由于高分辨NMR谱的化学位移可表示磁性核的类型,自旋偶合能够反映各类磁核相对位置等关系,因此,对有机物的结构可以做出正确的判断。
例3.5.1 氰基乙酸乙酯的NMR谱图如图3-63所示,分析共振信号与其分子结构的对应关系。
[解析] 在CNCH2COOCH2CH3的结构中,CH3(a)的δ值,图示应在1ppm左右;因受—CH2—的干扰,应有三重峰,查表,J值约为7Hz,从积分高度比可知应有3个H。—CH2—(b)的δ值,图示并用舒里公式计算约为4ppm,因受邻近CH3的干扰,应为四重峰;J约为7Hz,从积分高度比可知应有2个H。
—CH2—(c)的δ值,查表并用舒里公式计算约为3.5ppm,因邻近没有氢核的自旋偶合干扰,表现为单峰,从积分高度比可知亦应为2个H。
分析结果得到下列数据,与预测的数据基本符合(表3-12)。
图3-63 氰基乙酸乙酯的NMR谱
表3-12 氰基乙酸乙酯NMR光谱结果
图3-64 化合物C9H9N的NMR谱
例3.5.2 化合物C9H9N的NMR光谱如图3-64所示,推断其结构(无D2O交换)。
[解析] 计算不饱和度Ω=6,可能含有芳环和氰基。在δ7.5处有一元取代苯环质子尖峰,所以,取代基不是一强电负性基团,很可能为烃基侧链。因无D2O交换现象,表面N原子上无H,可能是—C≡N基,在δ2~3处有两组等幅对称多重峰,可归因于—CH2CH2—。属A2B2系统,加之两组峰宽度不同,低场—CH2—峰较宽,可能是受N原子的影响。所以,化合物结构式为:
例3.5.3 芳香酯C10H12O3的NMR光谱如图3-65所示,共振信号强度比为a∶b∶c∶d∶e∶f=3∶2∶2∶2∶1∶2,推测其结构。
图3-65 芳香酯C10H12O3的NMR谱
例3.5.4 某化合物的分子式为C3H7Cl,其NMR光谱如图3-66所示,试推断该化合物的结构。
图3-66 化合物C3H7Cl的NMR谱
[解析] 由分子式可知,该化合物是一个饱和化合物;
由谱图可知:
(1)有三组吸收峰,说明有三种不同类型的H核。
(2)该化合物有7个氢,由积分曲线的阶高可知a、b、c各组吸收峰的质子数分别为3、2、2。
(3)由化学位移值可知:Ha的共振信号在高场区,其屏蔽效应最大,该氢核离Cl原子最远;而Hc的屏蔽效应最小,该氢核离Cl原子最近。
结论:该化合物的结构应为:
例3.5.5 一个化合物的分子式为C10H12O,其NMR光谱如图3-67所示,试推断该化合物的结构。
图3-67 化合物C10H12O的NMR谱
[解析] (1)分子式C10H12O,Ω=5,化合物可能含有苯基、C═C或C═O双键。
(2)1HNMR光谱无明显干扰峰;由低场至高场,积分简比为4∶2∶3∶3,其数字之和与分子式中氢原子数目一致,故积分比等于质子数目之比。
(3)δ为6.5~7.5的多重峰对称性强,可知含有X—C6H5—Y(对位或邻位取代)结构;其中2H的δ<7,表明苯环与推电子基(—OR)相连。
δ3.75(s,3H)处为CH3O的特征峰;δ1.83(d,3H)处为CH3—CH═;δ5.5~6.5(m,2H)处为双取代烯氢(C═CH2或HC═CH)的四重峰,其中一个氢又与CH3邻位偶合,排除═CH2基团的存在,可知化合物应存在—CH═CH—CH3基。
例3.5.6 一个化合物的分子式为C12H17O2,其NMR光谱如图3-68所示,试推断该化合物的结构。(www.xing528.com)
图3-68 分子式为C12H17O2的化合物的NMR谱
[解析](1)从分子式计算该化合物的不饱和度为:Ω=5,可以考虑该化合物含有一个苯环或一个吡啶环。
(2)从积分曲线可知,各种氢原子数之比为1∶1∶1∶1∶2∶8∶3,其数值之和正好与分子式中氢原子数目符合。由氢谱中各峰组所对应的氢原子数目及峰形可知分子无对称性。
(3)δ在7.55~9.55ppm范围,超过苯环的δ值,从它们裂分情况看,存在两个较大的偶合常数,因此可知,分子内存在着吡啶环,由5个不饱和度可知分子还应有一个双键或一个脂肪环。
(4)Ⅰ组峰为单峰,说明它无邻碳氢;其δ值较高,说明该氢处于吡啶环N原子和β位的去屏蔽取代基团之间。
(5)Ⅱ组峰的峰形为d×d,3J和4J较小,其δ值较高,因此可推断它为吡啶环N原子另一侧的α-H。
(6)Ⅲ组峰的峰形为d×t,d反映出一个较大的3J,从三重峰看出产生4J偶合的是两个氢。
(7)Ⅳ组峰的峰形为d×d,对应两个3J。
(8)Ⅴ组峰对应两个氢(积分曲线),即CH2,它表现为三重峰,说明相邻于CH2。从其化学位移约为4.4ppm可知,它连接强电负性的杂原子。该化合物中的杂原子为O和N,N已推断在吡啶环上,故CH2的另一侧应与O相连。若CH2只连接O,δ值不可能高达4.4ppm,因此该CH2应与—CO—O—相连。
(9)Ⅵ组峰δ为1.2~2.1ppm,显示出典型的长、直链CH2峰形。
(10)Ⅶ组峰对应3个氢,应是端甲基。
综合上述分析,其结构式为:
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