核磁共振氢谱解析方法精选PPT.ppt

《核磁共振氢谱解析方法精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核磁共振氢谱解析方法精选PPT.ppt（129页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于核磁共振氢谱解析方法第1页，讲稿共129张，创作于星期二前言前言 过去50年，波谱学已全然改变了化学家、生物学家和生物医学家的日常工作，波谱技术成为探究大自然中分子内部秘密的最可靠、最有效的手段。NMR是其中应用最广泛研究分子性质的最通用的技术：从分子的三维结构到分子动力学、化学平衡、化学反应性和超分子集体、有机化学的各个领域。1945年 Purcell（哈佛大学）和 Bloch（斯坦福大学）发现核磁共振现象，他们获得1952年Nobel物理奖 1951年 Arnold 发现乙醇的NMR信号，及与结构的关系 1953年 Varian公司试制了第一台NMR仪器 第2页，讲稿共129张，创作于

2、星期二NMR发展近二十多年发展近二十多年发展 高强超导磁场的NMR仪器，大大提高灵敏度和分辨率；脉冲傅立叶变换NMR谱仪，使灵敏度小的原子核能被测定；计算机技术的应用和多脉冲激发方法采用，产生二维谱，对判断化合物的空间结构起重大作用。英国英国R.R.ErnstR.R.Ernst教授因对二维谱的贡献而获得教授因对二维谱的贡献而获得19911991年的年的NobelNobel奖。奖。瑞士科学家库尔特瑞士科学家库尔特维特里希因维特里希因“发明了利用核磁共振技术测定溶液中发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法生物大分子三维结构的方法”而获得而获得2002年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖

3、。第3页，讲稿共129张，创作于星期二1H-NMR o how many types of hydrogen?o how many of each type?o what types of hydrogen?o how are they connected?第4页，讲稿共129张，创作于星期二NMR谱的结构信息谱的结构信息 化学位移 偶合常数 积分高度第5页，讲稿共129张，创作于星期二1.核磁共振的基本原理核磁共振的基本原理原子核的磁矩原子核的磁矩 自旋核在磁场中的取向和能级自旋核在磁场中的取向和能级核的回旋和核磁共振核的回旋和核磁共振核的自旋弛豫核的自旋弛豫第6页，讲稿共129张，创作于星

4、期二 质质量量数数与与电电荷荷数数均均为为双双数数，如如C12，O16，没没有有自自旋旋现象。现象。I=0质质量量数数为为单单数数，如如H1，C13，N15，F19，P31。I为为半整数，半整数，1/2，3/2，5/2质质量量数数为为双双数数，但但电电荷荷数数为为单单数数，如如H2，N14，I为为整数，整数，1，2I为自旋量子数为自旋量子数原子核的自旋、磁矩原子核的自旋、磁矩第7页，讲稿共129张，创作于星期二自旋角动量（PN），自旋量子数（I）I=0，1/2，1，3/2 磁矩（N*），核磁矩单位（N），核磁子；磁旋比（N）第8页，讲稿共129张，创作于星期二自旋核在磁场中的取向和能级自旋核在

5、磁场中的取向和能级具有磁矩的核在外磁场中的自旋取向是量子化的，可用磁量子数m来表示核自旋不同的空间取向，其数值可取：m=I,I-1,I-2,-I，共有2I+1个取向。第9页，讲稿共129张，创作于星期二 I=n/2 n=0,1,2,3-（取整数）一些原子核有自旋现象，因而具有角动量，原子核是带电的粒子，在自旋的同时将产生磁矩，磁矩和角动量都是矢量，方向是平行的。哪些原子核有自旋现象？实践证明自旋量子数I与原子核的质量数A和原子序数Z:A Z I 自旋形状 NMR信号 原子核 偶数 偶数 0 无自旋现象 无 12C,16O,32S,28Si,30Si 奇数 奇数或偶数 1/2 自旋球体 有 1H

6、,13C,15N,19F,31P 奇数 奇数或偶数 3/2,5/2,-自旋惰球体 有 11B,17O,33S,35Cl,79Br,127I 偶数 奇数 1,2,3,-自旋惰球体 有 2H,10B,14N第10页，讲稿共129张，创作于星期二第11页，讲稿共129张，创作于星期二第12页，讲稿共129张，创作于星期二第13页，讲稿共129张，创作于星期二能级分裂两种取向代表两个能级，m=-1/2能级高于m=1/2能级。第14页，讲稿共129张，创作于星期二核的回旋和核磁共振核的回旋和核磁共振当一个原子核的核磁矩处于磁场BO中，由于核自身的旋转，而外磁场又力求它取向于磁场方向，在这两种力的作用下，

