核磁共振碳谱13C——探索分子中碳原子的化学信息（一）(1)

核磁共振碳谱13C——探索分子中碳原子的化学信息（一）

在之前的文章中，我们介绍了核磁共振氢谱的原理和应用，对核磁共振也有了一定的了解，今天小编要给大家介绍核磁碳谱的相关知识。

碳元素构成了地球生命的骨架，但天然存在的碳同位素中，具有核磁共振活性的碳-13仅占1.1%。13C的磁旋比较小，约为1H核的1/4，而核磁共振谱峰的强度与磁旋比的三次方成正比，故与相同数量的质子相比，13C核的谱峰强度仅仅是核的1/63。所以碳谱灵敏度低，所需样品量也比氢谱大，那为什么我们还要研究核磁碳谱呢？

这是因为碳谱能给出不与氢相连的碳的共振吸收峰，季碳、炔烃、烯烃、碳基等基团中的碳不与氢直接相连，在氢谱中不能直接观测，只能靠分子式及其对相邻基团化学位移值的影响来判断，而在碳谱中，均能给出各自的特征吸收峰。

另外在药物研发领域，碳谱成为确定分子绝对构型的终极手段。例如青蒿素分子中过氧桥键的立体化学特征，正是通过碳化学位移的各向异性效应得以确认。当分子中存在手性中心时，邻近碳原子的化学位移差异可达3-5 ppm，这种"立体位移"效应为构型确定提供了直接证据。

那核磁碳谱中，具体能够看到哪些信息呢？

1、       化学位移值δ（单位: ppm）

碳谱的化学位移分布宽，范围：0～250 ppm左右，见图1及表1。

图1

表1 常见类型碳原子的碳谱化学位移

2、       耦合常数J（单位: Hz）

13C谱中的偶合主要是异核偶合，及13C-1H偶合。主要类型有： 直接碳-氢偶合；远程碳-氢偶合。以及其他核对13C的偶合。

3、       峰强度

碳谱的吸收强度不代表碳的数目信息，只与种类有关 。

4、       峰型（包括裂分情况、峰的线形、峰宽等）

碳谱是全去耦谱，所有碳只出现单峰，不发生裂分。（如图2）

图2

5、       核磁碳谱可以根据不同的去耦技术，得到伯、仲、叔、季碳不同类型的谱图，如图3，DEPT90谱可以得出CH峰的信息，其它类型的碳信号消失；在DEPT 135中，CH3和CH为正峰，CH2为负峰，季碳信号消失，由此可判断化合物中的伯仲叔季碳的类型。

图3

除了以上提到的DEPT谱，核磁碳谱还有很多其它类型的去耦技术，可以区分不同类型的碳原子，具体内容我们将在下期介绍。

参考文献：[1] 孟令芝等. 有机波谱分析[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2016