核磁共振氢谱.ppt

第三章 核磁共振氢谱 核磁共振（简称为NMR）是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率（兆赫数量级的射频）的电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。因此，就本质而言，核磁共振波谱是物质与电磁波相互作用而产生的，属于吸收光谱（波谱）范畴。根据核磁共振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子结构。 核磁共振波谱法是结构分析的重要工具之一，经常使用的是1H和13C的共振波谱。 核磁共振波谱中最常用的氢谱将提供： 1. 分子中不同种类氢原子有关化学环境的信息 2. 不同环境下氢原子的数目 3. 每个氢原子相邻的基团的结构 [基本要求] 　（1）当I=0时，p=0，没有自旋现象，原子核没有磁矩，不产生核磁共振。 （2）当I＞0时，p≠ 0，原子核磁矩不为零，有自旋现象。 　（3）I=1/2的原子核在自旋过程中核外电子云呈均匀的球型分布如图（b），并象陀螺一样自旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有机化合物的主要组成元素。 （4）I＞1/2的原子核，这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体如图（c），自旋过程中电荷在核表面非均匀分布，共振吸收复杂，研究应用较少。 　　 有机化合物的基本元素13C、1H、15N、19F、31P等都有核磁共振信号，且自旋量子数均为1/2，核磁共振信号相对简单，已广泛用于有机化合物的结构测定 　　　然而，核磁共振信号的强弱是与被测磁性核的天然丰度和旋磁比的立方成正比的，如1H的天然丰度为99.985%，19F和31P的丰度均为100%， 因此，它们的共振信号较强，容易测定，而13C的天然丰度只有1.1%，很有用的15N和17O核的丰度也在1%以下，它们的共振信号都很弱，必须在傅里叶变换核磁共振波谱仪上经过多次扫描才能得到有用的信息。 3.1.2 核磁共振 总结 实现核磁共振的方法，只有以下两种： （1）B0不变，改变v 方法是将样品置于强度固定的外加磁场中，并逐步改变照射用电磁辐射的频率，直至引起共振为止，这种方法叫扫频（frequency sweep）。 （2）v不变，改变B0 方法是将样品用固定电磁辐射进行照射，并缓缓改变外加磁场的强度，达到引起共振为止。这种方法叫扫场（field sweep）。 通常，在实验条件下实现NMR多用2法。 核磁共振波谱的测定 　 由于电子的屏蔽效应,　使某一个质子实际上受到的磁场强度不完全与外磁场强度一致，分子中处于不同化学环境中的质子,　核外电子云的分布情况不同。因此,　不同化学环境中的质子,　受到不同程度的屏蔽作用。在此情况下质子实际受到的磁场强度Beff等于 外加磁场强度B0 减去其外围电子产生的对抗磁场B’ ,可用下式表示: Beff = B0 - B’ 　由于对抗磁场的大小正比于所加的外磁场强度, 上式可写为： Beff = B0 - σ B0 = B0 （1- σ）. 式中: σ为屏蔽常数 化学位移的表示方法 例题 　1、下列两组化合物中标记的氢核发生NMR时，何者的化学位移将出现在较低场处？ 　　 Ｈ　　　　　　　 　　　 Ｈ A: R－Ｃ－ＯＨ B： R－CH2 －Ｃ－CH2 －ＯＨ 　 Ｒ　　　　　　　 　　 Ｒ 3.4.2 共轭效应 共轭体系中如果氢被供电子基取代，由于p –π 共轭，使共轭体系的电子云密度增大，δ 值向高场位移；如果被吸电子基团（如 C=O、NO2）取代，由于 π –π 共轭，使共轭体系的电子云密度降低，δ值向低场位移。 常见氢核的化学位移表 4、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α位的杂芳氢的吸收峰在较低场 5、活泼氢的化学位移值 常见的活泼氢，如-OH、-NH-、-SH、-COOH等基团的质子，δ值不固定在某一数值上，而在一个较宽的范围内变化。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）。 3.5.1 自旋偶合与自旋裂分 3.5.2 n + 1 规律 二项式展开式系数　 峰数 1