7、核会在自旋的同时绕外磁场的方向进行回旋，这种运动称为Larmor进动。第15页，讲稿共129张，创作于星期二原子核的进动原子核的进动在磁场中，原子核的自旋取向有2I+1个。各个取向由一个自旋量子数m表示。自旋角速度，外磁场H0，进动频率磁旋比：1H=26753，2H=410 7，13C=6726弧度/秒 高斯 第16页，讲稿共129张，创作于星期二第17页，讲稿共129张，创作于星期二共振条件 原子核在磁场中发生能级分裂，在磁场的垂直方向上加小交变电场，如频率为v v射射，当v v射射等于进动频率，发生共振。低能态原子核吸收交变电场的能量，跃迁到高能态，称核磁共振。第18页，讲稿共129张，创

8、作于星期二核磁共振的条件核磁共振的条件:E E=h vh v迴迴=h v h v射射=h h B BO O/2 /2 或或 v v射射=v v迴迴=B BO O/2/2射频频率与磁场强度射频频率与磁场强度B Bo o是成正比的，在进行核磁共振实验时，是成正比的，在进行核磁共振实验时，所用的磁强强度越高，发生核磁共振所需的射频频率也越高。所用的磁强强度越高，发生核磁共振所需的射频频率也越高。第19页，讲稿共129张，创作于星期二要满足核磁共振条件，可通过二种方法来实现：频率扫描（扫频）：固定磁场强度，改变射频频率 磁场扫描（扫场）：固定射频频率，改变磁场强度 实际上多用后者。各种核的共振条件不同

9、，如：在1.4092特斯拉的磁场,各种核的共振频率为：1H 60.000 MHZ 13C 15.086 MHZ 19F 56.444 MHZ 31P 24.288 MHZ对于1H 核，不同的频率对应的磁场强度：射频 40 MHZ 磁场强度 0.9400 特斯拉 60 1.4092 100 2.3500 200 4.7000 300 7.1000 500 11.7500第20页，讲稿共129张，创作于星期二Boltzmann分布分布在质子群中处于高低能态的核各有多少？在绝对温度0度时，全部核处于低能态在无磁场时，二种自旋取向的几率几乎相等在磁场作用下，原子核自旋取向倾向取低能态，但室温时热能比原

10、子核自旋取向能级差高几个数量级，热运动使这种倾向受破坏，当达到热平衡时，处于高低能态的核数的分布服从Boltzmann分布：n+/n-1+E/kT 式中：n+-低能态的核数 n-高能态的核数 k-Boltzmann 常数 T-绝对温度 当T=27 C,磁场强度为1.0特斯拉时，高低能态的核数只差6.8ppm 磁场强度为1.4092时，高低能态的核数只差10ppm第21页，讲稿共129张，创作于星期二核的自旋驰豫核的自旋驰豫驰豫过程可分为两种类型：自旋驰豫过程可分为两种类型：自旋-晶格驰晶格驰豫和自旋豫和自旋-自旋驰豫。自旋驰豫。第22页，讲稿共129张，创作于星期二驰豫过程:由激发态恢复到平衡

11、态的过程 自旋晶格驰豫：核与环境进行能量交换。体系能量降低而逐渐趋于平衡。又称纵向驰豫。速率1/T1，T1为自旋晶格驰豫时间。自旋自旋驰豫：自旋体系内部、核与核之间能量平均及消散。又称横向驰豫。体系的做能量不变，速率1/T2，T2为自旋自旋时间。驰豫时间与谱线宽度的关系：即谱线宽度与驰豫时间成反比。饱和：高能级的核不能回到低能级，则NMR信号消失的现象。第23页，讲稿共129张，创作于星期二核磁共振仪核磁共振仪分类：按磁场源分分类：按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场按交变频率分按交变频率分：40，60，90，100，200，500，-，800 MHZ（兆赫兹），频率越高，分辨率越高按射频源

12、和扫描方式不同分按射频源和扫描方式不同分：连续波NMR谱仪（CW-NMR)脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)NMR仪器的主要组成部件：仪器的主要组成部件：磁体：提供强而均匀的磁场 样品管：直径4mm,长度15cm,质量均匀的玻璃管 射频振荡器：在垂直于主磁场方向提供一个射频波照射样品 扫描发生器：安装在磁极上的Helmholtz线圈，提供一个附加可 变磁场，用于扫描测定 射频接受器：用于探测NMR信号，此线圈与射频发生器、扫描 发生器三者彼此互相垂直。第24页，讲稿共129张，创作于星期二PFT-NMR谱仪PFT-NMR谱仪与谱仪与CW谱仪主要区别：谱仪主要区别：信号观测系统，增加了脉冲

13、程序器和数据采集、处理系统。各种核同时激发，发生共振，同时接受信号，得到宏观磁化强度的自由衰减信号（FID信号），通过计算机进行模数转换和FT变换运算，使FID时间函数变成频率函数，再经数模变换后，显示或记录下来，即得到通常的NMR谱图。FT-NMR谱仪特点谱仪特点：有很强的累加信号的能力，信噪比高（600：1），灵敏度高，分辨率好（0.45Hz)。可用于测定1H,13C,15N,19F,31P等核的一维和二维谱。可用于少量样品的测定。第25页，讲稿共129张，创作于星期二2.核磁共振仪与实验方法核磁共振仪与实验方法按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁按交变频率分：40兆，60兆，90兆，10

