解 NMR 光譜

析一維與二維核磁共振光譜以歸峰、定偶合關係、提合諸觀測數據之分子結構片段。

用時

• 自 NMR 數據定未知有機化合之結構
• 證合成物之同與純
• 於疊訊之複光譜中歸峰
• 合諸 NMR 實驗（1H、13C、DEPT、COSY、HSQC、HMBC）成結構之一貫圖
• 別區位異構、立體異構、或構象異構

入

• 必要：NMR 光譜數據（至少一 1H 光譜及化學位移、多重性、積分）
• 必要：分子式或分子量（自質譜或元素分析）
• 可選：13C 與 DEPT 光譜（化學位移及多重性）
• 可選：2D 光譜（COSY、HSQC、HMBC、NOESY/ROESY 關聯表）
• 可選：採集用之溶劑與磁場強度
• 可選：既知結構約束（如反應起始物、IR 證之官能團）

法

第一步：評光譜類與採集參數

解讀前立可得數據及其質：

1. 辨實驗類：錄可得諸光譜（1H、13C、DEPT-135、DEPT-90、COSY、HSQC、HMBC、NOESY、ROESY、TOCSY）。記所觀察核與維度
2. 記採集參數：記波譜儀頻率（如 400 MHz、600 MHz）、溶劑、溫度、參考標準
3. 辨溶劑與參考峰：以下表尋並除溶劑訊

溶劑	1H 殘留 (ppm)	13C 訊 (ppm)
CDCl3	7.26	77.16
DMSO-d6	2.50	39.52
D2O	4.79	--
CD3OD	3.31	49.00
Acetone-d6	2.05	29.84、206.26
C6D6	7.16	128.06

4. 評譜質：察基線平、多重峰之解析、信噪比。標任何偽影（旋轉邊帶、13C 衛星、CDCl3 中 ~1.56 ppm 之 H2O 等溶劑雜峰）

**得：**可得實驗之全錄，已證溶劑／參考峰除於析之外，及質評。

**敗則：**若光譜信噪差或基線嚴重失真，記此限並慎行。標不可信別於噪之諸峰。

第二步：析 1H 化學位移

以特徵位移範圍歸每 1H 訊於化學環境：

1. 列諸訊：於每峰記化學位移 (ppm)、多重性、偶合常數 J (Hz)、相對積分
2. 依位移區分類：

範圍 (ppm)	環境	例
0.0--0.5	遮蔽（環丙烷、M-H）	環丙基 H、金屬氫化物
0.5--2.0	烷（CH3、CH2、CH）	飽和脂肪鏈
2.0--4.5	α 至雜原子／不飽和	-OCH3、-NCH2、烯丙、苄基
4.5--6.5	乙烯基／烯	=CH-、=CH2
6.5--8.5	芳香	ArH
9.0--10.0	醛	-CHO
10.0--12.0	羧酸	-COOH
0.5--5.0（寬、可交換）	OH、NH	醇、胺、醯胺

3. 計氫數：以相對分子式之積分比歸每訊之質子數。規為最簡整數比
4. 記可交換之質子：D2O 搖動後消之訊（OH、NH、COOH）為可交換。記其有無及近似位移

**得：**諸 1H 訊之表，附位移、多重性、J 值、積分（H 數）、初步環境歸屬。

**敗則：**若積分比不合預期質子總數，察疊訊、藏基線之寬峰、或分子式之誤。

第三步：定偶合型與 J 值

自分裂型提連結資訊：

1. 辨多重性：歸每訊為單 (s)、雙 (d)、三 (t)、四 (q)、雙雙 (dd) 等。複多重峰 (m) 者估偶合夥之數
2. 量偶合常數：以 Hz 提 J 值。配互偶（若 H_A 偶 H_B，J = 7.2 Hz，H_B 必顯同 J 於 H_A）
3. 以類分 J 值：

J 範圍 (Hz)	偶合類
0--3	同碳 (2J) 或長程 (4J、5J)
6--8	鄰位脂肪 (3J)
8--10	旋轉受限之鄰位
10--17	鄰位烯順 (6--12) 或反 (12--18)
0--3	芳香間位
6--9	芳香鄰位

4. 圖偶合網：集相偶之質子為自旋系統。每系統示分子之一連片段
5. 評屋簷效：AB 型中，雙峰之內線強於外線，示化學位移相近

**得：**諸偶合常數已量並互配，自旋系統已辨，偶合類已分。

**敗則：**若多重峰複而不可以一階律析，記此高階型。疊訊或強偶核 (delta-nu/J < 10) 生非一階型，須模擬。

第四步：析 13C 與 DEPT 數據

自 13C 實驗定碳類與數：

1. 計各異 13C 訊：比 13C 峰數於分子式。少於預期則示分子對稱
2. 依化學位移分類：

範圍 (ppm)	碳類	例
0--50	sp3 烷	CH3、CH2、CH、四級 C
50--100	α 至 O 或 N	-OCH3、-OCH2、端基 C
100--150	芳香／乙烯基	=CH-、ArC
150--170	雜芳香／烯醇／亞胺	C=N、芳香 C-O
170--185	羧基／酯／醯胺	-COOH、-COOR、-CONR2
185--220	醛／酮	-CHO、>C=O

