Tải bản đầy đủ

PHỔ CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN 2

A. Thông tin về lý lịch / thông số kỹ thuật của phổ
Từ phổ *.PDF
Từ phổ *.FID
B. Thông tin khai thác từ phổ về cấu trúc của mẫu
B1. Phổ 1 chiều (1H-NMR,

13C-CPD, 13C-DEPT)

Từ phổ *.PDF
Từ phổ *.FID
B2. Phổ 2 chiều (HSQC, HMBC, COSY, NOESY, ROESY...)
Từ phổ *.PDF
Từ phổ *.FID

1. Từ phổ *.PDF

NS 1 # 4.3 sec
NS 16 # 1.2 min

Đọc trực tiếp từ phần text in kèm theo phổ *.pdf


2. Từ phổ *.FID

4



NS 1 # 3.04 sec
NS 160 # 8.00 min

ngày giờ đo mẫu
loại probehead dùng
dung môi đo
bề rộng phổ # 20 ppm
thời gian thu tín hiệu

số điểm ghi trên phổ
số lần scan
độ phân giải FID
thời gian trễ tín hiệu

thời gian chờ lặp lại

thời gian phát xung

nhiệt độ vùng mẫu đo

tần số “làm việc” của máy
hạt nhân đo phổ (1H)
công suất của xung

tần số của chuẩn (TMS)

5

6


SFO1 = 500,2030889 MHz (tần số “làm việc” của phổ 1H-NMR)

1. Từ phổ *.PDF

SF =

Đọc trực tiếp từ phần text in kèm theo phổ *.pdf

500,2000042 MHz (tần số của chuẩn TMS)

NS = 16 lần scan.

Dung môi đo mẫu = DMSO-d6 = (CD3)2S=O.

SW = 10000 Hz

(SWH, bề rộng của phổ 1H ~ 20 ppm × 500 MHz)

2. Từ phổ *.FID (dùng MestReNova)

TD = 65536 points (= 64 K; số điểm ghi phổ, Total of Digital Points)

Mở View > Tables > Parameters

FIDRES = SWH/TD (độ phân giải của tín hiệu) = 0,152588 Hz/điểm
AQ = TD/(2.SWH) = (65536/20000) = 1/(2.FIDRES) = (1/0,305176)
AQ = 3,2768 sec

(thời gian thu nhận, ghi tín hiệu FID).

D1 = 1,0000 sec

(thời gian “hồi phục” giữa 2 lần scan).

P1 =

10 sec

(thời lượng phát xung RF để kích thích hạt nhân)
7


Parameter

Value

1

Title

113KINH-AK-5

2

Data File Name

D:/AK-5/1H/fid

3

Comment

AK-5-DMSO-1H

4

Origin

Bruker Analytik GmbH

5

Acquisition Time

3.2769 sec

6

Acquisition Date

2017-09-21 (16:45:00)

7

Modification Date

2017-09-21 (16:45:20)

8

Nucleus

1H proton

9

Number of Scans

NS 16

10

Solvent

DMSO

11

Temperature

300.0 K

12

Relaxation Delay

1.0000 sec

13

Pulse Width P1

8.7500 usec

14

SFO1 (Spectr. Frq.)

500.1335009 MHz

15

SF

500.1300054 MHz

(TMS Frq.)

16

Spectral Width (SWH)

10000 Hz

17

Spectral Size

65536

4. Cường độ của tín hiệu

Cường độ của các phân-đỉnh

5. Tín hiệu của dung môi đo

Tín hiệu của (các loại) tạp

0.000

 Sự chia đỉnh. Hằng số ghép

1.600
1.560
1.520
1.480

3. Hình dạng của tín hiệu

(A)

3.048
3.024
3.000

 Độ dời hóa học

4.800
4.768

2. Vị trí của tín hiệu

7.402

1. Số lượng tín hiệu

6.500
6.480
6.300
6.280

1

(B1, B2)

11

1.006

(C)

1.002

2.008

Thời lượng đo phổ...

2.014

N. Các thông tin khác

1.000

6. Độ sạch của tín hiệu (S/N) Số scan (NS).

12


1

Loại thông tin khai thác

Phổ

13C-CPD

Phổ 1H-NMR

1. Số lượng tín hiệu





2. Vị trí của tín hiệu





3. Hình dạng của tín hiệu

không cần



4. Cường độ của tín hiệu





5. Tín hiệu của dung môi đo





6. Tín hiệu của (các loại) tạp





7. Số lần scan (NS)



ít cần

8. Độ sạch của tín hiệu (S/N)



ít cần

A. Vị trí của tín hiệu

(Độ dời hóa học H)

B. Hình dạng của tín hiệu
B.1. Độ bội của tín hiệu (Sự chia đỉnh)
B.2. Bố trí các phân đỉnh (Hằng số ghép J)
C. Cường độ của tín hiệu

(Số lượng proton)

9. Các thông tin khác
13

14

Tần số của tín hiệu cộng hưởng do hạt nhân khảo sát tạo ra
(ở đây: hoặc

13C,

hoặc 1H) có thể được mô tả theo 3 cách:

1. theo TSCH tuyệt đối X; ví dụ C = 125.785.142 Hz.
2. theo TSCH tương đối // tần số của chuẩn

S:

(Δ = X –

S).

ví dụ Δ = 9.686 Hz = (125.785.142 – 125.775.456).
3. theo thang ĐDHH (X, ppm): ví dụ C = 77,0 ppm.

Mô tả theo thang ĐDHH (, ppm) thì tiện lợi, dễ hình dung nhất.
4.060

4.035

4.010

3.985

Về ý nghĩa, ĐDHH # Rf, Rt trong SKLM, HPLC.