14、0兆，220兆，250兆，300兆赫兹频率越高，分辨率越高第26页，讲稿共129张，创作于星期二第27页，讲稿共129张，创作于星期二第28页，讲稿共129张，创作于星期二第29页，讲稿共129张，创作于星期二第30页，讲稿共129张，创作于星期二第31页，讲稿共129张，创作于星期二第32页，讲稿共129张，创作于星期二第33页，讲稿共129张，创作于星期二交变频率与分辨率的关系交变频率与分辨率的关系第34页，讲稿共129张，创作于星期二Nuclei(ppm)A1.89B2.00C2.08Interaction J(Hz)AB4BC8第35页，讲稿共129张，创作于星期二第36页，讲稿共12

15、9张，创作于星期二第37页，讲稿共129张，创作于星期二第38页，讲稿共129张，创作于星期二核磁共振波谱的测定核磁共振波谱的测定样品样品：纯度高，固体样品和粘度大液体样品必须溶解。溶剂溶剂：氘代试剂(CDCl3,C6D6,CD3OD,CD3COCD3,C5D5N)标准标准：四甲基硅烷(CH3)4Si，缩写：TMS 优点：信号简单，且在高场，其他信号在低场，值为正值；沸点低（26。5 C)，利于回收样品；易溶于有机溶剂；化学惰性 实验方法实验方法：内标法、外标法此外还有：六甲基二硅醚（HMDC,值为0.07ppm),4,4-二甲基-4-硅代戊磺酸钠（DSS,水溶性，作为极性化合物的内标，但三个

16、CH2的 值为0.53.0ppm,对样品信号有影响）第39页，讲稿共129张，创作于星期二NMRLockSolventsAcetone CD3COCD3 Chloroform CDCl3 Dichloro Methane CD2Cl2 Methylnitrile CD3CN Benzene C6D6 Water D2O Diethylether(DEE)(CD3CD2)2O Dimethylether(DME)(CD3)2O N,N-Dimethylformamide(DMF)(CD3)2NCDO Dimethyl Sulfoxide(DMSO)CD3SOCD3 Ethanol CD3CD2O

17、D Methanol CD3OD Tetrehydrofuran(THF)C4D8O Toluene C6D5CD3 Pyridine C5D5N Cyclohexane C6H12 第40页，讲稿共129张，创作于星期二第41页，讲稿共129张，创作于星期二图图3-5乙醚的氢核磁共振谱乙醚的氢核磁共振谱 第42页，讲稿共129张，创作于星期二3.3.氢的化学位移氢的化学位移 原原子子核核由由于于所所处处的的化化学学环环境境不不同同，而而在在不不同同的的共共振振磁磁场场下下显显示示吸吸收收峰峰的现象。的现象。第43页，讲稿共129张，创作于星期二化学等价化学等价分子中若有一组核，其化学位移严格

18、相等，则这组核称为彼此化学等价的核。例如CH3CH2Cl中的甲基三个质子，它们的化学位移相等，为化学等价质子，同样亚甲基的二个质子也是化学等价的质子。第44页，讲稿共129张，创作于星期二化学等价化学等价l处于相同化学环境的原子处于相同化学环境的原子 化学等价原子化学等价原子l化学等价的质子其化学位移相同，仅出现一组化学等价的质子其化学位移相同，仅出现一组NMR 信信号。号。l化学不等价的质子在化学不等价的质子在 NMR 谱中出现不同的信号组。谱中出现不同的信号组。例例例例1 1：C CH H3 3-O-C-O-CH H3 3 一组一组一组一组NMR NMR 信号信号信号信号 例例例例2 2：

19、C CH H3 3-C-CH H2 2-Br -Br 二组二组二组二组NMRNMR信号信号信号信号例例例例3 3：(C(CH H3 3)2 2C CH HC CH H(C(CH H3 3)2 2 二组二组二组二组NMR NMR 信号信号信号信号 例例例例4 4：C CH H3 3-C-CH H2 2COO-CCOO-CH H3 3 三组三组三组三组NMR NMR 信号信号信号信号第45页，讲稿共129张，创作于星期二化学等价质子与化学不等价质子的判断化学等价质子与化学不等价质子的判断 -可通过对称操作或快速机制（如构象转换）互换可通过对称操作或快速机制（如构象转换）互换的质子是化学等价的。的质

20、子是化学等价的。-不可通过对称操作或快速机制（构象转换）互不可通过对称操作或快速机制（构象转换）互换的质子是化学不等价的。换的质子是化学不等价的。-与手性碳原子相连的与手性碳原子相连的 CH2 上的两个质子是化学上的两个质子是化学不等价的。不等价的。对称操作对称操作对称轴旋转对称轴旋转其他对称操作其他对称操作（如对称面）（如对称面）等位质子等位质子化学等价质子化学等价质子对映异位质子对映异位质子非手性环境为化学等价非手性环境为化学等价手性环境为化学不等价手性环境为化学不等价第46页，讲稿共129张，创作于星期二化学等价质子与化学不等价质子的判断化学等价质子与化学不等价质子的判断第47页，讲稿共

