# Interpret Nmr Spectrum

> Systematically interpret nuclear magnetic resonance spectra (1H, 13C, DEPT, and 2D experiments) to elucidate molecular structure. Covers chemical shift assignment, coupling pattern analysis, integration, and correlation of multi-dimensional data into coherent structural proposals.

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# 解 NMR 譜

析一維與二維 NMR→賦峰、定偶合、提與諸觀察數據合之結構片。

## 用

- 由 NMR 定未知有機化合物之結構
- 證合成物之身與純
- 疊信號之複譜賦峰
- 合多 NMR 實驗（1H、13C、DEPT、COSY、HSQC、HMBC）為統一結構圖
- 辨區域、立體、構象異構

## 入

- **必**：NMR 譜（至少 1H 譜附化學位移、多重性、積分）
- **必**：分子式或分子量（由 MS 或元素析）
- **可**：13C 與 DEPT（化學位移與多重性）
- **可**：2D 譜（COSY、HSQC、HMBC、NOESY/ROESY 相關表）
- **可**：溶劑與場強
- **可**：已知結構約（如反應起原料、IR 證官能團）

## 行

### 一：評譜型與採參

析前立可用數據及其質：

1. **識實驗型**：列可用譜（1H、13C、DEPT-135、DEPT-90、COSY、HSQC、HMBC、NOESY、ROESY、TOCSY）。記觀察核與維數
2. **記採參**：譜儀頻（如 400 MHz、600 MHz）、溶劑、溫、參標
3. **識溶劑與參峰**：以下表尋並排溶劑信號：

| 溶劑 | 1H 殘（ppm） | 13C 信（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**：察基線平度、多重峰解析度、信噪比。標偽影（旋轉邊帶、13C 衛星、溶劑雜峰如 CDCl3 中 ~1.56 ppm H2O）

得：可用實驗清單全，溶劑/參峰已排，質評備。

敗：若信噪差或基線嚴重扭曲→記限並謹行。標不可靠辨於噪之諸峰。

### 二：析 1H 化學位移

以特徵位移範賦各 1H 信號：

1. **列諸信號**：各峰記位移（ppm）、多重性、J（Hz）、相對積分
2. **按位移區歸**：

| 範（ppm） | 環境 | 例 |
|---|---|---|
| 0.0-0.5 | 屏蔽（環丙、M-H） | 環丙 H、金屬氫化 |
| 0.5-2.0 | 烷（CH3、CH2、CH） | 飽和脂鏈 |
| 2.0-4.5 | α 雜原子/不飽和 | -OCH3、-NCH2、烯丙、苄位 |
| 4.5-6.5 | 乙烯/烯 | =CH-、=CH2 |
| 6.5-8.5 | 芳 | 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、酰胺 |

3. **計氫**：以相對分子式之積分比賦每信號之質子數。歸至最簡整數比
4. **記可交換質子**：D2O 搖動時消失（OH、NH、COOH）為可交換。記其存與約位移

得：諸 1H 信號表（位移、多重性、J、積分（H 數）、初環境歸）。

敗：若積分比不合預期總質子數→察疊信號、基線中隱寬峰、或分子式誤。

### 三：定偶合式與 J 值

由裂式提連接信息：

1. **識多重性**：各信號賦為單（s）、雙（d）、三（t）、四（q）、雙之雙（dd）等。複多重峰（m）估偶合伙伴數
2. **量偶合常數**：提 J 值（Hz）。匹互偶（若 H_A 對 H_B 之 J = 7.2 Hz→H_B 對 H_A 當示同 J）
3. **按型歸 J**：

| J 範（Hz） | 偶合型 |
|---|---|
| 0-3 | 同碳（2J）或遠程（4J、5J） |
| 6-8 | 鄰位脂（3J） |
| 8-10 | 鄰位有限旋轉 |
| 10-17 | 鄰位烯順（6-12）或反（12-18） |
| 0-3 | 芳間 |
| 6-9 | 芳鄰 |

4. **圖偶合網**：分互偶質子為自旋系。各自旋系代表分子之連接片
5. **察屋頂效**：AB 型式中雙峰內線較外線強→化學位移近

得：諸偶合常數量並互匹，自旋系識，偶合型歸。

敗：若多重峰過複不可以一階律析→記高階式。考疊信號或強偶核（delta-nu/J < 10）→生非一階式需模擬。

### 四：析 13C 與 DEPT 數據

由 13C 實驗定碳型與計數：

1. **計不同 13C 信號**：比 13C 峰數與分子式。少於預期→分子對稱
2. **按位移歸**：

| 範（ppm） | 碳型 | 例 |
|---|---|---|
| 0-50 | sp3 烷 | CH3、CH2、CH、季碳 |
| 50-100 | α O 或 N | -OCH3、-OCH2、異頭碳 |
| 100-150 | 芳/烯 | =CH-、ArC |
| 150-170 | 雜芳/烯醇/亞胺 | C=N、C-O 芳 |
| 170-185 | 羧基/酯/酰胺 | -COOH、-COOR、-CONR2 |
| 185-220 | 醛/酮 | -CHO、>C=O |