3.960

15

16


13

Phổ

13C-NMR

1

của CDCl3 (máy 11,75 Tesla)

Phổ 1H-NMR của CHCl3 (máy 11,75 Tesla)

ở tần số làm việc SFO1 = 125,787967 MHz

theo tần số tuyệt đối
1

tần số của chuẩn TMS (SF)
S = SF = 125.775.456 Hz

C = 125.785.142 Hz

theo Δ so với chuẩn TMS; (Δ = C –

2

80

70

60

50

40

ở tần số làm việc SFO1 = 500,133500 MHz

30

20

S)

1

= 9.686 Hz

2

3

10 ppm 0

theo thang  ppm

3

C = 77,0 ppm = (Δ/SFO1) = (9686 Hz / 125,787967 MHz).

theo tần số tuyệt đối
H= 500.133.616 Hz

tần số của chuẩn TMS (SF)
s = SF = 500.129.980 Hz

theo Δ so với chuẩn TMS: Δ = (H – s) = 3.636 Hz

theo thang  ppm: H = (Δ/SFO1) = (3636 Hz / 500,1335 MHz)
= 7,27 ppm

17

18

Các giá trị SF, SFO1 thường được in trong phần lý lịch phổ (để biết)

ĐDHH của 1 tín hiệu của hạt nhân X – ký hiệu là X (ppm) :

X (ppm) =





X

(X – ref )
SFO1

=

Δ

(Hz)

SFO1 (MHz)

TSLV

TSLV

TMS

TMS

là tần số (Hz) của tín hiệu (H hay C…)

ref = SF, là tần số (Hz) của chất chuẩn (TMS…)

• SFO1 là tần số làm việc (MHz) của máy.

Note: (tần số làm việc) SFO1 > SF (tần số của chuẩn TMS)

X là khoảng cách (ppm) giữa 2 tín hiệu của X & của chuẩn.

Trên thực tế, máy sẽ tự tính toán và ghi giá trị H (hoặc C), ppm

Vậy, tín hiệu của chất chuẩn (ví dụ TMS) sẽ bằng 0,00 ppm.

vào từng tín hiệu 1H (hoặc

ĐDHH = déplacement (Pháp) = chemical shift (Anh).

13C).

Ta khỏi cần quan tâm điều này.

Kỹ thuật viên có thể điều chỉnh để các giá trị này có 2, 3, 4 số lẻ.
19

20


Khi đo phổ 1H (chuẩn là TMS) ở máy 11,75 T; SFO1 ~ 500 MHz, nếu

Khi đo phổ

một proton có tín hiệu ở tần số cách tín hiệu chuẩn 2500 Hz (= Δ )

nếu một C có tín hiệu ở tần số cách tín hiệu của chuẩn Δ = 12000 Hz

thì H này có ĐDHH là H = (Δ / SFO1) = (2500 / 500) = 5,00 ppm.

thì C này sẽ có ĐDHH là C = (Δ / SFO1) = (12000 / 125) = 96 ppm

Δ = 3000

2500

2000

13C

(chuẩn là TMS) ở máy 11,75 T; SFO1 ~ 125 MHz,

0 Hz

1000

Δ = 12000 Hz
Δ = 2500 Hz
Δ = 7875 Hz

H 5,00 ppm
Δ = 1000 Hz

ppm
H 5,00 ppm

H 2,00 ppm

TMS 0,00 ppm

21

C 96 ppm

C 187 ppm

(Hertz)
(Hertz)
2358,22 Hz

(ppm)

(ppm)

4,715 ppm

C 63 ppm

TMS
22


(ví dụ ở máy 11,75 Tesla)
Khi Δ

C

Khi Δ

= 12500 Hz (ví dụ)

H

thì H = Δ

thì C = (Δ C) / SFO1

vùng giảm chắn (deshielded)

= 2500 Hz (ví dụ)
H

downfield

/ SFO1

lấy C = 12500 / 125 (nguyên)

lấy H = 2500 / 500 (nguyên)

= 100,00 ppm (a)

= 5,000 ppm (a)
= 4,999 ppm (b)

= 99,387 ppm (b)
(Δ / SFO1) ≈ (Δ / |SFO1|) 

vùng giảm chắn (deshielded)
downfield

X cũng thay đổi rất nhỏ

Thường thì: C chỉ lấy 1 số lẻ

(chú ý ! ví dụ 77,0 ppm)

H chỉ lấy 2 số lẻ

(chú ý ! ví dụ 7,27 ppm)

Đó là lý do ta chỉ “chia cho |SFO1|” thay vì “chia cho SFO1”.
H

upfield

 nhỏ

hay H = 2500 / 500,1335009

hay C = 12500 / 125,7715724

(vd. H: lấy Δ

 lớn

vùng chắn, bị chắn (shielded)

chia cho 500 thay vì chia cho 500,1335009).

 lớn

vùng chắn, bị chắn (shielded)
upfield

 nhỏ

Ghi chú: Trong up/downfield; chữ field dùng để chỉ từ trường chắn.
25

26

1
•

(tín hiệu qua trái, downfield) khi hạt nhân được giảm chắn.

• ĐDHH thường do máy tự ghi trên từng tín hiệu có ý nghĩa,

•

(tín hiệu qua phải, upfield)

với thang đo (, ppm) tăng dần từ phải qua trái.

khi hạt nhân bị chắn.

• ĐDHH thay đổi tùy vị trí của hạt nhân trong cấu trúc.

upfield so với X

6 tín hiệu này downfield so với X

- cùng là H nhưng tín hiệu của CH3 ≠ CH2 ≠ CH ≠ OH ≠ NH2

X

- cùng là CH3 nhưng tín hiệu -OCH3 ≠ NCH3 ≠ RCCH3 ≠ HCCH3
Y

- cùng là CHCH3 nhưng tín hiệu của [=CH-CH3] ≠ [>CH-CH3]

chuẩn
TMS

• ĐDHH có thể thay đổi ít nhiều tùy theo dung môi đo phổ.

cả 9 tín hiệu này downfield so với Y

nhưng không thay đổi theo từ trường B0 của loại máy đo.

Y
27

28


2
• Khi đo phổ

13C

• Khi tín hiệu dời qua trái ( tăng), ta nói tín hiệu đó downfield.

(ở máy 11,75 T; tần số làm việc ~ 125 MHz)

ta được bộ giá trị C (0 – 240 ppm) trải rộng trong vùng
SWH ~ (240 × 125) ~ 30.000 Hz (30 KHz với phổ

3

(do hạt nhân “chủ” đó được giảm chắn, deshielded)
• Khi tín hiệu dời qua phải ( giảm), ta nói tín hiệu đó upfield.

13C-NMR).

