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偶合常数与结构的关系

发布时间:2014-07-15 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:5249

自旋核间的相互干扰作用是通过它们之间的成键电子传递的,所以偶合常数的大小主要与其问键的数目和键的性质有关。因此也与成键电子的杂化状态、取代基的电负性、立体化学等结构因素有关。

通过两个键的偶合常数(2J)一般为负值。双键上的同碳偶合(C=CH2)2J为正亦可为负,与取代基有关,三元环的2J为正,4J有正、有负,决定于几何构型。

通过单数键的偶合常数(3J,5J等)为正值,在多数情况下,通过四个或四个以上单的键偶合常数接近于零。

1.“同碳偶合”常数{如J同,2J)

2J的变化范围较大,与结构密切相关,情况比较复杂,一般大多数饱和烃的2J约一12~一15Hz,末端双键C=CH2的J约±2Hz。

在开链化合物中-CH2一与π一键(包括环丙基)为邻,2J的代数值降低。

环系化合物环己烷的2J与甲烷一致,其他环的2J由构象不同略有增减。环丙烷的2J约一3~一9Hz。π一键对刚性环系2J的影响与构象有关。

取代烃X—CH2一Y的2J的代数值与取代基X、Y的电负性成比例,在β一位的取代基电负性的贡献为负值。

末端双键Y=CH2的2J随Y的电负性增加绝对值变大。对于环外双键R=CH2的2J值,则不能仅仅与取代基的电负性有关。

2.邻位偶合常数(J,3J)

(1)不饱和型 直链烯CH2=CH—Y、X—CH=CH—Y中,J反>J顺。随着Y电负性EY的增加,3J值减小。Y以π一键与双键共轭时,3J普遍增大。

环烯烃的环的大小影响C=C—H夹角,随着环的扩大,夹角减小,3J值相应增加

(2)饱和型 饱和体系中的邻位偶合作用是通过3个单键(H—C—C—H)发生的,偶合常数范围为O~16Hz。在开链化合物中由于自由旋转的均化作用而得6—8Hz,偶合常数的符号为正值。

邻位偶合常数与双面夹角(φ)有关,可用联系J邻与双面夹角关系的Karplus公式及其相应的关系图作出粗略的估计,但因为还有种种复杂因素的干扰,不能用分子模型精确地预计J邻的大小,或由凡测量值推断其双面夹角的精确值。

影响J邻的其他因素较多,如取代基电负性增加会导致凡降低,环的大小不同时J邻亦不同。

3.芳氢偶合

芳环中,氢核问的偶合常数为正值,邻位较大,对位较小,后者在常规操作时不易察觉。如苯环,J邻=6.O~9.4Hz,J间=O.8~3.1Hz,J对=0.2~1.5Hz。间位的几何位置有利于远程偶合,间位偶合常数与芳环的大小(五元或六元)关系不大;邻位偶合则由于键角的改变,五元环的J邻小于六元环。取代基的电负性对其亦有一定影响。

4.远程偶合

通过4个或4个以上键的2个核问J≠O者称为远程偶合。远程偶合一般很小(0~3Hz),不易观察到,可由峰的半高宽度(W1/2)增加,或加宽扫描宽度检查。

5.氢与其他核的偶合

凡是,I≠0的核处于氢的邻近位置,都可以与之发生偶合而分裂。其中与13C的偶合非常重要,但因其天然丰度很低,偶合常数较大,对氢谱影响很小,14N的天然丰度更小,亦可以不予考虑。由于14N有四极矩,其弛豫过程产生复杂的影响因素,往往使与14N邻近的1H共振谱形成不同形状的宽峰而分辨不清。19F和31P自旋均等于1/2,与氢核偶合产生的峰形分裂规律与1H相同。除31P与1H直接相连的偶合常数1JPH较大外,其他情况的偶合常数皆与1H一1H偶合具有相同的数量级。

化学位移、偶合常数、谱线强度三个参数是1H—NMR为有机化合物定性、结构解析提供的重要依据。

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