在烯烴的1H NMR圖譜中，trans位向雙氫原子的偶合常數為多少Hz？

本題觀念：

本題考查的是藥物分析/有機化學中 核磁共振光譜 (1H NMR) 的 自旋-自旋偶合常數 (Spin-Spin Coupling Constant, $J$ value)。特別是針對烯烴 (Alkene) 上質子的偶合模式，這是區分烯烴立體化學 (Cis vs. Trans) 最重要的光譜特徵之一。

偶合常數 ($J$) 的大小與兩個質子之間的二面角 (Dihedral angle) 有關，這遵循 Karplus equation 的關係：

• Trans (反式) 質子：二面角約為 180°，軌域重疊最大，偶合作用最強，因此 $J$ 值最大。
• Cis (順式) 質子：二面角約為 0°，偶合作用次之，$J$ 值中等。
• Geminal (同碳) 質子：二面角與鍵角有關，通常偶合作用最弱，$J$ 值最小。

選項分析

• A. 12～18 Hz：正確。這是 Trans-alkene (反式烯烴) 質子之間典型的偶合常數範圍 ($J_{trans}$)。由於兩質子位於雙鍵兩側且二面角為 180°，其偶合強度最大，通常介於 11～18 Hz (或 12～18 Hz)。
• B. 6～10 Hz：錯誤。此範圍通常對應於 Cis-alkene (順式烯烴) 的偶合常數 ($J_{cis}$ 通常為 6～12 Hz) 或苯環上的 Ortho (鄰位) 偶合 ($J_{ortho}$ 約 6～9 Hz)。Cis 的偶合常數明顯小於 Trans。
• C. 3～5 Hz：錯誤。此數值較小，常見於苯環的 Meta (間位) 偶合 ($J_{meta}$ 約 1～3 Hz) 或某些環狀化合物的特定偶合，不符合反式烯烴的特徵。
• D. 1～2 Hz：錯誤。此範圍極小，通常對應於烯烴的 Geminal (同碳) 偶合 ($J_{gem}$ 通常為 0～3 Hz) 或苯環的 Para (對位) 偶合/長距離偶合。

答案解析

在 1H NMR 光譜中，烯烴雙鍵上的質子偶合常數具有極高的辨識度。根據 Karplus 關係式與經驗法則：

1. Trans (反式) 偶合 ($^3J_{trans}$)：範圍約 11～18 Hz (最常見為 12～18 Hz)。
2. Cis (順式) 偶合 ($^3J_{cis}$)：範圍約 6～12 Hz (或 6～14 Hz)。
3. Geminal (同碳) 偶合 ($^2J_{gem}$)：範圍約 0～3 Hz。

題目詢問「trans位向雙氫原子的偶合常數」，故 12～18 Hz (選項 A) 為唯一符合標準範圍的答案。

核心知識點

考生應背誦以下常見質子偶合常數 ($J$ values) 範圍，這是解譜與國考常見題型：

1. 烯烴 (Vinylic protons):
   • Trans ($^3J$): 12 – 18 Hz (大)
   • Cis ($^3J$): 6 – 12 Hz (中)
   • Geminal ($^2J$): 0 – 3 Hz (小)
2. 芳香環 (Aromatic protons):
   • Ortho ($^3J$): 6 – 9 Hz
   • Meta ($^4J$): 1 – 3 Hz
   • Para ($^5J$): 0 – 1 Hz

參考資料

1. Coupling Constants - Chemistry LibreTexts
2. 1H-1H Coupling Constants - Iowa State University