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核磁共振谱

在有机化学结构的测定中，核磁共振（NMR）谱有着广泛的应

用。核磁共振谱是由具有磁距的原子核，受辐射而发生跃迁所形成的

吸收光谱。在有机化学中，研究的最多，应用最广的是氢原子核（即

质子）的核磁共振谱。这种核磁共振谱又叫做质子磁共振（PMR）

谱。

质子像电子一样，可以自旋而产生磁距。在磁场中，质子自旋所

产生的磁距可以有两种取向，或者与磁场方向一致（↑），或者相反

（↓）。

质子磁距的两种取向相当于两个能级。磁距的方向与外界磁场方

向相同的质子的能量较低，不相同的则能量较高。用电磁波照射磁场

中的质子，当电磁波的能量等于两个能级的能量差时，处于低能级的

质子就能吸收能量，跃迁到高能级（辐射能吸收的量子化）。这种现

象叫做核磁共振。（与电子的跃迁相似）

用来测定核磁共振的仪器叫做核磁共振仪。理论上讲，可以把物

质放在恒定的磁场中，由逐渐改变辐射频率来进行测定。当辐射频率

恰好等于能级差时，即可发生共振吸收。此时核磁共振仪就能接收到

信号。

但实际上，因磁感应强度与能引起核磁共振的辐射频率具有一定

的比例关系，为了操作方便，采用的是保持辐射频率不变，而逐渐改

变磁感应强度的方法。当磁场达到一定强度时，即可发生共振吸收。

核磁共振仪收到信号时，就以吸收能量的强度为纵坐标，磁感应强度

为横坐标绘出一个吸收峰。由此得到波谱图，就是核磁共振谱。

质子的能级差时一定的，因此有机分子中的所有质子，似乎都

应该在同一磁感应强度下吸收能量。这样，在核磁共振图谱中，就应

该只有一个吸收峰。但有机化合物分子中的质子，其周围都是有电子

的。在外加磁场的作用下，电子的运动能产生感应磁场。因此质子所

感应的磁感应强度，并非就是外加磁场的磁感应强度。一般来说，质

子周围的电子使质子所感应到的磁感应强度要比外加磁感应强度弱

些。也就是说，电子对外加磁场有屏蔽作用。屏蔽作用的大小与质子

周围电子云密度的高低有关。电子云密度越高，屏蔽作用越大，该质

子的信号就要在越高的磁感应强度下才能获得。有机分子中与不同基

团相连接的H的周围的电子云的密度不一样，因此它们的信号就分

别在谱图的不同位置上出现。质子信号上的这种差异叫做化学位移。

FE：在1,2,2-三氯丙烷分子中，

有两种质子——CH2质子和CH3质子。他们的化学环境不同。CH2

与氯离子相连，氯是电负性很强的元素，故这里CH2周围的电子云

密度比CH3低。因此在核磁共振谱中，随着磁感应强度的增高，CH2

质子的吸收峰先出现。同时吸收峰的相对强度与同一类质子的数目是

相应的。CH2质子只有两个，而CH3质子有三个，它们的吸收峰面

积之比正是2:3。

化学环境不同的质子，因受不同程度的屏蔽作用，在谱中的不同

位置上出现吸收峰，但这种位置上的吸收差异是很小的，很难精确的

测出化学位移的绝对数值。故通常以四甲基硅烷（CH）（TMS）

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作为标准物质，以它的质子峰作为零点，其他化合物的质子峰的化学

位移都是相对于这个零点而言的。

υ−υTM

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化学位移常以δ表示，计算公式如下：δ=×10

υ。

式中δ为样品的化学位移，υ为样品吸收峰的频率，υTMS为四甲基硅

烷的吸收峰的频率，υ。为核磁共振仪的频率。

在各种有机物分子中，与同一类基团相连的质子于核磁共振谱中，

在差不多相同的位置出现（即具有相同的δ值）。

常见基团中质子的化学位移，

常见基团-CH-CH-CH=CHArHCH-CHO-OCHROH

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