11-核磁共振波谱法.ppt

第十一章 核磁共振波谱 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy NMR 本章要求 ⒈ 理解核磁共振波谱法的基本原理。 ⒉ 了解核磁共振波谱仪主要组成部件的功能。 ⒊ 理解化学位移产生的原因及其影响因素。 一、原子核的自旋 二、 核磁共振现象 讨论: 四、核磁共振波谱仪 五、核磁共振与化学位移 化学位移的表示方法 常见结构单元化学位移范围 例：C6H12O * * 若原子核存在自旋，产生核磁矩： 自旋角动量： I：自旋量子数； h：普朗克常数； 核磁子?=eh/2M c； 自旋量子数(I)不为零的核都具有磁矩： 质量数 原子序数 自旋量子数I 偶数 偶数 0 无自旋，不产生共振吸收 偶数 奇数 1，2，3…. 共振吸收复杂 奇数 奇数或偶数 1/2 (1H，13C) 核磁共振研究的主要对象 奇数 奇数或偶数 3/2；5/2…. 共振吸收复杂 核 磁 矩： 1H可当作电荷均匀分布的球体，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁。 　当置于外加磁场H0中时，有(2I+1)种取向： (1)与外磁场平行，磁量子数ｍ＝＋1/2; (2)与外磁场相反，ｍ＝－1/2; 两种取向不完全与外磁场平行，相互作用，产生进动，进动频率? 0； 角速度?0； ?0 = 2??0 =? H0，? 磁旋比； H0外磁场强度； 进动取向不同的氢核之间的能级差：?E= μ H0 (μ--磁矩) (1) 核有自旋(磁性核)； (2) 外磁场, 能级裂分; (3) 照射频率与外磁场的比值?0 /H0 =? /(2?) 三、核磁共振条件 质子的共振频率与结构（化学环境）有关。高分辨率下，吸收峰产生化学位移和裂分。由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的信息，进一步确定化合物结构。 1．永久磁铁：提供外磁场。 2．射频振荡器：线圈垂直于外磁场，发射一定频率的电磁辐射信号。60 MHz或100 MHz。 3．射频信号接受器(检测器)：当质子的进动频率与辐射频率相匹配时，发生能级跃迁，吸收能量，产生信号。 4．样品管：外径5 mm的玻璃管，测量过程中旋转。 理想化的、裸露的氢核；满足共振条件： ?0 = ? H0 / (2? ) 产生单一的吸收峰；实际上，氢核受周围不断运动着的电子影响。在外磁场作用下，运动着的电子产生相对于外磁场方向的感应磁场，起到屏蔽作用。 由于屏蔽作用的存在，氢核产生共振需要更大的外磁场强度（相对于裸露的氢核），来抵消屏蔽影响。 有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同，共振频率有差异，引起共振吸收峰的位移，称为化学位移。 1．位移的标准 　　没有完全裸露的氢核，没有绝对的标准。 相对标准：四甲基硅烷　Si(CH3)4 （TMS）（内标） 位移常数 ?TMS=0 2．为什么用TMS作为基准? (1) 12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰； (2) 屏蔽强烈，位移最大。与有机化合物中的质子峰不重迭； (3) 化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。 峰的裂分原因:自旋-自旋偶合 相邻两个氢核之间的自旋偶合（自旋干扰） 六、峰的裂分 峰裂分数：n+1 规律；相邻碳原子上的质子数 峰裂分数 1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种； 2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，多少个； 3）峰的位移(?)：每类质子所处的化学环境，化合物中位置； 4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数。 不足之处：仅能确定质子(氢谱)。 七、谱图解析 6个质子处于完全相同的化学环境，单峰。 1700cm-1, C=0, 醛,酮 3000 cm-1, -C-H 饱和烃 两种质子 1:3或3:9 -CH3 ：-C(CH3)3 无裂分，无相邻质子