理解了核磁共振氢谱的基础后,探讨核磁共振碳谱(13C Nuclear Magnetic Resonance Spectra)就相对简单了。碳谱以13C为研究对象,其丰度仅1.108%,信号相对较弱,但其分辨率高,化学位移范围在0~300 ppm,远超氢谱的0~10 ppm。尽管碳谱积分面积不能精确反映碳的数量,但分析时通常不进行积分,特殊情况除外。
碳谱中,碳氢直接相连的偶合作用至关重要,偶合常数一般在120~320Hz,与碳原子的杂化程度有关。例如,sp杂化碳与氢的偶合大于sp3的,因为杂化程度越高,电子分布越集中,偶合作用越强。1J(1H-13C)受取代基电负性影响,电负性越大,偶合常数增加。此外,碳谱的峰型会像氢谱一样裂分,遵循2nI+1规则,但因氢原子众多,谱图分析时通常会去偶以简化,如质子宽带去偶,消除所有氢核偶合。
通过不同去偶技术,如质子选择性去偶,能精确识别信号归属;门控去偶和反门控去偶则可区分键长和远程偶合;APT法和DEPT法则利用特定的标量偶合和极化转移,揭示碳原子的种类和构象。碳谱化学位移受多种因素影响,如诱导效应、共轭效应、超共轭效应等,以及重原子效应。查阅特定氘代试剂残留溶剂的化学位移表有助于解析复杂谱图。
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