(do hạt nhân “chủ” đó bị chắn, shielded)
• Khi đo phổ 1H (ở máy 11,75 T; tần số làm việc ~ 500 MHz)

• Càng bị chắn nhiều, tín hiệu càng upfield ( càng giảm)

ta được bộ giá trị H (0 – 20 ppm) trải rộng trong vùng

 tín hiệu dời về vùng trường cao (từ trường chắn Bi lớn).

SWH ~ (20 × 500) ~ 10.000 Hz (10 KHz với phổ 1H-NMR).

• Càng được giảm chắn, tín hiệu càng downfield ( càng tăng)
 tín hiệu dời về vùng trường thấp (từ trường chắn Bi nhỏ).

SWH = Spectral Width in Hertz.
(bề rộng của phổ, tính bằng Hertz)

29

30

4

5

Tín hiệu càng dời qua trái ( , downfield) khi mật độ điện tử

Tín hiệu càng dời qua phải ( ; upfield) khi mật độ điện tử

quanh hạt nhân “chủ” này (# từ trường chắn Bi) càng giảm.

quanh hạt nhân “chủ” này (# từ trường chắn Bi) càng tăng.
(Bi tăng  Beff = [B0 – Bi] giảm  ν giảm   giảm)

(Bi giảm  Beff = [B0 – Bi] tăng   tăng   tăng)

ĐDHH  giảm (qua phải, upfield) có thể là do hạt nhân đó:

ĐDHH  tăng (qua trái, downfield) có thể là do hạt nhân đó:
• gắn với nguyên tố có độ âm điện lớn (>C; như F, O, N…)

• gắn với nguyên tố có độ âm điện nhỏ (như Si, *H*)

• có nối cầu hydrogen với O, N, S...

• lọt vào vùng tăng chắn của nối ba, vòng thơm, >C=O…

• lọt vào các vùng giảm chắn của vòng thơm, olefin, >C=O…

• lọt vào các vùng tăng chắn đặc biệt khác

• lọt vào các vùng giảm chắn đặc biệt khác

(axial; ortho-Oxy / phenyl, β-effect...)

(equatorial, γ-effect, meta-Oxy / Phenyl)
31

32


6
(Trên phổ

13C-NMR)

• Tín hiệu của OH, NH sẽ biến mất khi đo trong D2O, MeOD.
(do R-XH + R’OD  R-XD + R’-OH;  tín hiệu của “nước”).

Ví dụ: Khi đo phổ

• Đo phổ 1H trong CDCl3, DMSO: dễ quan sát các tín hiệu -OH

SF

(rất cần / phân tích cấu trúc các polyphenol như flavonoid)

13C-NMR

(của TMS)

SFO1 (của máy)

• Đo phổ 1H trong MeOD, mọi tín hiệu -OH, -NH sẽ biến mất

(với chuẩn TMS) trên máy 11,75 T:

= 125.757.850 Hz
= 125,771 MHz

Δ = 9684 Hz

Tín hiệu C của CDCl3 = 125.767.534 Hz

( dễ phân tích các tín hiệu proton khác của các glycosid).
• D2O test (hydroxy test): một mẫu sẽ được đo 2 lần:

có C =

- lần 1: trong CDCl3 hay DMSO (không có D2O và MeOD),
- lần 2 (+ 1 ít D2O): tín hiệu nào biến mất sẽ là của -OH, -NH

Δν
(SFO1)

=

9684 Hz
125,771 MHz

= 77,0 ppm

Thực tế, khi đo phổ, máy sẽ tự tính và in sẵn thang đo

• Giá trị H của OH, NH sẽ tăng khi nồng độ mẫu tăng (≠ CH)

& các giá trị c cho từng tín hiệu có ý nghĩa (ta khỏi lo).
33

(Trên phổ 1H-NMR)

34

Nói chung, ĐDHH của 1 đỉnh bội # trung điểm của cụm tín hiệu.
Giá trị H đại diện này # trung bình cộng H của các phân đỉnh.

Ví dụ: Khi đo phổ 1H-NMR (với chuẩn TMS) trên máy 11,75 T:
SF (của TMS)

= 500.130.005 Hz

SFO1 (của máy)

= 500,133 MHz

Δ = 3636 Hz

Tín hiệu H của CHCl3 = 500.133.641 Hz
có H =

Δν
(SFO1)

=

3636 Hz
500,133 MHz

= 7,270 ppm

Thực tế, khi đo phổ, máy sẽ tự tính và in sẵn thang đo

Máy chỉ ghi giá trị H của từng phân đỉnh (# nhọn),

& các giá trị c cho từng tín hiệu có ý nghĩa (ta khỏi lo).
35

chứ không ghi giá trị H chung cho cả cụm đỉnh bội

36


Với đỉnh quá phức tạp, thường chỉ ghi giá trị cả vùng tín hiệu
[chận trên – chận dưới] thay vì ghi giá trị H của từng đỉnh.

[3.90 – 3.85]
m, (1H)

