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有機(jī)物中的13種化學(xué)位移的作用介紹
      
  各類(lèi)有機(jī)化合物官能團(tuán)的。13C化學(xué)位移δ值(以TMS為標(biāo)準(zhǔn)),隨其雜化不同而異,均有一定的特征范圍。
  (1)開(kāi)鏈烷烴
  Sp3雜化的開(kāi)鏈烷碳的化學(xué)位移δ值一般都小于50ppm。一般說(shuō)來(lái),在直鏈烷烴中被測(cè)碳(以k標(biāo)記)的a一或β一位每增加一個(gè)烷基,都可使其化學(xué)位移增加9ppm,而在其r位每增加一個(gè)烷基卻使其位移減小2.5ppm。
  官能團(tuán)取代對(duì)其a一、β一及r一碳的化學(xué)位移影響各不相同,相隔四個(gè)價(jià)鍵以上的影響小于1ppm,可以忽略不計(jì)。
  多取代烷中,官能團(tuán)的取代影響具有加和性。因此,在測(cè)得或求得相應(yīng)母體烷烴碳的化學(xué)位移值(作為基數(shù))之后,加上取代位移參數(shù),即可對(duì)各種取代烷烴碳的化學(xué)位移進(jìn)行預(yù)測(cè)。特別是對(duì)于含復(fù)雜烷鏈的化合物,由于(CH2)n鏈中的碳峰具有完全相同的多重性,且在13C—NMR及1H—NMR譜中信號(hào)常常密集或重疊,利用雙共振技術(shù)甚至多脈沖技術(shù)有時(shí)也難解析。這時(shí),運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算預(yù)測(cè),常有助于對(duì)這類(lèi)化合物13C—NMR譜的解析。
  顯然,多取代烷中取代基間有相互作用時(shí),取代位移常常偏離加和性,從而使個(gè)別碳的預(yù)測(cè)位移與實(shí)測(cè)值相差很大。但是,在多數(shù)情況下,實(shí)測(cè)各碳的化學(xué)位移順序與預(yù)測(cè)結(jié)果相符,有助于復(fù)雜光譜的解析。
  (2)環(huán)烷烴
  環(huán)烷烴和雜環(huán)化合物在藥物中占有重要地位。除環(huán)丙烷外,環(huán)烷烴碳的化學(xué)位移受環(huán)的大小影響不明顯。但環(huán)丙烷碳與其它環(huán)烷碳相比受到異常強(qiáng)的屏蔽作用,其化學(xué)位移與甲烷碳的相近。這種異常屏蔽是由于三元環(huán)的張力及價(jià)電子環(huán)流作用所致。其它環(huán)烷碳的化學(xué)位移在20~30ppm之問(wèn)。一般比相應(yīng)直鏈烴中心碳的化學(xué)位移小3~5ppm 。
  六元環(huán)烷結(jié)構(gòu)最為常見(jiàn)。環(huán)己烷上的取代基使其a和β位環(huán)碳去屏蔽,而由于空間效應(yīng)1位環(huán)碳所受屏蔽增加。并且,豎鍵(a鍵)取代通常使其a位、β位及r位環(huán)碳的化學(xué)位移δ值比對(duì)應(yīng)橫鍵取代的δ值要小。
  (3)烯烴及其衍生物
  烯碳為sp2雜化,其化學(xué)位移較大,δc值約在80~160ppm,與芳環(huán)C的δc范圍接近。烯碳的化學(xué)位移隨烷基取代的增多而增大,末端烯碳的化學(xué)位移比連有烷基烯碳的要小約10-20ppm。由于取代基的空間效應(yīng),順式烯碳的化學(xué)位移比相應(yīng)反式烯碳的略小。因而,利用13C—NMR譜,也可區(qū)分烯烴的構(gòu)型異構(gòu)體。
  (4)炔烴
