第十五章 核磁共振波谱法PPT.ppt

第十五章 核磁共振波谱法(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR);在磁场中，原子核分裂出的磁能级之间的能量差很小, 若要在这样的磁能级之间产生跃迁，其所需的电磁辐射能量极小，只要处于109－1010nm间的射频辐射已足够了。; §15－1 核磁共振基本原理;显然，当I=0时, P=0，即原子核没有自旋现象，只有当I0时，原子核才有自旋角动量和自旋现象。自旋量子数与原子的质量数和原子序数有关：; 核的磁性质;因此 的氢核在外加磁场（BO）中，只能是两种取向：;在外磁场中的质子核，由于本身自旋而产生磁场，并与外磁场相互作用，而产生一个以外磁场方向为轴线的回旋运动，称为进动或拉摩尔（Larmor precession)进动。这样原子核一面自旋，一面绕磁场方向回旋，类似于陀螺的运动。自旋核的角速度;当I=1/2时，m有两个取向: -1/2, +1/2 则质子的高能级与低能级之间的能量差为：; 在给定的磁场强度下，质子的进动频率是一定的。若此时以相同频率的射频辐射照射质子，即满足“共振条件”，该质子就会有效地吸收射频的能量，使其磁矩在磁场中的取向逆转，实现了从低能级到高能级的跃迁过程。此过程就是核磁共振吸收过程。 ;二、弛豫;弛豫过程;§15－2 核磁共振波谱仪;1、 磁铁与磁场扫描发生器;2、射频发射和接收器;（二）脉冲傅里叶变换核磁共振波谱(PFT-NMR);二、 样品容器及样品处理; 2、样品的处理; §15－3 化学位移与核磁共振谱图;(a) 低分辨； (b)高分辨;究其原因发现是由于核所处的化学环境对核磁共振吸收的影响。不同的化学环境就会产生不同的核磁共振信息，因此就使核磁共振波谱成为研究有机分子结构的重要手段。 两类化学环境的影响： (1) 质子周围基团的性质不同，使它的共振频率不同，这种现象称为化学位移。 (2) 所研究的质子受相邻基团的质子的自旋状态影响，使其吸收峰裂分的现象称为自旋－自旋裂分。;2. 化学位移及其表示;由于核的共振频率的化学位移只有百万分之几，采用绝对表示法非常不便，因而采用相对表示法。为此选择一个参比化合物，并按下式表示相对化学位移值δ（有些文献中常以ppm为单位来表示）。; 最常用的参比物是四甲基硅烷，Si(CH3)4简称TMS，将它的δ值人为定为零。实验时加入到样品溶液中。 选用TMS作标准的原因: (1) TMS中12个质子处于完全相同的化学环境中，只有一  个尖峰；（2） TMS中质子外围的电子云密度和一般有机物相比是最 密的，因此氢核受到最强烈的屏蔽，共振时需要外加 磁场强度最强，?值最大，不会和其它化合物的峰重叠；（3） TMS是化学惰性，不会和试样反应；（4） 易溶于有机溶剂，沸点低，回收试样容易。 ;影响电子云密度的各种因素均会影响化学位移;（2） 磁各向异性效应; 芳环与醛基的各向异性效应; 炔键的各向异性效应;;二、核磁共振图谱;由质子共振图谱可得到下列信息：1、吸收峰的组数，说明分子中化学环境不同的质子有几组；2、质子吸收峰出现的频率，即化学位移值，说明分子中的基 团情况；3、峰的分裂个数及偶合常数，说明基团间的连接关系；4、阶梯式积分曲线的高度，说明各基团的质子比。; §15－4 自旋偶合与自旋裂分; 每一个质子都可视作一个自旋的小磁体，在外加磁场中，由它自旋而产生的小磁场，只有两种可能性，与外磁场方向一致或相反(这两种可能性出现的几率基本上是相等的)，净结果肯定是使质子核所受磁场强度发生变化。 ;Hc;裂分后多重峰的个数：符合 (n+1)规律， n表示相邻碳原子上氢原子的个数。相邻碳原子上氢原子的个数为1，则裂分为二重峰，3个氢，则裂分为4重峰。裂分后各组多重峰的强度比：符合(a+b)n展开后各项的系数比，二重峰1:1；三重峰1:2:1；四重峰1:3:3:1等。;2. 偶合常数与分子结构的关系; 化学全同与磁全同; 质子自旋－自旋偶合常数;;§15－5 质子核磁共振波谱法的应用;例1 已知一化合物的化学式为C4H7OC1，其氢谱如下，试推测其结构。;例2 有一瓶化学试剂的标签脱落，经过元素分析只含碳和氢。再经过核磁共振波谱分析，获得以下图谱。试鉴别其结构。;例3 已知一化合物的化学式为C4H6OF3Br，已测得其核磁共振波谱图如