37

X-Me

H ppm

X-CH2-

H ppm

X-CH<

H ppm

khác

1.0

>C-CH2-

1.3

>C-CH<

1.5

>N-H

1–3

>C=C-Me

1.6

>C=C-CH2-

2.3

>C=C-CH<

2.6

R-OH

1 – 5 **

R-CO-Me

2.1

R-CO-CH2-

2.4

R-CO-CH<

2.5

-C  CH

2–3

ROOC-Me

2.2

R-OOC-CH2-

2.4

R-OOC-CH< 2.5

>C=CH-

4.5 – 6.5

R2N-Me

2.2

R2N-CH2-

2.5

R2N-CH<

2.9

Ar-H

6.7 – 7.9

Ar-Me

2.3

Ar-CH2-

2.7

Ar-CH<

3.0

-CHO

9.5 – 10

-CONH-Me 2.6

-CONH-CH2- 3.0

CONH-CH<

3.2

Ar-OH

9 – 13

R-OMe

3.3

R-O-CH2-

3.4

R-O-CH<

3.7

-COOH

10 – 12

Ar-OMe

3.8

Ar-O-CH2-

4.0

Ar-O-CH<

4.2

>C=C-OH

11 – 12

R-COO-CH2- 4.1

R-COO-CH< 5.0

R-CH3

~ 1,0 ppm

aromatic

Ar-H

6,0 – 8,5

bậc 2

R-CH2

~ 1,3 ppm

benzylic

Ar-C-H

2,2 – 3,0

bậc 3

R-C-H

~ 1,5 ppm

phenolic

Ar-O-H

4,0 – 13,0*

alkyn

R-C≡C-H

2,0 – 3,0

phenolic

Ar-O-C-H

3,6 – 4,0

vinyl

C=C-H

4,6 – 5,9

hydroxyl

C-O-H

1,0 – 5,5

allyl

C=C-C-H

1,7

ester

RCOO-C-H

3,7 – 4,1

ether

C-O-C-H

3,3 – 4,0

ester

ROOC-C-H

2,0 – 2,6

alcol

HO-C-H

3,4 – 4,0

aldehyd

O=C-H

9,0 – 10,3*

enol

C=C-O-H

15 – 17

carbonyl

O=C-C-H

2,0 – 2,7

amino

R-N-H

1,0 – 5,0

carboxyl

RCO-OH

10,5 – 15,0*

amino

R-N-C-H

2,5

acid

HOOC-C-H

2,0 – 2,2

amino

R-CO-N-H

5,0 – 8,0
38

H ppm

>C-Me

R-COO-Me 3.9

bậc 1

-CH=CH-OH > 15
39

40


Quan sát một hạt nhân X đang ở trong một ngoại từ trường B0.
giá trị c tăng dần theo chiều mũi tên

240 ppm
O=C<

ROOC-

O=CH- -O-CH=

0 ppm

Khi vận động, hệ thống sẽ tạo ra 1 nội từ trường Bi (cảm ứng).

>C=C<

-O-C-O-

-O-C

>N-C

>C-C<

CIV

1. Khi Bi nghịch chiều B0 = chắn nghịch từ (diamagnetic shielding)

-CH=CH-

-O-CH-O-

-O-CH<

>N-CH<

>C-CH<

CH<

Bi làm giảm tác dụng của B0

-O-CH2-O-

-O-CH2-

>N-CH2

>C-CH2-

CH2

-O-CH3

>N-CH3

>C-CH3

CH3

-N=CH2 >C=CH2

0 ppm

240 ppm

ĐDHH của các loại Carbon thông dụng

 làm giảm  (tín hiệu upfield )
Sự chắn nghịch từ thường được gọi đơn giản là sự chắn (shielding)
2. Khi Bi thuận chiều B0 = chắn thuận từ (paramagnetic shielding)
Bi làm tăng tác dụng của B0

(vị trí tương đối; tham khảo theo từng hàng ngang)

 làm giảm tần số cộng hưởng

 làm tăng tần số cộng hưởng
 làm tăng  (tín hiệu downfield )

Giá trị này sẽ thay đổi nếu có 1 số ảnh hưởng khác nữa.
41

Sự chắn thuận từ thường được gọi là sự giảm chắn (deshielding).

42

Khi bị chắn (shielded), từ trường hiệu dụng tác dụng lên hạt nhân X
sẽ giảm đi, chỉ còn Beff = (B0 – Bi) = B0 (1 – σ) với σ > 0.

Vì tần số cộng hưởng

tỉ lệ thuận với B0 (Larmor:

= .B0)

cũng giảm (và  cũng giảm; upfield)

nên khi B0 giảm thì

Khi được giảm chắn (deshielded), từ trường hiệu dụng tác dụng lên X
sẽ tăng lên, đến giá trị Beff = (B0 – Bi) = B0 (1 – σ) với σ < 0.

Vì tần số cộng hưởng
TSCH cao hơn

nên khi B0 tăng thì

TSCH thấp hơn
43

tỉ lệ thuận với B0 (Larmor:

= .B0)

cũng tăng (và  cũng tăng; downfield)
44


Dù là hạt nhân cùng loại (ví dụ cùng là 1H), nhưng do mỗi proton
ở 1 môi trường hóa học khác nhau, nên chúng có σ khác nhau.
Do đó, nói chung, mỗi proton sẽ nhận 1 Beff hơi khác nhau.

Trong DMSO-d6;
Quercetin phải có

Hệ quả là:

phổ

Mỗi proton sẽ cộng hưởng với 1 xung RF có tần số khác nhau;

1H-NMR

bố trí

như thế này  

và sẽ cho ra 1 tín hiệu có tần số cộng hưởng khác nhau.

Trong DMSO-d6;

H5'
H6'

H8
HO

OH

O

H6

OH
OH

OH

H2'

hợp chất X có phổ
1H-NMR

bố trí như

  thế này thì

O

X phải là Quercetin.

Vd: 10H của quercetin (C15H10O7) sẽ cho tổ hợp gồm 10 tín hiệu
cộng hưởng (có 10 tần số nhất định và hoàn toàn khác nhau).
Khảo sát sự bố trí của 10 tín hiệu này, có thể biết X = quercetin.
(phổ NMR do vậy mới có thông tin & mới thú vị)
45

46

Hệ số chắn σ của hạt nhân X thì thay đổi theo
• từng loại hạt nhân khảo sát (1H hay

13C)

• từng vị trí của nó / cấu trúc [CH3 – CH2 – CH = O].
• môi trường hóa học quanh X (rất đa dạng, quan trọng):
- nối với nC / nN / nO / nH / nHalogen…?
- có nối đôi, vòng thơm…? hướng equatorial / axial…?
- gần nhóm rút điện tử (>C=O, nối cầu, /meta effect…)

Mọi hạt nhân luôn có các orbital điện tử xoay quanh.

- gần nhóm đẩy điện tử (ortho Oxy…)

Các orbital này sẽ tạo ra 1 từ trường cảm ứng Bi (induced).
Bi (ngược chiều B0) nên Bi còn được gọi là từ trường chắn.

Đó chính là lý do hầu hết các hạt nhân dù cùng loại nhưng vẫn
có thể cho các tín hiệu khác nhau (mới tạo thành 1 phổ được).