  炔碳的δ值介于sp2及sp3雜化碳的δc之間,為60—95。炔鍵的各向異性效應(yīng)使炔碳所受屏蔽比烯碳強(qiáng)而比烷碳弱。
  (5)芳烴
  苯的δc為128.5,對(duì)于取代芳環(huán),苯環(huán)的C一1受取代基的影響,除屏蔽效應(yīng)較大的I、C1、CN、CF3等外,多數(shù)移向低場(chǎng)位。給電子基團(tuán),特別是一些有孤對(duì)電子對(duì)的基團(tuán),即使電負(fù)性較大,都使a一芳碳、β一芳碳向高場(chǎng)位移動(dòng),如一0H、一OR、--NH2等;吸電子基閉則使a一芳碳、β一芳碳向低場(chǎng)位移動(dòng),如一CN、--CO2H等,m—C受影響較小。
  (6)醇類(lèi)化合物
  羥基取代使a碳化學(xué)位移增加35—52ppm,β碳化學(xué)位移增加5~12ppm,r碳化學(xué)位移減少0~6ppm,離羥基更遠(yuǎn)的碳所受影響很小(位移變化<lppm)。
  醇羥基乙酰化使羥基a碳去屏蔽,伯、仲、叔醇a碳的δ值分別增加約2.3和10ppm;乙?;?beta;碳屏蔽增加,化學(xué)位移減小3- 4ppm;而r及δ碳的化學(xué)位移受乙?;挠绊懮跷?。這種乙?;灰朴兄谧V峰的解析及醇類(lèi)的識(shí)別。
  (7)醚類(lèi)化合物
  與對(duì)應(yīng)醇相比,氧原子a碳被去屏蔽,δ值增加10~20ppm;而β碳所受屏蔽增加,β值減小約3ppm。
  (8)胺類(lèi)化合物
  與相應(yīng)烷烴相比可知,胺基(伯、仲、叔)的r效應(yīng)均約為一4.5ppm。隨胺基上烷基取代的增加,其a碳的化學(xué)位移增加,而β碳的化學(xué)位移減小。
  (9)鹵代烷
  鹵代烷碳的化學(xué)位移變化范圍很寬:120(CF4)~一292(CI4)。與對(duì)應(yīng)烷烴相比,單鹵代烷a碳位移改變與鹵素的電負(fù)性有關(guān);F、cl、Br取代使a碳去屏蔽,I取代由于重原子效應(yīng)使a碳所受屏蔽增加;β碳的位移改變與鹵素性質(zhì)無(wú)關(guān),均約為10ppm;r碳的位移改變隨鹵素原子體積的增大而減小,這顯然是由于r一gauche構(gòu)象的減少所致。
  (10)羰基化合物
  羰基的平均電子激發(fā)能較低,因而羰基碳受到較強(qiáng)的順磁性去屏蔽作用,其共振峰出現(xiàn)在碳核共振區(qū)域的最低場(chǎng),化學(xué)位移值在150~220ppm范圍。各種羰基碳化學(xué)位移值的大小順序?yàn)椋?/span>
  酮>醛>羧酸>羧酸衍生物(酰胺、酰氯、酸酐、酯)(11)腈類(lèi)化合物
  腈類(lèi)化合物中氰基碳的化學(xué)位移值在110~125ppm范圍。與a支鏈烷基相連氰基碳的δ值接近125ppm。異氰基碳與氰基碳相比被顯著地去屏蔽,δc>150ppm,且與氮核產(chǎn)生偶合裂分。
  (12)雜環(huán)化合物
  未取代芳雜環(huán)化合物的13C化學(xué)位移δ值在105~170ppm。環(huán)中各碳的化學(xué)位移與雜環(huán)π電子的貧(六元環(huán))富(五元環(huán))及雜原子的特性有關(guān)。
  芳雜環(huán)具有取代烯的許多定性特點(diǎn),而雜原子的作用卻不如在烯烴中的那樣明顯。
  和取代苯相似,取代芳雜環(huán)中與取代基相連碳的化學(xué)位移主要受誘導(dǎo)效應(yīng)的影響,而取代基鄰位及對(duì)位碳的化學(xué)位移則主要受共軛效應(yīng)的作用。
 
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