21、129张，创作于星期二化学等价质子与化学不等价质子的判断化学等价质子与化学不等价质子的判断第48页，讲稿共129张，创作于星期二磁等价磁等价分子中若有一组核，它们对组外任何一个核都表现出相同大小的偶合作用，即只表现出一种偶合常数，则这组核称为彼此磁等价的核。例如：CH2F2中二个氢和二个氟任何一个偶合都是相同的，所以二个氢是磁等价的核，二个氟也是磁等价的核。第49页，讲稿共129张，创作于星期二屏蔽效应 化学位移的根源 磁场中所有自旋核产生感应磁场，方向与外加磁场相反或相同，使原子核的实受磁场降低或升高，即屏蔽效应。H核=HO（1-）其中H核表示氢核实际所受的磁场，为屏蔽常数分类：顺磁屏蔽，抗

22、磁屏蔽第50页，讲稿共129张，创作于星期二第51页，讲稿共129张，创作于星期二化学位移的表示化学位移的表示：单位：单位ppm 标准：四甲基硅（标准：四甲基硅（TMS），），=0，（如以，（如以表示，表示，=10，=10+）第52页，讲稿共129张，创作于星期二第53页，讲稿共129张，创作于星期二影响化学位移的因素影响化学位移的因素诱导效应共轭效应各向异性效应Van der Waals效应氢键效应和溶剂效应第54页，讲稿共129张，创作于星期二 诱导效应：氢原子核外成键电子的电子云密度产生的屏蔽效应。诱导效应：氢原子核外成键电子的电子云密度产生的屏蔽效应。诱导效应：氢原子核外成键电子的电子

23、云密度产生的屏蔽效应。诱导效应：氢原子核外成键电子的电子云密度产生的屏蔽效应。拉电子基团：去屏蔽效应，化学位移左移，即增大推电子基团：屏蔽效应，化学位移右移，即减小第55页，讲稿共129张，创作于星期二/ppm/ppm试比较下面化合物分子中试比较下面化合物分子中HaHbHc 值的大小。值的大小。bac电负性较大的原子，可减小电负性较大的原子，可减小H原子受到的屏蔽作用，引起原子受到的屏蔽作用，引起H原子向低场移动。向低场移动的程度正比于原子的电负原子向低场移动。向低场移动的程度正比于原子的电负性和该原子与性和该原子与H之间的距离。之间的距离。第56页，讲稿共129张，创作于星期二作业n n习题

24、:2,3,5,6,10第57页，讲稿共129张，创作于星期二第58页，讲稿共129张，创作于星期二第59页，讲稿共129张，创作于星期二由于邻对位氧原子的存在，右图中双氢黄酮的芳环氢ab的化学位移为6.15ppm通常 芳 环 氢 化 学 位 移 大 于7ppm。第60页，讲稿共129张，创作于星期二共轭效应共轭效应第61页，讲稿共129张，创作于星期二7.788.588.087.946.70第62页，讲稿共129张，创作于星期二各向异性效应各向异性效应n n芳环芳环芳环芳环 n n叁键叁键叁键叁键 n n羰基羰基羰基羰基 n n双键双键双键双键 n n单键单键单键单键 n n在分子中处于某一化

25、学键的不同空间位置上的核受到不同的屏蔽作用在分子中处于某一化学键的不同空间位置上的核受到不同的屏蔽作用在分子中处于某一化学键的不同空间位置上的核受到不同的屏蔽作用在分子中处于某一化学键的不同空间位置上的核受到不同的屏蔽作用,这种现象称为这种现象称为这种现象称为这种现象称为各向异性效应各向异性效应各向异性效应各向异性效应,这是因为由电子构成的化学键在外磁场的作用下这是因为由电子构成的化学键在外磁场的作用下这是因为由电子构成的化学键在外磁场的作用下这是因为由电子构成的化学键在外磁场的作用下,产生一个各向异性的附产生一个各向异性的附产生一个各向异性的附产生一个各向异性的附加磁场加磁场加磁场加磁场,使

26、得某些位置的核受到屏蔽使得某些位置的核受到屏蔽使得某些位置的核受到屏蔽使得某些位置的核受到屏蔽,而另一些位置上的核则为去屏蔽而另一些位置上的核则为去屏蔽而另一些位置上的核则为去屏蔽而另一些位置上的核则为去屏蔽.和和 键碳原子相连的键碳原子相连的H，其所受屏蔽作用小于烷基碳原子，其所受屏蔽作用小于烷基碳原子相连的相连的H原子。原子。值顺序：值顺序：第63页，讲稿共129张，创作于星期二芳环环的上下方为屏蔽区，其它地方为去屏蔽区环的上下方为屏蔽区，其它地方为去屏蔽区 第64页，讲稿共129张，创作于星期二叁键：键轴向为屏蔽区，其它为去屏蔽区。键轴向为屏蔽区，其它为去屏蔽区。第65页，讲稿共129张

