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氫NMR整體圖譜解析

科目:專技 - 藥物分析與生藥學(包括中藥學)|題數:13
氫NMR整體圖譜解析
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建立於 2026年10月22日

學習重點 綜合訊號組數、積分、化學位移、偶合裂分與偶合常數,判讀氫的環境、數量與鄰接關係。 分清楚「幾組訊號」與「一組訊號裂成幾條線」;利用分子對稱性辨認等價氫。 熟記乙酸乙酯的三組訊號:化學位移由大到小依序為四重峰、單峰、三重峰,積分比為2:3:3。 掌握一維氫譜的能力界線:可提供氫的相對數量與化學環境,但無法直接確定分子式、分子量及鹵素種類與數量。 比較芳香族化合物時,要分別判斷芳香氫總數、等價性、位移及偶合型式,不能由其中一項相同推論其餘也相同。 核心觀念 一、氫譜各項資訊代表什麼? 觀察項目主要結構資訊作答關鍵 訊號組數不同化學環境的氫有幾種先看對稱性與等價性;訊號偶然重疊時,看到的組數會變少。 積分面積(integration)各組氫的相對數量比較整組訊號的面積,不是單一峰線的高度。 化學位移 δ(chemical shift)氫核受電子遮蔽的程度與所處環境單位為 ppm;δ 越大,越去遮蔽。 裂分型態(multiplicity)鄰近氫的數目符合簡單一階條件時,可用 n+1 法則判讀。 偶合常數 J偶合氫之間的相互作用單位為 Hz;由同組峰線間距求得。 氫譜數據常見 s、d、t、q、m,分別代表單峰、雙重峰、三重峰、四重峰及多重峰,並標示 J 值。m/z 是質譜的質荷比,不會出現在氫核磁共振數據中。 一維氫譜不直接給出分子量或分子式,也不能確定鹵素原子的種類及數量;鹵素只會間接影響附近氫的化學位移。分子式通常需配合質譜、元素分析等資訊。另外,氫譜的訊號種類反映的是氫的化學環境,不是用來檢測氘同位素的比例。 二、訊號組數:先找等價氫,再數訊號 化學等價氫具有相同化學位移,歸為同一組訊號。氫原子總數、訊號組數與裂分線數是三件不同的事。例如一組甲基訊號代表三個氫,但可能因鄰氫偶合而裂成三條線。 以 acetylacetone 的酮式結構 CH₃COCH₂COCH₃ 判讀:兩端甲基因對稱而等價,六個氫為一組;中央 CH₂ 的兩個氫為另一組,因此為兩組訊號,積分比 6:2=3:1,且兩組都相鄰羰基、沒有可偶合鄰氫,皆為單峰。 acetylacetone 實際上可發生酮-烯醇互變異構,真實圖譜可能多出烯醇訊號;但題目給定酮式結構問訊號數時,依其對稱性作答即可。 三、積分與化學位移:確認數量及官能基環境 積分給的是相對氫數,例如 2:3:3 表示三組訊號的氫數比例。OH、NH 等交換性氫的積分可能不穩定。 圖譜橫軸由左至右 δ 值遞減:左側為低場、δ 大、較去遮蔽;右側為高場、δ 小、較受遮蔽。 氫的類型常見 δ(ppm,約略值) 一般烷基 C-CH₃0.9~1.3 羰基旁 CO-CH₃、CO-CH₂2.0~2.5 接氧的 O-CH₃、O-CH₂3.3~4.2(酯的 O-CH 較偏低場) 烯氫4.5~6.5 芳香氫6.5~8.5 O-CH₂ 與 CO-CH₃ 雖都受含氧官能基影響,化學環境不同,位移也不同;直接接在氧上的碳之氫最偏低場。 四、偶合裂分:n+1 法則 簡單一階系統中,一組氫若與 n 個等價鄰氫偶合,裂成 n+1 條線。乙基中的 CH₂ 受 CH₃ 的三個氫影響形成四重峰;CH₃ 受 CH₂ 的兩個氫影響形成三重峰。相鄰碳上沒有氫(如接在羰基或氧上的甲基)則為單峰。 雙重峰強度比 1:1 三重峰強度比 1:2:1 四重峰強度比 1:3:3:1 上述是同一組訊號內各峰線的強度比,不可與不同訊號組之間的積分比混淆。若氫同時與不同 J 值的氫偶合,或有明顯二階效應,就不能機械式套用 n+1 法則。 五、乙酸乙酯:整體圖譜判讀的標準模型 乙酸乙酯 CH₃COOCH₂CH₃ 有三種氫環境,下表依化學位移由大到小(圖譜由左至右)排列: 氫的位置約略 δ(ppm)積分裂分與原因 -OCH₂-4.12H四重峰 q(1:3:3:1);受 CH₃ 的三個氫偶合。 CH₃CO-2.03H單峰 s;相鄰羰基碳沒有氫。 -CH₂CH₃1.23H三重峰 t;受 CH₂ 的兩個氫偶合。 結論:q、s、t;積分 2:3:3;OCH₂ 位於最低場。乙醯基甲基(CH₃COO-)是單峰而非三重峰,因為它與 OCH₂ 之間隔著羰基與氧,沒有相鄰的氫。 六、相似小分子的辨認 化合物辨識特徵 乙酸甲酯 CH₃COOCH₃兩組甲基單峰,積分 3:3(1:1);OCH₃(約 3.7)比 COCH₃(約 2.0)偏低場。 二甲醚 CH₃OCH₃兩個甲基等價,只有一組單峰。 乙醇 CH₃CH₂OHCH₃ 三重峰、CH₂ 四重峰,加上 OH 訊號;積分 3:2:1,沒有獨立的甲基單峰。 乙醚 CH₃CH₂OCH₂CH₃兩側對稱,只有 CH₂ 四重峰與 CH₃ 三重峰兩組,積分 4:6(2:3)。 丁酮 CH₃COCH₂CH₃也有單峰、四重峰、三重峰,但 CH₂ 鄰接羰基(約 2.4),不會出現約 4.1 的 OCH₂。 二乙基酮(Ethyl ketone)CH₃CH₂COCH₂CH₃兩側等價,只有四重峰與三重峰兩組,積分 2:3;CH₂ 約 2.4。 丙烯 CH₂=CHCH₃有 4.5~6 ppm 的烯氫多重峰,與酯類圖譜明顯不同。 判讀未知圖譜的步驟:①數訊號組數 → ②看積分比 → ③看裂分找鄰氫 → ④看位移確認官能基。例如三組訊號、積分 2:3:3、有約 4.1 的四重峰及一個單峰,即為乙酸乙酯;只有兩個等高單峰則考慮乙酸甲酯。 七、paracetamol 與 aspirin 的芳香區比較 Paracetamol 為對位雙取代苯,aspirin 為鄰位雙取代苯,兩者苯環上都剩四個芳香氫,因此芳香區氫數目相同。 其餘項目則不同:paracetamol 芳香氫因對稱分成兩組(各 2H),呈兩組類雙重峰;aspirin 的四個芳香氫環境各異,偶合較複雜。兩者取代基不同,芳香氫化學位移也不同。甲基方面,paracetamol 為醯胺上的乙醯基,aspirin 為酯的乙醯基,化學位移亦不相同。 以 CD₃OD 為溶劑時,OH、NH、COOH 等交換性氫會因氫氘交換而減弱或消失;這些氫本來也不屬於芳香氫。 常考陷阱 「訊號種類可檢測氘同位素比例」:錯。訊號種類反映不同氫的化學環境。 「氫譜可得分子量、分子式、鹵素種類數量」:錯。這些都不是氫譜能直接提供的資訊。 「氫譜數據會出現 m/z」:錯。m/z 屬於質譜;d、t、J 才是氫譜用語。 「乙酸乙酯的 CH₃COO-為三重峰」:錯。它鄰接羰基、沒有鄰氫,是單峰;三重峰是乙基末端的 CH₃。 乙酸乙酯正確敘述:-CH₂-在最低磁場、左至右積分 2:3:3、CH₂ 四重峰強度比 1:3:3:1。 「乙酸乙酯由大到小為 quartet、triplet、singlet」:錯。正確順序是 quartet、singlet、triplet。 「峰高就是氫數」:應看整組訊號的積分面積。 「四重峰代表四個氫」:四重峰表示有三個鄰氫,氫數另由積分判斷。 「δ 大就是高場」:δ 大在左側,稱低場。 「acetylacetone 有 8 個氫就有 8 個訊號」:等價氫合為一組,答 2 組。 「芳香氫數相同,位移與偶合也相同」:paracetamol 與 aspirin 只有芳香氫數目相同。 記憶口訣 「組數看環境,面積看比例;位移看遮蔽,裂分找鄰氫。」 「乙酸乙酯左到右:四、單、三;積分二、三、三。」 「氫譜看不到:分子量、分子式、鹵素、m/z。」