3. 用 DEPT 編輯：以 DEPT-135（CH 與 CH3 向上、CH2 向下、四級不現）與 DEPT-90（僅 CH）定每碳所連氫數
4. 算不飽和度：DBE = (2C + 2 + N - H - X) / 2。比於光譜暗示之 π 鍵與環

**得：**每 13C 訊依類（CH3、CH2、CH、C）與化學環境分類，不飽和度已算並合觀測官能團。

**敗則：**若 DEPT 數據闕，自 HSQC 關聯（第五步）推氫連結。若碳數不合分子式，察重合訊或藏噪之四級碳。

第五步：關聯 2D NMR 數據

以二維實驗建連結：

1. COSY (1H-1H 關聯)：辨何質子隔 2--3 鍵。圖交峰以證並擴第三步之自旋系統
2. HSQC (1H-13C 一鍵)：歸每質子於其直連碳。此明連 1H 與 13C 之歸屬
3. HMBC (1H-13C 長程)：辨 2--3 鍵之 H-C 關聯。HMBC 為連跨四級碳、雜原子、羰基（無直 H-C 鍵）之片段之關鍵
4. NOESY/ROESY（穿空間）：辨空間近（< 5 埃）之質子，無論鍵連。用於立體歸屬與構象析
5. 建片段連結：以 HMBC 關聯連 COSY 之自旋系統為更大片段。每 HMBC 交峰示一 2--3 鍵之 H 至 C 之徑

**得：**連結圖連諸自旋系統成一貫分子框架，NOE 數據可得則附立體資訊。

**敗則：**若 2D 數據不全或曖，記暫定之連。或須多結構提。以 HMBC 為片段組裝之先，彼橋 COSY 不能及之隙。

第六步：提並驗結構

結片段為全結構之提：

1. 組片段：以 HMBC 關聯與不飽和度約束連第二至第五步之結構片段
2. 察分子式：驗所提結構精配分子式（原子數、不飽和度）
3. 反推化學位移：為所提結構預期 1H 與 13C 化學位移。比於觀測值；偏 > 0.3 ppm (1H) 或 > 5 ppm (13C) 須再察
4. 驗諸關聯：確諸觀測 COSY、HSQC、HMBC 關聯皆由所提結構釋之。未釋交峰示訛或雜質
5. 慮替代：若多結構合數據，列可解曖之區分實驗或關聯
6. 歸立體：以 NOE 數據、J 值析（二面角之 Karplus 關係）、既知構象偏好，歸相對及可能絕對立體

**得：**單最適結構之提，諸 NMR 數據皆有校，或候選之序列附辨識之策。

**敗則：**若無單結構容諸數據，察：化合混合（餘峰具非整數積分比）、動態過程（構象交換生寬峰）、或順磁雜質（異常展寬）。若多結構仍同可行，再察分子式。

驗

• 諸溶劑與參考峰已辨並除於解讀
• 每 1H 訊歸化學位移區、多重性、J 值、積分
• 偶合常數互配（於偶合夥間配）
• 13C 訊依 DEPT 多重性與化學位移區分類
• 不飽和度已算，合所提結構
• 2D 關聯（COSY、HSQC、HMBC）皆由結構之提釋之
• 所提結構精配分子式
• 反推化學位移於容忍內合觀測值
• 可則以 NOE 或 J 值析處立體

陷

• 忽溶劑峰：常溶劑生訊或疊分析物峰。解讀前恆辨並除溶劑殘留、水、油脂峰
• 強於二階型上施一階析：強偶核（小化學位移差於 J）生失真多重峰，不可以簡單 n+1 律解。識屋簷效與非二項強度型為兆
• 略可交換質子：OH 與 NH 訊或寬、或因濃度／溫度位移、或於質子溶劑中闕。D2O 搖動實驗明何訊可交換
• 假設諸 13C 峰皆可見：四級碳弛豫長而強度低。短採集光譜或闕。HMBC 關聯常為唯一察法
• 誤解 HMBC 偽影：HMBC 光譜或顯一鍵偽影（誤歸為長程）與弱四鍵關聯。以 HSQC 交察以濾一鍵漏透
• 忽對稱：若觀測 13C 峰數少於分子式所預，則分子或具對稱元素。結構提前計此

參

• interpret-ir-spectrum — 辨官能團以約 NMR 結構之提
• interpret-mass-spectrum — 定分子式與碎裂以交叉驗
• interpret-uv-vis-spectrum — 述發色團與共軛之度
• interpret-raman-spectrum — 得對稱模式之互補振動數據
• plan-spectroscopic-analysis — 數據採集前擇並序光譜技術