27、，创作于星期二羰基平面上下各有一个锥形的屏蔽区，其它方向（尤其是平面内）平面上下各有一个锥形的屏蔽区，其它方向（尤其是平面内）为去屏蔽区。为去屏蔽区。第66页，讲稿共129张，创作于星期二双键 第67页，讲稿共129张，创作于星期二A =1.27，=0.85 B =1.23，=0.72 C =1.17，=1.01第68页，讲稿共129张，创作于星期二单键 第69页，讲稿共129张，创作于星期二Van der Waals效应当两个质子在空间结构上非常靠近时，具有负电荷的电子云就会互相排斥，当两个质子在空间结构上非常靠近时，具有负电荷的电子云就会互相排斥，从而使这些质子周围的电子云密度减少，屏蔽作

28、用下降，共振信号向低磁从而使这些质子周围的电子云密度减少，屏蔽作用下降，共振信号向低磁场位移，这种效应称为场位移，这种效应称为VanderWaals效应。效应。(ppm)()()Ha 4.68 3.92Hb 2.40 3.55Hc 1.10 0.88第70页，讲稿共129张，创作于星期二氢键与化学位移氢键与化学位移：绝大多数氢键形成后，质子化学位绝大多数氢键形成后，质子化学位移移向低场。表现出相当大的去屏蔽效应移移向低场。表现出相当大的去屏蔽效应.提高温度和降低浓度都提高温度和降低浓度都可以破坏氢键可以破坏氢键.如下面化合物4个羟基的均可以形成氢键，按照氢键由弱到强的顺序，逐步增大。第71页，

29、讲稿共129张，创作于星期二分子内氢键，其化学位移变化与溶液浓度无关，取决于分子分子内氢键，其化学位移变化与溶液浓度无关，取决于分子本身本身结构。结构。分子间氢键受环境影响较大，当样品浓度、温度发生变化时，分子间氢键受环境影响较大，当样品浓度、温度发生变化时，分子间氢键受环境影响较大，当样品浓度、温度发生变化时，分子间氢键受环境影响较大，当样品浓度、温度发生变化时，氢键质子的化学位移会发生变化。氢键质子的化学位移会发生变化。氢键质子的化学位移会发生变化。氢键质子的化学位移会发生变化。第72页，讲稿共129张，创作于星期二乙醇的羟基随浓度增加，分子间氢键增强，化学位移增大 第73页，讲稿共129

30、张，创作于星期二溶剂效应溶剂效应：溶剂不同使化学位移改变的效应溶剂不同使化学位移改变的效应 溶剂效应的产生是由于溶剂的磁各向异性造成或者是由于不同溶剂溶剂效应的产生是由于溶剂的磁各向异性造成或者是由于不同溶剂极性不同极性不同,与溶质形成氢键的强弱不同引起的与溶质形成氢键的强弱不同引起的.第74页，讲稿共129张，创作于星期二4各类质子的化学位移值各类质子的化学位移值第75页，讲稿共129张，创作于星期二各类质子的化学位移值范围131211109876543210RCH2-O=C-CH2-C=C-CH2-CCCH2-CH2-CH2-X-CH2-O-CH2-NO2C=C-HAr-HRCHORCOO

31、H第76页，讲稿共129张，创作于星期二4.1饱和碳上质子的化学位移饱和碳上质子的化学位移 甲基在核磁共振氢谱中，甲基的吸收峰比较特征，容易辨认。一般根据邻接的基团不同，甲基的化学位移在0.74ppm之间.第77页，讲稿共129张，创作于星期二亚甲基和次甲基一般亚甲基和次甲基的吸收峰不象甲基峰那样特征和明显，往往呈现很多复杂的峰形，有时甚至和别的峰相重迭，不易辨认。亚甲基（-CH2-）的化学位移可以用Shoolery经验公式加以计算：=0.23+式中常数0.23是甲烷的化学位移值，是与亚甲基相连的取代基的屏蔽常数 第78页，讲稿共129张，创作于星期二4.2.不饱和碳上质子的化学位移不饱和碳上

32、质子的化学位移 炔氢叁键的各向异性屏蔽作用，使炔氢的化学位移出现在1.6 3.4ppm范围内.第79页，讲稿共129张，创作于星期二烯氢烯氢烯氢的化学位移可用Tobey和Simon等人提出的经验公式来计算：=5.25+Z同+Z顺+Z反 式中常数5.25是乙烯的化学位移值，Z是同碳、顺式及反式取代基对烯氢化学位移的影响参数。第80页，讲稿共129张，创作于星期二芳环氢的化学位移值芳环氢的化学位移值芳环的各向异性效应使芳环氢受到去屏蔽影响，其化学位移在较低场。苯的化学位移为7.27ppm。当苯环上的氢被取代后，取代基的诱导作用又会使苯环的邻、间、对位的电子云密度发生变化，使其化学位移向高场或低场移

