[科普中国]-氢谱解析

氢谱解析，即核磁共振氢谱解析，是利用核磁共振波谱原理对谱图进行分析，以确定被测物质的分子式及结构信息的技术。

氢谱信息简介氢谱提供的信息由化学位移、偶合常数及峰面积积分曲线分别提供含氢官能团、核间关系及氢分布等三方面的信息1。具体如下：

（1）峰的数目：标志分子中磁不等价质子的种类；

（2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)；

（3）峰的位移(δ)：每类质子所处的化学环境；

（4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数；

（5）偶合常数(J)：确定化合物构型。

峰面积和氢核数目的关系在1H-NMR谱上，各吸收峰覆盖的面积与引起该吸收的氢核数目成正比。峰面积常以积分曲线高度表示。积分曲线的画法由左至右，即由低磁场向高磁场。

积分曲线的总高度（用cm或小方格表示）和吸收峰的总面积相当，即相当于氢核的总个数。而每一相邻水平台阶高度则取决于引起该吸收峰的氢核数目。

当知道元素组成时，即知道该化合物总共有多少个氢原子时，根据积分曲线便可确定图谱中各峰所对应氢原子数目，即氢分布；如果不知道元素组成，但图谱中有能判断氢原子数目的基团（如甲基、羟基、取代芳环等），以此为基准也可以判断化合物中各种含氢官能团的氢原子数目2。

氢谱解析前的要求1、样品纯度应>98%。

2、选用良溶剂；

3、样品用量：CW仪器一般样品需10mg左右，否则信号弱，不易获得正常图谱。FT-NMR仪器，样品量由累加次数确定(一般只需要几个毫克即可)；

4、推测未知物是否含有酚羟基、烯醇基、羧基及醛基等，以确定图谱是否需扫描至δ10以上；

5、推测未知物是否含有活泼氢(OH、NH、SH及COOH等)，以决定是否需要进行重水交换。

氢谱解析步骤(1) 区分出杂质峰、溶剂峰、旋转边带。
杂质含量较低，其峰面积较样品峰小很多，样品和杂质峰面积之间也无简单的整数比关系。据此可将杂质峰区别出来。
氘代试剂不可能100%氘代，其微量氢会有相应的峰，如CDCl3中的微量CHCl3在约7.262ppm处出峰。

(2) 计算不饱和度。
不饱和度即环加双键数。当不饱和度大于等于4时，应考虑到该化合物可能存在一个苯环（或吡啶环）。

(3) 确定谱图中各峰组所对应的氢原子数目，对氢原子进行分配。

根据积分曲线，找出各峰组之间氢原子数的简单整数比，再根据分子式中氢的数目，对各峰组的氢原子数进行分配。

(4) 对每个峰的δ、J都进行分析。

根据每个峰组氢原子数目及δ值，可对该基团进行推断，并估计其相邻基团。

对每个峰组的峰形应仔细地分析。分析时最关键之处为寻找峰组中的等间距。每一种间距相应于一个耦合关系。一般情况下，某一峰组内的间距会在另一峰组中反映出来。

通过此途径可找出邻碳氢原子的数目。

当从裂分间距计算J值时，应注意谱图是多少兆周的仪器作出的，有了仪器的工作频率才能从化学位移之差Δδ(ppm)算出Δν(Hz)。当谱图显示烷基链3J耦合裂分时，其间距（相应6－7Hz）也可以作为计算其它裂分间距所对应的赫兹数的基准。

(5) 根据对各峰组化学位移和耦合常数的分析，推出若干结构单元，最后组合为几种可能的结构式。每一可能的结构式不能和谱图有大的矛盾。

(6) 对推出的结构进行指认。

每个官能团均应在谱图上找到相应的峰组，峰组的δ值及耦合裂分（峰形和J值大小）都应该和结构式相符。如存在较大矛盾，则说明所设结构式是不合理的，应予以去除。通过指认校核所有可能的结构式，进而找出最合理的结构式。必须强调：指认是推结构的一个必不可少的环节。

氢谱解析举例**例1：**已知某化合物分子式为C3H7NO2。测定氢谱谱图如下所示，推定其结构。

**解析：**计算不饱和度u=1,可能存在双键，1.50和1.59ppm有小峰，峰高不大于1个质子，故为杂质峰。经图谱可见有三种质子，总积分值扣除杂质峰按7个质子分配。从低场向高场各峰群的积分强度为2：2：3，可能有－CH2－、－CH2－、－CH3－基团。各裂分峰的裂距（J），低场三重峰为7Hz，高场三重峰为8Hz，所以这两个三峰没有偶合关系，但它们与中间六重峰有相互作用。这六重峰的质子为2个，所以使两边信号各裂分为三重峰。则该化合物具有CH3－CH2－CH2－结构单元。参考所给定的分子式应为CH3－CH2－CH2－NO2，即1－硝基丙烷。

**例2：**已知某化合物分子式为C7H16O3，其氢谱谱图如下图所示，试求其结构。

解析：计算不饱和度u=0，为饱和化合物。从谱图看出有三种质子，其质子比为1：6：9，δ为1－4之间有明显CH3－CH2－的峰形，δ1.2为CH3－CH2－中甲基峰，9个质子三个等价甲基，被邻接－CH2－分裂为三重峰。δ3.6处应为－CH2－，有6个质子三个等价亚甲基，可能连接氧原子，所以在较低场共振，同时被邻接甲基分裂为四重峰。更低场δ5.2处为单峰，含有1个质子，说明无氢核邻接，是与氧相接的一个次甲基峰。连接各部分结构应为(CH3－CH2－O)3CH与标准谱对照相吻合3。

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学