阿摩線上測驗
登入
阿摩線上測驗
登入
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。」