33、动。芳环氢的化学位移可按下式进行计算；=7.27+Si 式中常数7.27是苯的化学位移，Si为取代基对芳环氢的影响.第81页，讲稿共129张，创作于星期二 杂环芳氢的的化学位移值杂环芳氢的的化学位移值杂环芳氢的的化学位移值杂环芳氢的的化学位移值杂环芳氢的化学位移受溶剂的影响较大。一般杂环芳氢的化学位移受溶剂的影响较大。一般位的杂位的杂芳氢的吸收峰在较低场芳氢的吸收峰在较低场 第82页，讲稿共129张，创作于星期二 活泼氢的化学位移值活泼氢的化学位移值活泼氢的化学位移值活泼氢的化学位移值常见的活泼氢，如常见的活泼氢，如-OH-OH、-NH-NH-、-SH-SH、-COOH-COOH等基团的质子，

34、在溶剂中交换很等基团的质子，在溶剂中交换很快，并受测定条件如浓度、温度、溶剂的影响，快，并受测定条件如浓度、温度、溶剂的影响，值不值不 固定在某一数值上，而在一个固定在某一数值上，而在一个较宽的范围内变化（表较宽的范围内变化（表3-93-9）。活泼氢的峰形有一定特征，一般而言，酰胺、）。活泼氢的峰形有一定特征，一般而言，酰胺、羧酸类缔合峰为宽峰，醇、酚类的峰形较钝，氨基，巯基的峰形较尖。用重羧酸类缔合峰为宽峰，醇、酚类的峰形较钝，氨基，巯基的峰形较尖。用重水交换法可以鉴别出活泼氢的吸收峰，（加入重水后活泼氢的吸收峰消失）。水交换法可以鉴别出活泼氢的吸收峰，（加入重水后活泼氢的吸收峰消失）。活泼

35、氢的化学位移化合物类型（ppm）化合物类型 （ppm）ROH0.55.5RSO3H 1.11.2ArOH(缔合)10.516RNH2,R2NH 0.43.5ArOH48ArNH2,Ar2NH 2.94.8RCOOH1013RCONH2,ArCONH2 56.5=NH-OH7.410.2RCONHR,ArCONHR 68.2R-SH0.92.5RCONHAr,7.89.4=C=CHOH(缔合)1519 ArCONHAr 7.89.4第83页，讲稿共129张，创作于星期二5自旋偶合和自旋裂分自旋偶合和自旋裂分5.1自旋自旋-自旋偶合与自旋自旋裂分自旋偶合与自旋自旋裂分 5.2 n+1规律规律5.3

36、偶合常数偶合常数第84页，讲稿共129张，创作于星期二自旋核的核磁矩可以通过成键电子影响邻近磁核是引起自旋自旋偶合自旋核的核磁矩可以通过成键电子影响邻近磁核是引起自旋自旋偶合的根本原因。磁性核在磁场中有不同的取向，产生不同的局部磁场，从的根本原因。磁性核在磁场中有不同的取向，产生不同的局部磁场，从而加强或减弱外磁场的作用，使其周围的磁核感受到两种或数种不同强而加强或减弱外磁场的作用，使其周围的磁核感受到两种或数种不同强度的磁场的作用，故在两个或数个不同的位置上产生共振吸收峰。这种度的磁场的作用，故在两个或数个不同的位置上产生共振吸收峰。这种由于自旋由于自旋-自旋偶合引起谱峰裂分的现象称为自旋自

37、旋偶合引起谱峰裂分的现象称为自旋-自旋裂分（自旋裂分（Spin-Spin Spin-Spin SplittingSplitting）。）。第85页，讲稿共129张，创作于星期二n n+1+1规律：规律：规律：规律：当某组质子有当某组质子有n n个相邻的质子时，这组质子的吸收峰个相邻的质子时，这组质子的吸收峰将裂分成将裂分成n n+1+1重峰。重峰。n n数数数数 二项式展开式系数二项式展开式系数二项式展开式系数二项式展开式系数 峰形峰形峰形峰形0 1 0 1 单峰单峰单峰单峰1 11 11 1 二重峰二重峰二重峰二重峰2 21 2 11 2 1 三重峰三重峰三重峰三重峰3 1 3 3 13 1

38、 3 3 1 四重峰四重峰四重峰四重峰4 1 4 6 4 1 4 1 4 6 4 1 五重峰五重峰五重峰五重峰5 1 5 10 10 5 1 5 1 5 10 10 5 1 六重峰六重峰六重峰六重峰第86页，讲稿共129张，创作于星期二严格来说,n+1规律应该是2nI+1规律,对氢原子核(H1)来说,因它的I=1/2,所以就变成了规律.第87页，讲稿共129张，创作于星期二n n+1+1规律只适合于互相偶合的质子的化学位移差远大于偶合常数，即规律只适合于互相偶合的质子的化学位移差远大于偶合常数，即规律只适合于互相偶合的质子的化学位移差远大于偶合常数，即规律只适合于互相偶合的质子的化学位移差远大

