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🧲核磁共振氢谱模拟 - ¹H NMR 裂分、n+1 规则、耦合常数与化学位移表

¹H NMR 谱上每组化学等价的氢给出一个信号，位置是化学位移 δ（ppm），峰面积正比于氢的个数，而与 n 个等价邻近氢的自旋耦合把信号裂分成 n+1 条线，强度比为帕斯卡三角形。以乙醇 CH₃CH₂OH 为例：CH₃ 受相邻 CH₂ 的 2 个氢裂分，在 δ 1.22 呈三重峰（1:2:1）；CH₂ 受 3 个甲基氢裂分，在 δ 3.69 呈四重峰（1:3:3:1），两者耦合常数 J 都是 7.0 Hz；OH 因快速交换呈宽单峰。这个工具按一级近似模拟谱图：为每个信号填写 δ、氢数和若干组耦合（邻近氢个数 n 与 J），即可在 60、90、300、400、600 MHz 下生成洛伦兹线型的谱图和积分曲线，画出逐级裂分的裂分树，自动命名 s、d、t、q、quint、sext、sept、dd、dt、td、ddd 或 m，并输出 “δ 1.22 (t, J = 7.0 Hz, 3H)” 这样的期刊格式峰列表。它还会计算每对耦合信号的 Δν/J：小于 5 时提示二级效应，并用屋顶效应近似（两自旋的 AB 体系用精确解）显示谱线强度的倾斜；切换场强可以直观看到 J 不变而多重峰在 ppm 轴上变窄。内置乙醇、乙酸乙酯、异丙醇、甲苯、丙酸、1-溴丙烷、丁酮、乙醚、乙醛、异丁醇、乙酸乙烯酯、乙苯 12 个分子的典型谱数据，结构式上用颜色标出每组氢的归属；另有常见化学位移范围表、耦合常数表和 n+1 规则讲解。谱图可导出 PNG / SVG。

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如何使用核磁共振氢谱模拟

  1. 1选择一个示例分子，或清空后自己添加信号：填写化学位移 δ、氢数，以及每组耦合的邻近氢个数和 J
  2. 2调整仪器频率、线宽，打开或关闭二级效应近似和积分曲线；点击峰上方的标号放大某个多重峰
  3. 3查看裂分树、多重性和峰列表，复制期刊格式文字或导出 PNG / SVG 谱图

常见问题

什么是 n+1 规则？
一个氢（或一组等价氢）若与 n 个化学等价的邻近氢耦合，它的信号裂分为 n+1 条线，强度比是帕斯卡三角形第 n 行：n = 1 为二重峰 1:1，n = 2 为三重峰 1:2:1，n = 3 为四重峰 1:3:3:1，n = 6 为七重峰 1:6:15:20:15:6:1。耦合一般发生在相隔三个键的 H–C–C–H 之间，同一组等价氢之间不互相裂分。
与两组不同的氢耦合时怎么裂分？
J 不同时要逐级裂分：先按较大的 J 把峰分开，再把每条线按较小的 J 分开，总线数为 (n₁+1)(n₂+1)。例如乙酸乙烯酯中 =CH–O 的氢同时与反式氢（J ≈ 14 Hz）和顺式氢（J ≈ 6 Hz）耦合，得到双二重峰 dd。若两组 J 很接近，谱线重叠，就近似按 n₁+n₂ 个氢处理，如 1-溴丙烷中间的 CH₂ 呈表观六重峰。
为什么高场仪器的谱图更容易解析？
耦合常数 J 以 Hz 计，与磁场强度无关；而化学位移差 Δν（Hz）= Δδ × 仪器频率，随磁场增大。所以在 600 MHz 上，一个宽 21 Hz 的四重峰只占 0.035 ppm，在 60 MHz 上却占 0.35 ppm。Δν/J 越大，信号越不重叠，也越接近一级谱；Δν/J 小于约 5 时会出现明显的屋顶效应和二级谱型。
OH、NH、COOH 的峰为什么是宽单峰、位置也不固定？
这些氢能与溶剂中的微量水或彼此快速交换，交换速度快于耦合的时间尺度，所以通常不显示与邻近 C–H 的裂分，峰形变宽。它们的化学位移受氢键强烈影响，随浓度、温度和溶剂变化很大：醇 OH 大约 1～5 ppm，羧酸 COOH 约 10～13 ppm。加几滴 D₂O 振荡后这些峰会消失，是常用的鉴定方法。