Cường độ của Bi = σ  B0 (với σ là hệ số chắn).
47

48


Vì độ âm điện của Oxy > Nitơ > Carbon > Hydro > Silic;
đám mây điện tử chung sẽ di chuyển theo chiều mũi tên

CH3

2 C này được giảm chắn
(c sẽ tăng, downfield)

C normal
(c normal)

2 C này bị chắn
(c sẽ giảm, upfield)

H3C
49

Có rất nhiều yếu tố làm thay đổi ĐDHH; ở đây ta chú ý đến các

Quy ước: CH3 trong tetramethylsilan

Si
CH3

(chuẩn TMS) có C & H = 0,00 ppm
50

CH3

X sẽ downfield khi X bị rút bớt điện tử do…

yếu tố liên quan đến cấu trúc. Nói chung, chúng có 2 dạng chính
1. Làm giảm giá trị  (làm tín hiệu dời qua phải)
Nguyên nhân cơ bản: mật độ điện tử quanh hạt nhân tăng lên.
Khi đó, từ trường cảm ứng Bi cũng tăng lên, và Beff = (B0 – Bi)
sẽ giảm khiến tần số cộng hưởng

(và ) giảm đi (upfield).

2. Làm tăng giá trị  (làm tín hiệu dời qua trái)
Nguyên nhân cơ bản: mật độ điện tử quanh hạt nhân giảm đi.
Khi đó, Bi cũng tăng lên, và Beff = (B0 – Bi) tăng lên khiến tần số
cộng hưởng

(và ) tăng lên (downfield).
51

1. Gắn với Z ( > C)

>CH-OH, >CH-OR, >CH-N

2. Gắn với nZ (N, O, X)

>N-CH3, >N-CH2-N<; -CO-, -OCO-, -COO

3. Gắn với nối đôi

>CH=CH<, -CH=O; cis / trans

4. Thuộc vòng thơm

CH phenyl, benzyl, pyrano, furano…

5. Hiệu ứng ; meta-Oxy

iso-Flavon, Phenol, phenyl

6. Thuộc vùng equatorial

Ose, Glycosyl

7. Nối cầu H (với O, N)

5-OH Flavon

8. Thuộc vùng giảm chắn khác

5-OH Flavon
52


Các ví dụ cụ thể để minh họa 2 nhóm yếu tố này (down/upfield)
X sẽ upfield khi X bị dồn thêm điện tử do…

thì rất nhiều và cực kỳ đa dạng.

1. Gắn với Y ( < X)

TMS, >CH-

Nhưng vấn đề căn bản cần phải nhớ là:

2. Gắn với nY (H, Si)

CH3, CH2, CH

1. Khi bị dồn thêm điện tử: Bị chắn (= shielded; upfield)

3. Gắn với nối ba

ankyn; acetylen (ít gặp)

2. Khi bị rút bớt điện tử: Giảm chắn (deshielded; downfield)

4.
5. Hiệu ứng

ortho-phenol

Việc sắp xếp chúng thành vài nhóm quy luật cũng chỉ là các

6. Hiệu ứng ortho-Oxy

Phenyl!

ví dụ minh họa cụ thể để dễ hình dung, dễ theo dõi mà thôi.

7. Thuộc vùng axial

Ose, Glycosyl

Xin tham khảo loạt ví dụ minh họa trong # 40 slides sau đây

8. Thuộc vùng tăng chắn khác Rất đa dạng

(đến slide số ~ 90 !)
53

54

Khi tín hiệu cộng hưởng X thay đổi  C và H thay đổi.
Sự thay đổi này có thể gói gọn trong 2 nhóm quy tắc căn bản:

Quy tắc 1:
Tam giác downfield

Quy tắc 2:
Hiệu ứng downfield

1.1. Giảm H

2.1. meta, γ-effect

1.2. Tăng Z

2.2. equatorial

1.2. Nối đôi

2.3. nối cầu Hydro
X sẽ tăng khi: Giảm số H, tăng số Z (nguyên tử có ĐÂĐ lớn)
55

và nhất là khi có nối đôi (mạch thẳng hay vòng, vòng thơm).

56


Vùng downfield (vùng giảm chắn = vùng trường thấp = Bi thấp)

tăng (Z)

là vùng quanh cấu trúc, tại đó các hạt nhân sẽ nhận 1 từ trường

tăng ĐÂĐ

hữu hiệu Beff = (B0 – Bi) mạnh; do sự cản trở của Bi ít đi.

tăng ĐÂĐ

Kết quả là X và X của các hạt nhân này sẽ tăng lên (qua trái).
Vùng giảm chắn này chủ yếu do:
• hiệu ứng của nối đôi (mạch thằng, vòng, vòng thơm…)

tăng ĐÂĐ

• hiệu ứng về vị trí (equatorial, -effect, o-Oxy / vòng thơm…)
• hiệu ứng rút è do kế nhóm carbonyl (ceton, ald, acid, ester…)
Để thuận tiện, vùng giảm chắn này được tạm khảo sát riêng;

(CH3)4Si

bên cạnh sự giảm chắn do sự ch. lệch về độ âm điện (Quy tắc 1)

0,00 ppm
57

58

Càng bị H dồn điện tử qua, C càng bị chắn (càng upfield, c càng giảm)
Me
CIV

CH

CH2

Phổ

CH3

13C-NMR

O
TMS

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10 ppm 0

Thang độ âm điện: O (3,5) > N (3,0) > C (2,5) > H (2,1) > Si (1,8)

0

O-CH3

N-CH3

C-CH3

H-CH3

Si-CH3

Phổ 1H-NMR

4.5

59

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0 ppm

60


a. Nguyên tử lân cận (Z) có ĐÂĐ càng lớn, C sẽ càng tăng.


*

HO CH CH2

CH2

*

HO CH2

CH2



*



CH3

CH3

CH3



*

X=

F

O

N

Cl

Br

I

C

H

Si

=

4.0

3.5

3.0

3.1

2.9

2.6

2.5

2.1

1.8

Δ càng lớn, C sẽ càng downfield (qua trái):
 = 2,5

ĐÂĐ: O (3,5) > C (2,5).