39、于偶合常数，即v vJJ时的一级光谱。而且在实际谱图中互相偶合的二组峰强度还会出现内时的一级光谱。而且在实际谱图中互相偶合的二组峰强度还会出现内时的一级光谱。而且在实际谱图中互相偶合的二组峰强度还会出现内时的一级光谱。而且在实际谱图中互相偶合的二组峰强度还会出现内侧高，外侧低的情况，称为向心规则。利用向心规则，可以找到吸收峰间互侧高，外侧低的情况，称为向心规则。利用向心规则，可以找到吸收峰间互侧高，外侧低的情况，称为向心规则。利用向心规则，可以找到吸收峰间互侧高，外侧低的情况，称为向心规则。利用向心规则，可以找到吸收峰间互相偶合的关系。相偶合的关系。相偶合的关系。相偶合的关系。第88页，讲稿共

40、129张，创作于星期二5.3 5.3 偶合常数偶合常数偶合常数偶合常数 n n偶合常数偶合常数(用用J J表示表示)也是核磁共振谱的重要数据，它与化合物的分子结构关系密也是核磁共振谱的重要数据，它与化合物的分子结构关系密切。偶合常数的大小与外磁场强度无关。由于磁核间的偶合作用是通过化学键成切。偶合常数的大小与外磁场强度无关。由于磁核间的偶合作用是通过化学键成键电子传递的，因而偶合常数的大小主要与互相偶合的二个磁核间的化学键的数键电子传递的，因而偶合常数的大小主要与互相偶合的二个磁核间的化学键的数目及影响它们之间电子云分布的因素（如单键、双键、取代基的电负性、立体化目及影响它们之间电子云分布的因

41、素（如单键、双键、取代基的电负性、立体化学等）有关。学等）有关。n n偶合常数偶合常数,单位为赫单位为赫(Hz)(Hz)n n对于氢谱，根据偶合质子间相隔化学键的数目可分为同碳偶合（对于氢谱，根据偶合质子间相隔化学键的数目可分为同碳偶合（2 2J J），邻碳偶合，邻碳偶合（3 3J J）和远程偶合（相隔）和远程偶合（相隔4 4个以上的化学键）。一般通过双数键的偶合常个以上的化学键）。一般通过双数键的偶合常数（数（2 2J J，4 4J J等）为负值，通过单数键的偶合常数（等）为负值，通过单数键的偶合常数（3 3J J，5 5J J等）为正值。等）为正值。第89页，讲稿共129张，创作于星期二第

42、90页，讲稿共129张，创作于星期二第91页，讲稿共129张，创作于星期二第92页，讲稿共129张，创作于星期二第93页，讲稿共129张，创作于星期二第94页，讲稿共129张，创作于星期二同碳质子的偶合常数（同碳质子的偶合常数（2J，J同同）以以2 2J J或或J J同表示，同表示，2 2J J一般为负值，但变化范围较大一般为负值，但变化范围较大 影响影响2 2J J的因素主要有：的因素主要有：取代基电负性会使取代基电负性会使2 2J J的绝对值减少，即向正的方向变的绝对值减少，即向正的方向变化。化。对于脂环化合物，环上同碳质子的对于脂环化合物，环上同碳质子的2 2J J值会随键角的增值会随键

43、角的增加而减小，即向负的方向变化。烯类化合物末端双键质加而减小，即向负的方向变化。烯类化合物末端双键质子的子的2 2J J一般在一般在+3+3-3Hz-3Hz 之间，邻位电负性取代基会使之间，邻位电负性取代基会使2 2J J向负的方向变化向负的方向变化.第95页，讲稿共129张，创作于星期二邻碳质子的偶合常数（邻碳质子的偶合常数（3J,J邻邻）n n饱和型邻位偶合常数；n n烯型邻位偶合常数第96页，讲稿共129张，创作于星期二饱和型邻位偶合常数饱和型邻位偶合常数n n在饱和化合物中，通过三个单键（H-C-C-H）的偶合叫饱和型邻位偶合。开链脂肪族化合物由于键自由旋转的平均化，使3J数值约为7

44、Hz。3J的大小与双面夹角、取代基电负性、环系因素有关。第97页，讲稿共129张，创作于星期二烯型邻位偶合常数烯型邻位偶合常数n n烯氢的邻位偶合是通过二个单键和一个双键（H-C=C-H）发生作用的。由于双键的存在，反式结构的双面夹角为180o，顺式结构的双面夹角为0o，因此J反大于J顺.第98页，讲稿共129张，创作于星期二芳氢的偶合常数芳氢的偶合常数芳环氢的偶合可分为邻、间、对位三种偶合，偶合常数都为正值，芳环氢的偶合可分为邻、间、对位三种偶合，偶合常数都为正值，n n邻位偶合常数比较大，一般为邻位偶合常数比较大，一般为6.06.09.4 Hz(9.4 Hz(三键三键)，n n间位为间位为

