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简化图谱的实验方法-波谱分析及应用

时间:2023-11-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:但是实际上,外磁场的增强受到技术条件的限制,所以,只能说这是简化谱图的一种方向。图3-31AB和AX系统2.自旋去偶技术NMR谱的复杂情况主要来自核磁之间的自旋偶合,为了简化因这些原因引起的复杂情况,可以在实际中采取自旋去偶的方法,即在样品受到固定射频照射进行扫场的同时,用另一种能引起去偶磁场共振的射频进行饱和照射。

简化图谱的实验方法-波谱分析及应用

1.改变外加磁场强度

在NMR谱上,要判明吸收峰的间距是化学位移差(Δν)还是偶合分裂的裂距(J),可以采用测试时改变磁场的方法判别。因为Δν随外磁场变化而变化,而J不随外磁场变化而变化。

比值Δν/J是决定NMR谱复杂性的关键因素,只要Δν/J足够大(如>6),就可以利用一级近似规律求解,能够用一级近似规律的都是简单易解的图谱,所以,原则上说,只要外磁场足够强,高级谱都能变成一级谱图(至少近似一级谱图)。但是实际上,外磁场的增强受到技术条件的限制,所以,只能说这是简化谱图的一种方向。图3-31Δν/J=3为AB系统,Δν/J>10为AX系统,因为J不随外磁场变化,Δν随外磁场发生了变化,所以说明改变外加磁场强度可以使AB系统变为AX系统。

图3-31 AB和AX系统

2.自旋去偶技术

NMR谱的复杂情况主要来自核磁之间的自旋偶合,为了简化因这些原因引起的复杂情况,可以在实际中采取自旋去偶的方法,即在样品受到固定射频照射进行扫场的同时,用另一种能引起去偶磁场共振的射频进行饱和照射。这时受饱和照射的磁核进行快速跃迁,不能与邻近磁核实现偶合,谱图上与此相关的偶合分裂也就消失,使图谱得到简化,如图3-32所示。

3.NOE技术

NOE技术属另一类型的双照射技术。某一自旋核饱和时,这时与其相近的另一个核的共振信号强度(吸收峰面积)会加强。由于偶合核吸收面积的改变与两核之间的距离有关,所以在结构测定上NOE技术是很有价值的。

产生这一现象是自旋—晶格弛豫效率增大(T1变小)的结果,在讨论弛豫机理时讲到Δt·ΔE≈h。显然,当T1变小时,即Δt变小,ΔE变大,反映在图谱上,即吸收峰面积增加。

图3-32 自旋去偶示意图

当饱和照射—CH3时,Ha吸收峰面积增加16%,照射—C2H5时,Ha吸收峰面积无变化。

当照射δ1.42(—CH3),Ha吸收峰面积增加17%,当照射δ1.97(—CH3),Ha共振强度无变化,说明Ha与—CH3(δ1.42)为顺式结构。

4.位移试剂

能够引起不等价质子化学位移差距增大的试剂叫作位移试剂。位移试剂常是一些过渡元素的有机配合物(稀土族—镧系离子),质子共振峰之所以会发生位移,是由于位移试剂中顺磁性离子(如Er、Pr)所含未成对电子引起的,它可以部分地在整个分子中有所扩散,因此对各个磁核有强烈的影响。

图3-33 位移试剂应用示例

共振谱中的某一吸收峰,由于溶剂或结构的改变向低磁场移动,称为顺磁性位移,δ值增大;反之,向高磁场移动,称为抗磁性位移,δ值减小。

常用的位移试剂是三(2,2,6,6-四甲基庚二酮-3,5)铕,以缩写Eu(DPM)3作为标记符号。(www.xing528.com)

位移试剂在结构测定方面的主要应用是简化谱型,使各质子信号拉开,原来无法辨认的一簇峰变得清晰,可以用“一级近似”进行分析。

图3-33为正丁醚的核磁共振图谱。可以看出,由于Eu(DPM)3的加入,各质子信号显著被拉开。

5.重氢交换

与N、O、S原子相连的活泼氢(OH、NH、SH)可用重水处理,产生重氢(氘)交换,交换后的NMR谱中不再出现活泼氢的共振信号。产生这一现象是由于在同一磁场中,氘的共振信号离质子的共振信号相当远,例如,质子在60MHz共振时,氘在9.2MHz共振,从信号的消失可以判断分子中含有活泼氢。

另外,当活泼氢与其他质子之间存在偶合时,经过重氢交换,偶合分裂现象在图谱中会消失。因为重氢的偶合常数仅是质子的1/6.3,相当于去偶作用,从而使谱图得到简化。

6.溶剂效应

如前所述,选择不同的溶剂会对样品的化学位移发生不同的影响,使原来重叠和相距非常近的吸收信号拉开,从而使谱图得到简化。

对于乙腈、N-烷基甲酰胺、醛、α或β不饱和酮以及一些芳香化合物,当用苯做溶剂时,由于苯的各向异性效应,使不同质子受到不同的屏蔽作用,结果吸收信号被拉开。例如,苯环对酮类化合物的屏蔽作用如图3-34所示。

图3-34 苯环对酮类化合物的屏蔽作用

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