HO



*

HO

2,5

2,5

3,0

2,5

2,5

1,8



*



*

3,5



*

60

50

30

40

20

10

0 ppm

C sẽ tăng hơn nữa khi C này lại giảm H hay gắn với nối đôi.
61

62

b. Nguyên tử lân cận (Z) có ĐÂĐ càng lớn, H sẽ càng tăng.
(ĐÂĐ: F O N C)

C = 2.55

ĐÂĐ

F
4.0

O
3.5

O
3.5

Cl
3.1

Br
2.9

I
2.6

H
2.1

Si
1.8

CHCl3

CH3F

CH3OH

CH3Oφ

CH3Cl

CH3Br

CH3I

CH4

TMS

7,27

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

0,00

OH

N

CH3

H

C

C

C

C

C tăng dần theo chiều mũi tên

(nối đôi)
CHCl3

8 ppm

7

1

6

5

2

4

3 4

5

3

6

7 TMS

2

1

0

OH

N

CH

CH

CH3
CH

(nối đôi)
H
CH

(ĐÂĐ: F O N C)

H sẽ tăng hơn nữa khi gắn nhiều (Z) và nhất là khi gắn với nối đôi.
63

64


HO
CH2

6

HO

4

HO

3

aglycon
O

2

5

1

HO

O

H

O-βD-glucosid này có

Vùng downfield (vùng giảm chắn = vùng trường thấp = Bi thấp)

• 1 nhóm -O-CH-O- (C-1).

là vùng quanh cấu trúc, tại đó các hạt nhân sẽ nhận 1 từ trường

• 3 nhóm -CH-OH (C-2,3,4).

hữu hiệu Beff = (B0 – Bi) mạnh; do sự cản trở của Bi ít đi.

• 1 nhóm –CH-OC (C-5).

Kết quả là X và X của các hạt nhân này sẽ tăng lên (qua trái).

• 1 nhóm -CH2OH (C-6).

Vùng giảm chắn này chủ yếu do:

• Do nối với 2 Oxy ether, nên C-1 downfield nhất.
(C1 ~ 100 ppm, lớn nhất).
• Do nối với 1 Oxy ether, nên C-5 downfield nhì.
(C5 ~ 78 ppm, lớn nhì).
• Do là –CH2OH (nối với 2H), nên C-6 upfield nhất.
(C6 ~ 63 ppm, nhỏ nhất).

• hiệu ứng của nối đôi (mạch thằng, vòng, vòng thơm…)
• hiệu ứng về vị trí (equatorial, -effect, o-Oxy / vòng thơm…)
• hiệu ứng rút è do kế nhóm carbonyl (ceton, ald, acid, ester…)
Để thuận tiện, vùng giảm chắn này được tạm khảo sát riêng;

• Nếu C-6 tiếp tục nối O-glycosid với 1 ose khác,

bên cạnh sự giảm chắn do sự ch. lệch về độ âm điện (Quy tắc 1)

C6 có thể downfield tới 67 ppm!

trong vùng tăng chắn.

trong vùng giảm chắn.

+

+
+




H của alkyl
sẽ giảm mạnh

H của olefin
sẽ tăng mạnh

+
H của aldehyd
sẽ tăng mạnh

B0







+

+


+

các H sẽ tăng đáng kể +
so với cyclo-alkan.

B0



66

6 proton / benzen ở

2 proton của C2H2 ở
các H sẽ giảm đáng kể –
so với alkan và alken.

65

vùng tăng chắn

+





vùng giảm chắn.
H của benzen
+ sẽ tăng mạnh

+



+

+

+

+

vùng giảm chắn.
H của benzen
sẽ tăng mạnh +


67

vùng tăng chắn

68


γ
Trên (dị) vòng, vùng equatorial (eq.) sẽ được giảm chắn.
Các hạt nhân thuộc vùng này sẽ có X lớn hơn vùng axial.
Đây là thông tin rất cần khi khảo sát các glycosid.















+

+











O

O

O

R

R

R



+





C downfield rất mạnh (ipso
Khi C gắn với O, N… thì

H của H-1eq / D-glc > H của H-1ax / D-glc
nhưng J của H-1eq lại < J của H-1ax (xem sau)

C upfield rõ

(ortho: )

C downfield rõ

(meta: )

69

70

γ

OH
21.0



Me3C



65.0



H

75.4

25.7



HO

OH



Me3C

O

H





Khi OH-ax thành OH-eq: c của C- và C- sẽ tăng

O

H


22.4 



35.0








(genistein)


29.0 





OH
4'





H 6'

OH
OH




O

4'
6'

38.7

HO


OH



2' H

2'



25.7



H-2’/6’ có -effect ( 7.91)

H-2’/6’ không có -effect ( 7.32)







21.0

γ

X

H

)

O

(apigenin)

Me 22.3

Me 17.4

Đây là thông tin rất cần khi khảo sát các hợp chất đa vòng.
71

72


γ
8,4 ppm
HO

O


OH

O



HO

O





OH

OH

O

O



Flavon có

Ph

O

dienon

H

6,5 ppm

(ortho: )

C downfield rõ

(meta: )

Ph

H

OR

O

O

O

220

200

180

175 ppm

Flavanon(ol)

Flavon

Flavonol

220 ppm

R

• singlet tại ~ 8,4 ppm: isoflavon

O

O

)

C upfield rõ

dienonol
Ph

O

Ph

(OR)



C downfield rất mạnh (ipso
Khi C gắn với O, N… thì

enon(ol)

ceton

OH

H

C

200-180 ppm

R

R

C

180-170 ppm

H

R

C

170-160 ppm

R

OH

C

OR

O

O

O

O

ceton

aldehyd

carboxylic

ester/lacton

• singlet tại ~ 6,5 ppm: (eu)flavon
73

74

HO

O

Ph

4

OH

O

O

O

220 ppm

200 ppm

182 ppm

175 ppm

O

O

O

O

O

O

O

Ph

HO

O

4

4

OH

Δ-Coumarin

Flavonol

O

(OH)

O

OH

O

182

200

OR
O

HO

197

OR
O

Flavon

Flavanon(ol)

càng bị rút bớt điện tử  càng được giảm chắn   càng tăng

Ph

HO

OH

HO

O

O

O

161

175

180 ppm

160

tín hiệu của các C-carbonyl
75

76


8

HO

O

7

OR

7

HO

8

5



R

5

(I)

O

7

6

O

5

OH

(II)

O

C-5

C-6

C-7

C-8

Flavon = (I)

125,1

124,5

133,8

118,2

Chrysin = (II)

161,5

98,9

164,3

94,0

OH

3

• C-ipso sẽ downfield mạnh ( > 30 ppm).

+

• C-meta sẽ downfield một ít.
• C-ortho sẽ upfield mạnh ( ~ 25 ppm)



Đây là thông tin rất cần khi khảo sát các polyphenol.