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  1. 14.有關paracetamol(結構如下圖1)和aspirin(結構如下圖2)之氫核磁共振譜(CD3OD)比較,下列何者相同? (A)芳香區的氫數目 (...
  2. 16.在氫核磁共振譜中,一般無法獲得下列何種資訊? (A)鹵素原子種類及數量 (B)分子中各種氫的大致數量及比例 (C)分子中各種氫...
  3. 13.下圖為何者之氫核磁共振圖譜? (A)乙醇 (B)乙酸乙酯 (C)丁酮 (D)丙烯
  4. 24. Acetylacetone(CH3COCH2COCH3)之氫核磁共振譜中,最可能會出現幾個訊號峰? (A)1 (B)2 (C)3 (D)8
  5. 24.結構解析所需要的資訊中,下列何種最不易直接由氫核磁共振光譜中獲得? (A)偶合常數 (B)同樣環境的氫原子數目 (C)化學位移...
  6. 23.在氫核磁共振光譜數據中不呈現下列何者? (A)d (B)J (C)t (D)m/z
  7. 23.下列何者不是核磁共振氫譜中各項特徵所提供的結構訊息? (A)訊號種類-可檢測所含同位素氘的比例 (B)訊號分裂(multiplicit...
  8. 9.下列何者非氫核磁共振光譜所能提供的資訊? (A)偶合常數 (B)化學位移 (C)分子量 (D)不同化學環境的氫核之數目比例