核磁共振谱与质谱简介.ppt
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1、关于核磁共振谱和质谱简介第一张,PPT共六十二页,创作于2022年6月核磁共振谱核磁共振谱(NuclearMagneticResonanceSpectroscopy,NMR)质谱质谱(MassSpectroscopy,MS)第二张,PPT共六十二页,创作于2022年6月第一节第一节电磁波谱的一般概念电磁波谱的一般概念波长波长:一个完整波的长度,单位多数用:一个完整波的长度,单位多数用nm;频率;频率:每秒钟光:每秒钟光波的振动次数,单位为波的振动次数,单位为Hz;光速光速:光波的传播速度,单位为:光波的传播速度,单位为31010cm/s.关系式为:关系式为:=/波数:频率的另外一种表示方法,意
2、为在波数:频率的另外一种表示方法,意为在1cm长长度内波的数目,单位为:度内波的数目,单位为:cm-1例如例如400nm的光的频率为的光的频率为1/40010-7=25000cm-1第三张,PPT共六十二页,创作于2022年6月光波的能量:光波的能量:=为为planck常数常数意为光波的频率越大,其能量也越大。意为光波的频率越大,其能量也越大。物质分子的某一能级是固定的,其值为物质分子的某一能级是固定的,其值为,根,根据据=,该分子将能吸收频率为,该分子将能吸收频率为的光波,从基态的光波,从基态发生能级跃迁,跃迁到激发态。发生能级跃迁,跃迁到激发态。当一定波长的光辐射该当一定波长的光辐射该物质
3、后,其中频率为物质后,其中频率为的光波被分子吸收,出现分子的光波被分子吸收,出现分子吸收光谱。吸收光谱。物质分子的能级是多种多样的,根据其能级的大物质分子的能级是多种多样的,根据其能级的大小可以分为小可以分为电子光谱、振动光谱和转动光谱电子光谱、振动光谱和转动光谱三类。三类。第四张,PPT共六十二页,创作于2022年6月当分子吸收能量较低的长波光波时,只能引起当分子吸收能量较低的长波光波时,只能引起分子转动能级的变化,由此产生的光谱即分子转动能级的变化,由此产生的光谱即转动光谱转动光谱。引起分子转动能级变化的光波波长在远红外及微波引起分子转动能级变化的光波波长在远红外及微波区域,这部分光谱对有
4、机化合物结构的测定用处不区域,这部分光谱对有机化合物结构的测定用处不大。大。能引起分子振动能级变化的光波波长处于红外光能引起分子振动能级变化的光波波长处于红外光区域,产生的光谱称为区域,产生的光谱称为振动光谱振动光谱,在有机化学中用处,在有机化学中用处很大,也就是常称的红外光谱。很大,也就是常称的红外光谱。能引起分子的电子能级的变化的光波波长很能引起分子的电子能级的变化的光波波长很短,能量很高,在可见光和紫外光区,由此产生短,能量很高,在可见光和紫外光区,由此产生的光谱称为的光谱称为电子光谱,即常说的可见光电子光谱,即常说的可见光/紫外光谱紫外光谱(VIS/UV)。)。第五张,PPT共六十二页
5、,创作于2022年6月区区 域域波波 长长原子或分子的跃迁原子或分子的跃迁射线射线10-30.1nm核跃迁核跃迁X射线射线0.110nm内层电子跃迁内层电子跃迁远紫外远紫外10200nm中层电子跃迁中层电子跃迁紫外紫外200400nm外层(价)电子跃外层(价)电子跃迁迁可见可见400800nm红外红外0.850m分子转动和振动分子转动和振动远红外远红外501000m微波微波0.1100cm无线电波无线电波1100m核磁共振核磁共振第六张,PPT共六十二页,创作于2022年6月有机化合物分子有机化合物分子不饱和度的计算公式不饱和度的计算公式:=n+1+(t-m)/2其中其中n为分子中为分子中4价