3

1

2

6

HO

O

2

OH

O

1
2

O

OH

(A)

Flavon

Khi vòng thơm (phenyl…) gắn với Oxy thì:



1

O

(C)

C của 

+

O

HO

5

OH

4

6

4

6

OH

5

5

8

HO

6

6

OH



4

OH

3

OH

O

5
6

HO

O

1

4

OH

3

OH

2

OH

(L)

O

(T)

C-1’

C-2’

C-3’

C-4’

C-5’

C-6’

(C) = chrysin

130.7

129.0

126.3

131.9

126.3

129.0

(A) = apigenin

121.3

128.4

116.0

161.5

116.0

128.4

(L) = luteolin

122.1

113.8

146.2

150.1

116.4

119.3

(T) = tricetin

120.9

106.0

146.5

137.9

146.5

106.0

(Khi vòng phenyl gắn Oxy: c ipso tăng; c ortho giảm)

77

78

OH
5
6

HO

O

1

3

HO

O

HO

O

OH

2

OH

O

OH

(G)

OH

O

(K)

O

4

6

HO

O

(OH)

OH

(C < 100 ppm)

1
2

OH

OH

OH

5

OH

OH

4

3

OH



OH
OH

(Q)

O

HO

(C < 100 ppm)

(M)

7

(OH)
8

O

6

Flavonol

C-1’

C-2’

C-3’

C-4’

C-5’

C-6’

(C)

(G) = galangin

132.3

129.4

128.5

130.8

128.5

129.4

chrysin

(K) = kaempferol

121.7

129.5

115.4

159.2

115.4

129.2

(Q) = quercetin

122.1

115.2

145.1

147.7

115.7

120.1

(M) = myricetin

120.4

109.0

146.0

136.6

146.0

109.0

(Vòng thơm gắn Oxy: c ipso tăng; c ortho giảm)

(A)

C6 & C8 giảm mạnh ()
đến dưới 100 ppm!

(OH)

5

OH

(OH)

Bị kẹp giữa 2 ortho C-O nên

O

(L)

apigenin luteolin

(T)
tricetin

(G)

(K)

(Q)

(M)

galangin kaempferol quercetin myricetin

C-6

98.9

98.8

99.2

99.0

99.1

98.2

98.3

98.5

C-8

94.0

94.0

94.2

93.9

94.6

93.5

93.5

93.5

Đây là thông tin rất cần khi khảo sát các polyphenol.
79

80


5'

HO

• do nối cầu Hydrogen với ceton nên 5-OH downfield rất mạnh.

8

7

6

• do -effect (meta) với C-5 & C-9, nên 7-OH (và C-7) cũng downfield.

O

9

4

10

5

OH

HO

7




4'

OH

3'

OH

O

9



4

OH

O

7-OH

Phổ

1H-NMR

4’-OH

5'
6'
8

7

6

9

10

5

OH

O
4

2

3

OH

3

O

5-OH > 7-OH > 4’-OH > 3-OH

(DMSO-d6; 500 MHz) của quercetin

HO

2'

H (DMSO-d6) của 4 nhóm –OH sẽ giảm dần theo dãy:

5-OH downfield nhất (vì có nối cầu với Oxy của 4-ceton

3-OH
5-OH

3'

1'

OH

3

5

2

OH

4'

6'

1'

4'

và có 2 meta Oxy ở C-7 + C-4)

3’-OH

7-OH downfield nhì

(vì có 2 meta Oxy ở C-5 + C-9)

4’-OH trung bình

(vì không có meta & ortho Oxy)

3-OH upfield nhất

(vì có 2 ortho Oxy ở C-4 + C-2)

81

82

5'

OH

6'

HO

3'

8

7

9

O

2

1'

2'
6

OH

10

5

OH

O

4

3

4'

OH

3'
2'

OH

O

H của các nhóm –CH= sẽ giảm dần theo dãy:

C của 7 nhóm C gắn với Oxy sẽ giảm dần theo dãy:

(H-2’/6’) > (H-3’/5’) > (H-8/6)

4 > 7 > 5 > 2 > 9 > 4’ > 3

H-2’/6’ downfield nhất (vì meta với 4’-O + effect)
H-3’/5’ upfield nhẹ

(vì ortho với 4’-O)

H-8 upfield mạnh

(vì ortho với 7-O và 9-O)

H-6 upfield mạnh

(vì ortho với 7-O và 5-O*)
*có nối cầu H

C của các nhóm CIV (không gắn –OH) sẽ giảm dần theo dãy:
4 > 2 > 9 > 1’ > 10 > 6 > 8

83

84


147 ppm

164 ppm

OH

147 ppm

OH

156 ppm

OH

1

OH

OH

2

HO

O

(OH)

2
3

OH

HO

O

O

(OH)

2
3

H
OH

O

HO

O

O

3

O

OH

3-OH (Flavonol)

3-H (Flavon)

4’-OH:

Kaempferol

Apigenin

C2 ~

147* ppm

164* ppm

3’,4’-diOH:

Quercetin

Luteolin

(OH)

2

H

Khi Flavonol mất 3-OH (thành Flavon): C-2 downfield rất rõ (# 17 ppm)

HO

O

(OH)

2
3

H
OH

O

3

O
5

6

O

Ose(s)

4

OR

O

(oses)

3-OH

3-O-Glucose

3-O-Rutinose

4’-OH:

Kaempferol

Astragalin

Nicotiflorin

C2 ~

147* ppm

156* ppm

156* ppm

3’,4’-diOH:

Quercetin

Isoquercitrin

Rutin

Khi Flavonol thành 3-O-glycosid: C-2 downfield rất rõ (# 10 ppm)

85

62 ppm

86

67 ppm
1

*
4

*
*

O

6

2

*

3

Me
O

OH
OH

aglycon
1

O

*

Me

1

O

O

O

6

4

* *

*
*

2

aglycon
2
3

1

OH

3

O

aglycon

OH
5

6

1

4

2

aglycon

5
6

O

OH

3

O

OH

OH

4

OH

O

OH

H

*

O

1

*
*

Rha1  2Glc
(Neohesperidose)

Rha1  6Glc
(Rutinose)

