:二重裂分兩個峰的強度為1∶1;三重峰的強度比為1∶2∶1;四重峰的強度比為1∶3∶3∶1;五重峰的強度比為1∶4∶6∶4∶1。

(3)裂分峰的距離——偶合常數同組核偶合裂分後各峰之間的距離相等,其間距稱為偶合常數。偶合常數也是一個重要的結構常數,但它與結構的相關性及變化規律,還不夠嚴格。

(三)質子核磁共振(1H-NMR)譜的一般解析步驟

由於氫譜最容易獲得,其靈敏度也最高,因此質子核磁共振(1H-NMR)譜的解析是核磁共振技術中最基本的環節。若從氫譜中獲得的信息足以進行結構的判斷,則可減少其他複雜的核磁共振分析。常規解析步驟如下。

(1)檢查圖譜的效果主要檢查獲得圖譜峰的對稱性、分辨率、線性及信噪比等參數。若峰的對稱性不好,會影響麵積積分的準確度;分辨率和線性主要由儀器勻場操作的優化程度決定,由溶劑或內標信號峰的寬度,可知儀器勻場操作的效果。在核磁共振分析過程中,靈敏度與分辨率成正比,分辨率越高,信號的靈敏度也越高,因此勻場操作是核磁共振分析過程中的首要環節。

(2)辨認圖譜中的有效峰與無效峰辨認出圖譜中的溶劑峰、旋轉邊帶峰、13C衛星峰及微量組分雜質峰。溶劑峰由使用的溶劑加以確認;旋轉邊帶峰由改變樣品管的轉速加以確認;13C衛星峰是由13C-1H之間的偶合裂分引起的。微量組分雜質峰主要由溶劑引起,樣品中的信號峰,在強度、位移及裂分數目等方麵有較為合理的相關性。

(3)給出各峰代表的質子數及總質子數將此結果與質譜、元素分析等方法得到的結果進行比較。

(4)由各組峰的位移推測結構中存在的基團根據化學位移的一般規律,可對待測物質的結構類型及主要官能團進行分類判斷。進一步確定各峰所代表的基團及各基團間的關係,可參考相關專著中有關化學位移的經驗圖表。

(5)由偶合裂分結果找出各基團間的關聯性,進行更為仔細的結構分析測定各峰的裂距、峰形及峰麵積,推測這些基團之間的連接關係,在一維譜圖中分析比較困難,在二維譜圖分析中,較為容易分析。

(6)進行複雜裂分峰的分析有時譜圖中會出現裂分較多或重合嚴重的峰,這些常常是由化學位移相近疊加、各種氫之間的強偶合及核磁共振中出現的磁不等價所引起的。

需要指出的是:分子立體結構中的磁不等價引起的峰的裂分,是核磁共振中的一個特殊現象。分子中兩個相同的原子或基團在相同的化學環境時,它們的化學性質相同(即化學等價),但它們在磁場中並不一定是磁等價的。例如:若分子中存在手性碳時,與手性碳相聯的前手性兩個基團,在立體化學中,通過對稱操作,不能重合,這種非對映異位的基團是磁不等價的,在核磁共振分析圖譜中將產生不同的位移。此外,某些單鍵不能快速自由旋轉時,雖然聯結了兩個相同的基團,化學等價,但磁是不等價的。