6、原子的数目,如价原子的数目,如C,Si;t为为分子分子中中3价原子的数目,如价原子的数目,如P,N;m为分子中为分子中1价原子的价原子的数目,如数目,如H,F,Cl,Br,I。氧和硫的存在对不饱和。氧和硫的存在对不饱和度没有影响。度没有影响。第七张,PPT共六十二页,创作于2022年6月第二节第二节核磁共振(核磁共振(NMR)一一.概况概况二二.核磁共振基本原理及核磁共振仪核磁共振基本原理及核磁共振仪I=1/2 m=+1/2 E=-HI=1/2 m=+1/2 E=-H0 0 =hI/=hI/2 H Ho o=2 v vo o/m=-1/2 E=+H m=-1/2 E=+H0 0 (I)(II)
7、E=2HE=2Ho o E=2hvE=2hvo oI ()I ()I=1/2 E=hvI=1/2 E=hvo o ()()V射射=Vo=E=E=hvhvo o ()()V射射=Vo=HHo o/2/2()()固定磁场扫频;固定辐射频率扫场固定磁场扫频;固定辐射频率扫场 第八张,PPT共六十二页,创作于2022年6月1H氢谱氢谱(PMR)提供的结构信息:提供的结构信息:化学位移、峰的裂分情况与偶化学位移、峰的裂分情况与偶合常数、峰面积合常数、峰面积(积分曲线积分曲线)三三.屏蔽效应和化学位移屏蔽效应和化学位移1.屏蔽效应屏蔽效应(shieldingeffect):核外电子在外磁场作用下绕核环流,
8、核外电子在外磁场作用下绕核环流,产生感应磁场。处于高电子密度区域产生感应磁场。处于高电子密度区域的核,感受到较外加磁场弱的磁场,的核,感受到较外加磁场弱的磁场,必须用较高的外加场使之发生共振。必须用较高的外加场使之发生共振。H=Ho+H感应感应屏蔽作用使氢核的共振吸收移向高场。屏蔽作用使氢核的共振吸收移向高场。第九张,PPT共六十二页,创作于2022年6月处于低电子密度区域的核,使共振发生在较低场。处于低电子密度区域的核,使共振发生在较低场。H=Ho-H感应感应去屏蔽效应使氢核的共振吸收移向低场。去屏蔽效应使氢核的共振吸收移向低场。2.化学位移化学位移不同化学环境中的氢核,受到的屏蔽或去屏蔽作
9、用不不同化学环境中的氢核,受到的屏蔽或去屏蔽作用不同,它们的共振吸收出现在不同磁场强度下。同,它们的共振吸收出现在不同磁场强度下。表示表示:/ppm。标准物质标准物质:四甲基硅烷四甲基硅烷(CH3)4Si,TMS=0(单峰)单峰)CHCl3:=437HZ 106/60MHZ=7.28ppm=(V样品样品-V标准标准)106/V标准标准=VV 106/V标准标准第十张,PPT共六十二页,创作于2022年6月(增大增大)(减减小)小)第十一张,PPT共六十二页,创作于2022年6月 H/ppm 值小,屏蔽作用大;值小,屏蔽作用大;值值大,屏蔽作用小;大,屏蔽作用小;四四.影响化学位移的主要因素影响
10、化学位移的主要因素1.诱导效应的影响诱导效应的影响电负性大的原子(或基团)与电负性大的原子(或基团)与1H邻接时,其吸电子作用使邻接时,其吸电子作用使氢核周围电子云密度降低氢核周围电子云密度降低,屏蔽作用减少,共振吸收在较低,屏蔽作用减少,共振吸收在较低场,即质子的化学位移向低场移动,场,即质子的化学位移向低场移动,值增大值增大;相反,给电子;相反,给电子基团则基团则增加了氢核周围的电子云密度增加了氢核周围的电子云密度,使屏蔽效应增加,共,使屏蔽效应增加,共振吸收在较高场,即质子的化学位移向高场移动,振吸收在较高场,即质子的化学位移向高场移动,值减值减小小。第十二张,PPT共六十二页,创作于2
11、022年6月/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性原子向低场移动。向低场移动的程度正比于原子的电负性和该原子与和该原子与H之间的距离。之间的距离。第十三张,PPT共六十二页,创作于2022年6月2.共轭效应的影响共轭效应的影响同上。使氢核周围电子云密度增加,则磁屏蔽增加,共振吸同上。使氢核周围电子云密度增加,则磁屏蔽增加,共振吸收移向高场;反之,共振吸收移向低场。收移向高场;反之,共振吸收移向