Glucosyl
Glc-coumaroyl

C-1

C-2

C-3

C-4

101.0

74.2

76.3

69.9

C-5

C-6

77.4

60.9

74.2

63.0

CH2 duy nhất của một biosid có c ~ 67 ppm: kiểu nối (1  6)
87

88


H
H

H

5

6

4

3

5

H

6

10

4
3

10
7

HO

7

8

9

O

2

RO

O

8

9

1

O

2

O

H

coumarin A

H của các nhóm –CH= sẽ giảm dần theo dãy:
(H-4) > (H-5) > (H-6) > (H-8) > (H-3)
4-CH downfield rất rõ

(do meta với nhóm >C=O)

5-CH downfield rất rõ

(do meta với 2 nhóm OR)

(vì ortho với 7-O)

3-CH upfield rất rõ

(do ortho với nhóm >C=O)

H-8 upfield hơn

(vì ortho với 7-O và 9-O)

8-CH upfield rất rõ

(do ortho với 2 nhóm 7,9-OR)

H-3 upfield nhất

(vì ortho với 2-COO-)

6-CH upfield khá rõ

(do ortho với 1 nhóm 7-OR)

H-4 downfield nhất

(vì meta với 2-COO-)

H-5 downfield

(vì meta với 7-O)

H-6 upfield

89

RO

5

6

10

7

RO

8

9

90

4
3
1

O

2

O

13

coumarin B

• Mọi tín hiệu C đều là singlet (do đã giải ghép với proton).
4-CH downfield rất rõ

(do meta với >C=O)

3-CH upfield rất rõ

(do ortho với >C=O)

5-CH up/down ko rõ

(do ortho với 1 nhóm 6-OR

• Nói chung, 1 C # 1 singlet, nhưng có cường độ khác nhau.
(cường độ thì không tỉ lệ với số lượng của C tương ứng).
• Riêng tín hiệu của dung môi đo (CDCl3, MeOD, DMSO-d6…)

và meta với 2 nhóm 7,9-OR)
8-CH upfield rất rõ

Vì giàu D  dung môi đo có tương tác [C – D]  có đỉnh bội.

(do ortho với 2 nhóm 7,9-OR

(xem phần sau)

và meta với 2 nhóm 6-OR)
91

92


13

13

OH

16 carbon của physcion cho 16 tín hiệu.

O

1. Do thời gian hồi phục khác nhau nên cường độ tín hiệu của

OH

• Carbon bậc 4 (CIV) là kém nhất (thấp nhất).

1

8

Mỗi tín hiệu đều tương ứng với 1 carbon,
MeO

nhưng có cường độ cao thấp khác nhau.

6

3

• nhóm CH3 > CH2 > CH > CIV (nhưng trình tự C thì # trái lại!)

Me

O

• nhóm OMe, N-Me: rất mạnh

1 x arom . C-Me

2 x ceton

3 x arom . C-O

physcion
4 x CH aromatic

• CH nối đôi, CH thơm: rất mạnh (xem lại phổ của Physcion)

OMe
Me

2. Khi trong cấu trúc có các nhóm đối xứng (ở một môi trường
CDCl3

hóa học như nhau) thì cường độ tín hiệu cũng cao lên đột ngột
(nhưng không có nghĩa là cao gấp đôi). Việc xác nhận đây là
tín hiệu của các cặp Carbon đối xứng sẽ được khẳng định nhờ

Trên phổ

13C:

khảo sát 1 loạt phổ khác (tham khảo phần sau).

cường độ tín hiệu thì không tỉ lệ với số lượng carbon.
93

94

13

()
COOR
RO
HO

OH

OH



O

RO

OR

*
*

OH

R

OH

OR

RO

B

O

OH

HO

OR

O

O

OR

O
O

R

O

R

RO



O

RO

O

R

2 tín hiệu cao đột ngột
là của 2 cặp CH thơm,
đối xứng thuộc vỏng (B)

*
*

R
OR

O

OH

O



O

OH

OH
OH

OR

OH
O

R

RO

O

R
OR

O

O

OH

OH

*
*

R
O

OH


R

R
O

96


93.6

98.9

104.4

115.0

122.3
121.2

130.1

157.6
157.4
153.9

164.2
162.0

180.2

1

• Nói chung, cường độ (= diện tích S, số tích phân STP)
2 tín hiệu cao đột ngột là của 2 cặp CH thơm, đối xứng thuộc vỏng (B)
HO

O

7

(A)

• Giá trị này thường được máy tự ghi ở phía dưới phổ 1H.

2

(đôi khi, kèm theo ký hiệu tích phân của vùng tương ứng)

(C)
3

5

OH

của tín hiệu thì tỉ lệ với số lượng proton tương ứng.

O

• Nó cho biết tín hiệu này do mấy proton tạo thành.

(B)
4'

OH

(= số nguyên gần nhất).
• Khi STP này << 1: rất có thể tín hiệu này là do tạp.
• Tổng các STP chưa hẳn là tổng số proton trong mẫu!

175

165

155

145

135

125

115

105

95

90

98

1

• STP chỉ được ghi trên phổ 1H-NMR mà thôi.

• Thể hiện bằng diện tích đỉnh (not chiều cao đỉnh), do máy ghi

• singlet “đẹp” nhất sẽ được chọn làm đơn vị (STP 1.000)

theo số tích phân (STP, thường in ngay bên dưới mỗi tín hiệu).

Không chọn tín hiệu của d. môi, nước, tạp… làm đơn vị.
• Nói chung, STP này cho biết số lượng (thực ra là tỉ lệ tương đối)

Không ghi STP dưới các tín hiệu của dung môi, nước.

proton tương ứng của từng tín hiệu.

• Số lượng proton # số nguyên gần nhất với STP.
(1,042 # 1 H); (2,012 # 2 H); (2,984 # 3 H)...

• STP này do máy tự tính toán theo diện tích đỉnh của 1 tín hiệu

• STP sẽ không còn đúng khi bị xen phủ quá nhiều

singlet nào đó được chọn làm đơn vị (# 1,000 proton).

Tổng các STP chưa hẳn là tổng số H trong cấu trúc.

• STP này thường không phải là số nguyên, số proton thường là

• Máy có thể ghi hoặc không ghi STP của -OH, -NH...

số nguyên gần nhất của giá trị STP này (vd. 2,076 # 2 proton).

• Đôi khi STP còn được vẽ thành “đường tích phân”.
99

100


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×