尽管我们可以利用化学位移值的影响因素定性推断物质中不同化学环境质子的化学位移值的相对大小,或根据核磁共振氢谱中信号峰对应的化学位移值反推可能的基团,但定性推断的结果并不准确,这会导致我们不能准确地获取谱图中的信息。因此,记忆一些常见基团中质子的化学位移值是十分必要的。在这一部分中,我们给出了几类基团中质子常见的化学位移值区间。在记忆它们的同时,可以试着画出它们对应基团的结构,并回想化学位移值的影响因素,解释一些基团中质子的化学位移值较低或较高的原因。
1. 烷基氢
2. 甲氧基氢
3. 其它类型连氧碳上的氢
根据一些由实验数据总结的经验公式,我们可以将特定化学环境中质子的化学位移值的范围从上面所给的区间缩小为一个具体的值。这些经验公式给出的结果并不是总是准确的,但在一定程度上也可以帮助我们。下面给出了一个烷基氢化学位移值的经验公式。其中$\delta_{基准}$是基准烷基氢的化学位移值,$Z_{i}$称为经验取代基常数,是取代基对烯基氢化学位移值的影响值,其大小由取代基类型与取代基相对烷基氢的位置决定。如$Z_{\alpha}$是取代基对$\alpha$-烷基氢化学位移值的影响值,$Z_{\beta}$是取代基对$\beta$-烷基氢化学位移值的影响值。
$$\delta = \delta_{基准} + \Sigma Z_{i}$$
式中的$\Sigma$代表不同基团对化学位移值的影响可以累加。如下面框中的质子是酰氧基的$\alpha$-烷基氢,也是羟基的$\beta$-烷基氢。因其是亚甲基氢,$\delta_{基准}$取1.2ppm,并与酰氧基的$Z_{\alpha}$与羟基的$Z_{\beta}$相加,得到预测的化学位移值4.7ppm
后续给出的化学位移值经验公式都可用相似的方法累加经验取代基常数,即化学位移值的影响值。
练习
分别通过上面给出的化学位移值区间和烷基氢化学位移值的经验公式预测框中质子的化学位移值,并与真实值进行比较。
4. 连有氮的甲基氢
5. 烯基氢
下面给出了一个烯基氢化学位移值的经验公式。$Z_{i}$为经验取代基常数,是取代基对烯基氢化学位移值的影响值,其大小由取代基类型与取代基相对烯基氢的位置决定。
$$\delta = 5.25 + \Sigma Z_{i}$$
6. 炔基氢
7. 苯环氢
下面给出了一个苯环氢化学位移值的经验公式。$Z_{i}$为经验取代基常数,是取代基对与苯环相连质子化学位移值的影响值,其大小由取代基类型与取代基相对苯环所连质子的位置决定。
$$\delta = 7.27 + \Sigma Z_{i}$$
练习
- 使用苯环氢化学位移值的经验公式预测框中质子的化学位移值,并与真实值进行比较。
- 使用苯环氢化学位移值的经验公式预测框中质子的化学位移值。
8. 活泼氢
种类及化学位移值 | 结构实例 | 化学位移值影响因素 |
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这些质子被称为活泼氢的原因是它们所连的是含有电负性较大原子的基团,具有一定的酸性,可与氘代试剂发生质子交换,如
练习
- 不查化学位移值区间和经验公式,写出下列质子的化学位移值区间。
(1) 双键上的甲基氢 (2) 苯环上的甲氧基氢 (3) 氮原子上的甲基氢 (4)
双键与羰基之间的烯基氢 (5) 连接甲氧基苯环的氢 (6) 羧基氢 (7) 酰胺基氢
- 不查化学位移值区间和经验公式,写出下列标出的质子的化学位移值区间。