3. **用 DEPT 編輯**：DEPT-135（CH 與 CH3 上、CH2 下、季無）與 DEPT-90（僅 CH）定每碳之附氫數
4. **算不飽和度**：DBE = (2C + 2 + N - H - X) / 2。比譜含之 π 鍵與環數

得：各 13C 信號歸型（CH3、CH2、CH、C）與化學環境，不飽和度算並合觀察官能團。

敗：若無 DEPT 數據→由 HSQC 相關（步五）推氫附。若碳計不合分子式→察重合信號或噪中隱之季碳。

### 五：合 2D NMR 數據

以二維實驗構連接：

1. **COSY（1H-1H 相關）**：識 2-3 鍵間之質子。圖交叉峰以證並延自旋系
2. **HSQC（1H-13C 一鍵）**：各質子賦其直連之碳。此無歧鏈接 1H 與 13C 之賦
3. **HMBC（1H-13C 遠程）**：識 2-3 鍵 H-C 相關。HMBC 對連片跨季碳、雜原子、羰基（缺直 H-C 鍵）關鍵
4. **NOESY/ROESY（空間）**：識空間近（< 5 埃）之質子，不拘鍵連。用於立體化學賦與構象析
5. **構片連接**：以 HMBC 相關連 COSY 自旋系為大片。各 HMBC 交叉峰代 H 至 C 之 2-3 鍵路

得：連接圖鏈諸自旋系為一致分子框，NOE 在時附立體信息。

敗：若 2D 數據不全或模糊→記試定連接。或須多結構提案。優先 HMBC 以拼片，因其跨 COSY 不及之隙。

### 六：設並證結構

輯片為全結構提案：

1. **輯片**：以 HMBC 相關與不飽和度約連步二至五之結構片
2. **察分子式**：驗設結構正合分子式（原子數、不飽和度）
3. **逆預化學位移**：為設結構預測 1H、13C 位移。比預測 vs 觀察值；偏差 > 0.3 ppm（1H）或 > 5 ppm（13C）→須重審
4. **驗諸相關**：證諸觀察 COSY、HSQC、HMBC 相關皆由設結構釋。未釋交叉峰示錯或雜
5. **考替代**：若多結構合→列辨實驗或相關以解模糊
6. **賦立體化學**：用 NOE 數據、J 值析（Karplus 關係定二面角）、已知構象偏好以賦相對立體，可能時絕對立體

得：單最佳結構提案計諸 NMR 數據，或排候選列附辨計劃。

敗：若無單結構計諸數據→察：混物（非整積分比之額外峰）、動過程（構象交換之寬峰）、順磁雜（異常寬化）。若多結構仍等效→復察分子式。

## 驗

- [ ] 諸溶劑與參峰識並排
- [ ] 各 1H 信號賦位移區、多重性、J 值、積分
- [ ] 偶合常數互匹（於偶合伙伴間）
- [ ] 13C 信號按 DEPT 多重性與位移區歸
- [ ] 不飽和度算並合設結構
- [ ] 2D 相關（COSY、HSQC、HMBC）皆由結構提案釋
- [ ] 設結構正合分子式
- [ ] 逆預位移與觀察值於容差內合
- [ ] 適用處以 NOE 或 J 值析處立體化學

## 忌

- **忽溶劑峰**：常溶劑生信號可疊分析物。必識並排溶劑殘、水、油脂峰
- **二階式強用一階析**：強偶核（位移差小於 J）→扭曲多重峰不可以簡 n+1 律解。識屋頂效與非二項強度為指標
- **忽可交換質子**：OH、NH 信號或寬、因濃/溫移、或於質子溶劑缺。D2O 搖清示哪信號可交換
- **假設諸 13C 峰可見**：季碳弛長、強低。短採譜或缺。HMBC 相關常唯一察之方
- **誤解 HMBC 偽影**：HMBC 可示一鍵偽影（誤歸遠程）與弱四鍵相關。以 HSQC 互查濾一鍵漏
- **忽對稱**：若觀察 13C 峰數少於分子式預→分子當有對稱。設結構前計

## 參

- `interpret-ir-spectrum` —— 識官能團以約 NMR 結構提案
- `interpret-mass-spectrum` —— 定分子式與裂片以交叉證
- `interpret-uv-vis-spectrum` —— 徵發色團與共軛度
- `interpret-raman-spectrum` —— 得稱模之互補振數據
- `plan-spectroscopic-analysis` —— 數據採前擇譜技序