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主要内容 自旋取向共有(2I+1)种 (一)连续波核磁共振波谱仪 (二)脉冲傅立叶变换核磁共振波谱仪(PFT-NMR) 2.1 化学位移及影响因素 2 化学键的各向异性 双键 芳环体系 三键 单键 碳-碳单键的σ电子产生的各向异性较小 利用偶合常数,可推测化合物结构,确定烯烃、芳烃的取代情况,阐明立体结构。 化学等价:一组氢核,化学环境完全相同,化学位移相等。 磁等价 非对称取代的烯烃、芳烃 常见的自旋系统 核磁共振氢谱谱图的分类 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 自旋-自旋偶合机理 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 自旋-自旋偶合常数(spin-spin coupling constant) 偶合常数(J), 单位为Hz 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 峰裂分数 n 0 1 2 3 4 5 6 二次式展开式系数 峰数 单峰(singlet,s) 二重峰(doublet,d) 三重峰(triplet,t) 四重峰(quartet,q) 五重峰(quintet) 六重峰(sextet) 七重峰(septet) 1 1 1 2 1 3 3 1 1 4 6 4 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 (n+1)规律 与n个环境相同的氢偶合 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 向心规则 1:1 1:3:3:1 1:1 1:2:1 互相偶合的二组峰,内侧峰偏高,外侧峰偏低 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 1H核,若分别与n个和m个环境不同的1H核相邻时(偶合常数不等),则裂分峰数:(n+1)(m+1)个; (nb+1)(nc+1)(nd+1)=2×2×2=8 Ha裂分为8重峰 Jba Jca Jda 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 同碳偶合:同碳上质子间的偶合。2J或J同 邻位偶合:邻位碳上质子间的偶合。3J或J邻 远程偶合:大于三个键的偶合。4J或5J 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 (二)偶合常数 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 只有当相互耦合的自旋核的化学位移值不等时才能表现出来 1. 偕偶(geminal coupling) 同碳偶合(2J或Jgem) CH3OCH2Cl 偶合但不裂分 Jab(Hz) 0.5~3.0 Jab(Hz) 12.6 3J的大小与双面角φ有关 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 2. 邻偶(vicinal coupling) 邻碳偶合(3J或Jvic) Jab 12.0~18.0 Jab 6.0~12.0 例 确定六元环中取代基的位置 H2,2个氢,1个直立氢Ha,1个平展氢He。 H3,1个直立氢Ha。-OH在平展位。 H4,Ha还是He? 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 6 3 1 J=18Hz Ω=6,可能有苯环 例题 据化合物C10H10O的氢谱,推测其结构 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 3. 远程偶合(long range coupling) (4J或J远) J邻=6.0~10.0Hz J间=1.0~3.0Hz J对=0.0~1.0Hz 核的等价性 快速旋转化学等价——单键快速旋转,位置可对应互换(构象转换),则为化学等价。 对称性化学等价——分子构型中存在对称性(点、线、面),通过对称操作,可互换位置者,则化学等价。 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 分子中一组化学等价核(化学位移相同)对组外其它任何一个核的偶合相等,则这组核称为磁等价核。 化学等价 磁等价 二个H核化学等价,磁等价 二个F核化学等价,磁等价 六个H核化学等价磁等价 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 不等价质子的结构特征 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 不等价质子的结构特征 单键带有双键性时,不能自由旋转,产生不等价质子。 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 与不对称碳相连的CH2中,两个氢核为化学不等价质子。 不等价质子的结构特征 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 不等价质子的结构特征 取代环烷烃,当构象固定时,环上CH2的两个氢不等价。 第二节 核磁共振氢谱的主要参数 低级偶合(一级)谱图的特征 Δδ≥J 偶合峰裂分数目符合n+1规律,峰高比为二项式的各项系数比 谱图中可直接近似读出δ、J 二级谱图的特征 偶合峰数目超过n+1规律的计算数目 裂分峰的相对强度关系复杂 一般情况下, ?和J不能从谱图中直接读出 第二节 核磁共振氢谱的主要参数
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