正文

揭秘化学位移值：解锁分子结构的神秘密码

/0 浏览量
0427

化学位移值是核磁共振波谱分析中一个关键参数，它揭示了分子中不同化学环境的详细信息。通过理解化学位移值的计算和解释，科研人员能够深入了解分子的结构，这对于化学、生物学、材料科学等多个领域的研究至关重要。

化学位移值的基本概念

化学位移值是指分子中不同化学环境的核磁共振信号相对于标准物质（如四甲基硅烷，TMS）的频率差异。这个差异通常用ppm（parts per million）表示。化学位移值的计算对于解析分子结构具有重要意义。

化学位移值的计算方法

经验公式计算

  1. 烷烃和取代烷烃中1H的化学位移

    • 可以从表46直接查得取代基碳上的质子化学位移值。
    • 取代基对碳上的质子化学位移也有一定影响，在计算碳上的质子化学位移值时，应将表47中位的各种取代基影响值加到表46中的化学位移值上。

  2. 烯氢的化学位移值

    • 烯烃的结构通式可以表示如下，其中双键碳原子上的质子化学位移值可用公式（422）计算。 [ 5.28S ] 其中，5.28是乙烯质子的化学位移值，S是乙烯基上各取代基R同、R顺和R反对烯氢化学位移影响之和。

  3. 苯环上质子的化学位移值

    • 与烯氢化学位移值的计算类似，苯环上质子的化学位移值可用以下公式计算： [ 7.26Zi ] 其中，7.26是没有取代的苯环上质子的值，Zi是取代基对苯环上的剩余质子化学位移影响之和，Zi不仅与取代基的种类有关，而且与取代基的相对位置有关。

使用软件计算

  • SHIFTX2
    • SHIFTX2可用于预测蛋白质骨架和侧链原子的化学位移，只需要蛋白质各原子的坐标作为输入。
    • 利用精选的蛋白质化学位移的实验数据进行了机器学习的训练，得到了非常可靠的预测结果。

特征质子的化学位移

特征质子的化学位移对于分辨各类质子是重要的，而确定质子类型对于阐明分子结构是十分有意义的。以下是一些特征质子的化学位移示例：

  • RCH3: 0.9 ppm
  • ArOH: 4.5-4.7 ppm（分子内缔合 10.5～16 ppm）
  • R2CH2: 1.3 ppm
  • R3CH: 1.5 ppm
  • R2CCR—OH: 15～19 ppm（分子内缔合）
  • RCH2OH: 3.4～4 ppm
  • R2CCH: 4.5～5.9 ppm
  • ROCH3: 3.5～4 ppm
  • R2CCRH: 5.3 ppm
  • RCHO: 9～10 ppm
  • R2CCR—CH3: 1.7 ppm
  • RCOCR2—H: 2～2.7 ppm
  • RCCH: 7～3.5 ppm
  • HCR2COOH: 2～2.6 ppm
  • ArCR2—H: 2.2～3 ppm
  • R2CHCOOR: 2～2.2 ppm
  • RCH2F: 4～4.5 ppm
  • RCOOCH: 33.7～4 ppm
  • RCH2Cl: 3～4 ppm
  • RCCCOCH: 2～3 ppm
  • RCH2Br: 3.5～4 ppm
  • RNH2或R2NH: 0.5～5 ppm（峰不尖锐，常呈馒头形）
  • RCH2I: 3.2~4 ppm
  • ROH: 0.5～5.5 ppm（温度、溶剂、浓度改变时影响很大）
  • RCONRH或ArCONRH: 5～9.4 ppm

总结

化学位移值是解析分子结构的重要工具，通过了解化学位移值的计算方法和特征质子的化学位移，科研人员可以更深入地理解分子的结构和性质。

-- 展开阅读全文 --