45、0.80.83.1Hz3.1Hz（四键），（四键），n n对位小于对位小于0.59Hz0.59Hz（五键）。（五键）。n n一般情况下，对位偶合不易表现出来。苯环氢被取代后，特别一般情况下，对位偶合不易表现出来。苯环氢被取代后，特别是强拉电子或强推电子基团的取代，使苯环电子云分布发生变是强拉电子或强推电子基团的取代，使苯环电子云分布发生变化，表现出化，表现出J J邻、邻、J J间和间和J J对的偶合，使苯环质子吸收峰变成复杂的对的偶合，使苯环质子吸收峰变成复杂的多重峰。多重峰。第99页，讲稿共129张，创作于星期二远程偶合远程偶合n n超过三个键的偶合称为远程偶合超过三个键的偶合称为远程偶合(

46、long-range coupling)(long-range coupling)，如芳烃的间位偶合和对位偶合都属于远程偶合。远程偶合的偶如芳烃的间位偶合和对位偶合都属于远程偶合。远程偶合的偶合常数都比较小，一般在合常数都比较小，一般在0 03Hz3Hz之间。常见的远程偶合有下之间。常见的远程偶合有下列几种情况：列几种情况：丙烯型偶合丙烯型偶合高丙烯偶合高丙烯偶合 炔及迭烯炔及迭烯 折线性偶合折线性偶合 WW型偶合型偶合 第100页，讲稿共129张，创作于星期二质子与其他核的偶合质子与其他核的偶合n n质子与其它磁性核如13C、19F、31P的偶合 第101页，讲稿共129张，创作于星期二6

47、自旋系统及图谱分类自旋系统及图谱分类 n n核的等价性质核的等价性质核的等价性质核的等价性质 化学等价：化学等价：磁等价磁等价 快速机制快速机制n n自旋系统的分类自旋系统的分类 n n图谱的分类图谱的分类n n几种常见的自旋系统几种常见的自旋系统第102页，讲稿共129张，创作于星期二 化学等价和磁等价化学等价和磁等价化化学学等等价价：化学位移严格相等的核称为化学等价核，指化学位移相同的原子核。磁磁等等价价：一组核对组外任何核表现出相同大小的偶合作用，即只表现出一个偶合常数，着组核称为磁等价核。磁全同磁全同：既化学等价又磁等价的原子核，称为磁全同磁全同核。第103页，讲稿共129张，创作于星

48、期二第104页，讲稿共129张，创作于星期二第105页，讲稿共129张，创作于星期二第106页，讲稿共129张，创作于星期二第107页，讲稿共129张，创作于星期二自旋系统的分类n n自旋系统的定义 把几个互相偶合的核，按偶合作用的强弱，分成不同的自把几个互相偶合的核，按偶合作用的强弱，分成不同的自旋系统，系统内部的核互相偶合，但不和系统外的任何核旋系统，系统内部的核互相偶合，但不和系统外的任何核相互作用。系统与系统之间是隔离的相互作用。系统与系统之间是隔离的.第108页，讲稿共129张，创作于星期二磁不等价的情况磁不等价的情况1.1.单键带有双键性时会产生不等价质子，单键带有双键性时会产生不

49、等价质子，R-CO-N(CHR-CO-N(CH2 2CHCH3 3)2 2,2,2个个CHCH2 2 会出现会出现2 2组四重峰，组四重峰，2 2个个CHCH3 3会出现复杂的多重峰（会出现复杂的多重峰（2 2组三重峰的重叠）组三重峰的重叠）2.2.双键同碳质子具有不等价性双键同碳质子具有不等价性 H H2 2C=CHRC=CHR 3.3.单键不能自由旋转时，也会产生不等价质子，单键不能自由旋转时，也会产生不等价质子，BrCHBrCH2 2CH(CHCH(CH3 3)2)2 有三种构象，室温下有三种构象，室温下C-CC-C快速旋转，快速旋转，CH2CH2上上2 2个质子是等价的，但在低温下个质

50、子是等价的，但在低温下C-CC-C不能快速旋转，不能快速旋转，CH2CH2上上2 2个质子所处的环境有差别而成为不等价质子。个质子所处的环境有差别而成为不等价质子。4.4.与不对称碳相连的与不对称碳相连的CH2,2CH2,2个质子是不等价的个质子是不等价的 5.5.固定在环上的固定在环上的CH2,2CH2,2个质子是不等价，甾体环个质子是不等价，甾体环 6.6.苯环上化学环境相同的质子可能磁不等价苯环上化学环境相同的质子可能磁不等价第109页，讲稿共129张，创作于星期二自旋系统的命名自旋系统的命名 n n 分子中两组相互干扰的核，它们之间的化学位移差分子中两组相互干扰的核，它们之间的化学位移