12、低场。第十四张,PPT共六十二页,创作于2022年6月7.786.708.588.087.943.磁各向异性效应磁各向异性效应具有多重键或共轭多重键分子,在外磁场作用下,具有多重键或共轭多重键分子,在外磁场作用下,电电子会沿分子某一方向流动,产生感应磁场。此感应磁场子会沿分子某一方向流动,产生感应磁场。此感应磁场与外加磁场方向与外加磁场方向在环内相反(抗磁),在环外相同(顺磁),在环内相反(抗磁),在环外相同(顺磁),即对分子各部位的磁屏蔽不相同。即对分子各部位的磁屏蔽不相同。第十五张,PPT共六十二页,创作于2022年6月1)双键与三键化合物的磁各向异性效应)双键与三键化合物的磁各向异性效应
13、第十六张,PPT共六十二页,创作于2022年6月2)芳环的磁各向异性效应)芳环的磁各向异性效应苯环平面上下方:屏蔽区,侧面:去屏蔽区。苯环平面上下方:屏蔽区,侧面:去屏蔽区。H=7.2618-轮烯:轮烯:内氢内氢=-1.8ppm 外氢外氢=8.9ppm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相连的,其所受屏蔽作用小于烷基碳原子相连的H原子。原子。值顺序:值顺序:第十七张,PPT共六十二页,创作于2022年6月4.氢键的影响氢键的影响具有氢键的质子其化学位移比无氢键的质子大。氢键的形具有氢键的质子其化学位移比无氢键的质子大。氢键的形成降低了核外电子云密度。成降低了核外电
14、子云密度。随样品浓度的增加,羟基氢信号移向低场。随样品浓度的增加,羟基氢信号移向低场。第十八张,PPT共六十二页,创作于2022年6月常见有机化合物的化学位移范围常见有机化合物的化学位移范围第十九张,PPT共六十二页,创作于2022年6月五五.偶合常数偶合常数1.自旋自旋-自旋偶合与自旋自旋偶合与自旋-自旋裂分自旋裂分偶合偶合即自旋核与自旋核之间的相互作用。即自旋核与自旋核之间的相互作用。裂分裂分即自旋即自旋-自旋偶自旋偶合引起的谱带增多的现象。合引起的谱带增多的现象。第二十张,PPT共六十二页,创作于2022年6月试判断试判断CH3CHO分子中各组氢分别呈几重峰?分子中各组氢分别呈几重峰?第
15、二十一张,PPT共六十二页,创作于2022年6月2.偶合常数偶合常数(J)自旋自旋-自旋偶合裂分后,两峰之间的距离,即两峰的频率差:自旋偶合裂分后,两峰之间的距离,即两峰的频率差:Va-Vb。单位单位:HZ偶合常数与化学键性质有关,与外加磁场强度无关。数值依偶合常数与化学键性质有关,与外加磁场强度无关。数值依赖于偶合氢原子的结构关系。赖于偶合氢原子的结构关系。A与与B是相互偶合的核,是相互偶合的核,n为为A与与B之间相隔的化学键数目。之间相隔的化学键数目。第二十二张,PPT共六十二页,创作于2022年6月相互偶合的两组质子,彼此间作用相同,其偶合常数相同。相互偶合的两组质子,彼此间作用相同,其
16、偶合常数相同。1)同碳偶合)同碳偶合同一碳原子上的化学环境不同的两个氢的偶合。同一碳原子上的化学环境不同的两个氢的偶合。2JH-H2)邻碳偶合)邻碳偶合两个相邻碳上的质子间的偶合。两个相邻碳上的质子间的偶合。3JH-C-C-H同种相邻氢不发生偶合同种相邻氢不发生偶合(一个单峰一个单峰)3)远程偶合)远程偶合间隔四个化学键以上的偶合。间隔四个化学键以上的偶合。通常分子通常分子中被中被 键隔开。键隔开。第二十三张,PPT共六十二页,创作于2022年6月偶合常数的大小偶合常数的大小,表示偶合作用的强弱。它与两个作用核之表示偶合作用的强弱。它与两个作用核之间的相对位置、核上的电荷密度、键角、原子序以及
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- 核磁共振 简介
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