第8章 核磁共振波谱法课件.ppt

08第8章核磁共振波谱法108第8章核磁共振波谱法108第8章核磁共振波谱法108第8章核磁共振波谱法1第8章

核磁共振波谱法08第8章核磁共振波谱法1核磁共振波谱法(NMR)定义：通过测量原子核对射频辐射的吸收来确定有机物或某些生化物质的结构、构型核进行化学反应的一种极为重要的方法只有那些磁性核（I≠0）的才能产生吸收在外磁场作用下，原本简并的核自旋能级分裂呈（2I＋1）个分立的核磁能级，当外来辐射能量与相邻磁能级的能量间隔相等时，产生能级跃迁，发生核磁共振现象。08第8章核磁共振波谱法1发展简史三次诺贝尔奖，说明了核磁共振的重要性。开拓在化学领域应用的发现：处于不同化学环境的同种原子核具有不同的共振频率（化学位移）；相邻自旋核引起的多重谱线（自旋－自旋耦合）脉冲技术和计算机技术促进了FT－NMR，使13C在有机分子结构确定方面得到．08第8章核磁共振波谱法1近年的发展谱仪磁场发展到高强度（1KMHz）：大大提高了灵敏度和分辨率。二维及多维核磁共振谱、多量子跃迁等新测定技术：在归属复杂分子，尤其是溶液中蛋白质三级结构的谱线方面非常有用。固体高分辨NMR及核磁共振成像技术。08第8章核磁共振波谱法1应用结构分析，动态过程：最有效的结构鉴定方法。可获得化学键、热力学参数和反应动力学机理。定性、定量分析；产品质量鉴定。化学家、生物化学家、物理学家以及医学家的重要工具：有机化学、生物化学、药物化学、物理学、临床医学以及工业部门。08第8章核磁共振波谱法18.2基本原理

原子核的自旋

08第8章核磁共振波谱法1自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩I与原子的质量数A及原子序数Z有关1）质量数和原子序数均为偶数，I＝0。2）质量数为奇数，I为半整数倍。3）质量数为偶数，原子序数为奇数，I为整数。从而只有2）、3）两类原子核是核磁共振研究的对象。08第8章核磁共振波谱法1讨论:(1)Ｉ＝1/2的原子核1H，13C，19F，31P原子核可看作核电荷均匀分布的球体，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。(2)I=1或I0的原子核I=1：2H，14NI=3/2：11B，35Cl，79Br，81BrI=5/2：17O，127I这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；08第8章核磁共振波谱法108第8章核磁共振波谱法1H0m=1/2m=-1/2m=1m=-1m=0m=2m=1m=0m=-1m=-2I=1/2I=1I=2zzz08第8章核磁共振波谱法13.核磁共振现象自旋量子数I=1/2的原子核（氢核），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。当置于外磁场H0中时，相对于外磁场，有（2I+1）种取向：氢核（I=1/2），两种取向（两个能级）：(1)与外磁场平行，能量低，磁量子数ｍ＝＋1/2;(2)与外磁场相反，能量高，磁量子数ｍ＝－1/2;08第8章核磁共振波谱法1核磁共振：采用横向外加适当能量的射频场B1，仪适当频率的电磁波照射核时可发生能级间的跃迁。满足条件：不同的原子核，由于γ不同，在同一磁场中发生共振时的频率不同：鉴别元素或同位素；同一种核，磁感应强度改变，共振频率改变。08第8章核磁共振波谱法1弛豫过程弛豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。饱和(saturated)——低能态的核等于高能态的核。08第8章核磁共振波谱法1驰豫过程1.自旋-晶格驰豫：高能态的以热能形式传递给周围的离子。全体核的总能量下降，纵向驰豫。驰豫时间T1：反映驰豫过程效率，粘度不大，浓度合适的溶液2.自旋-自旋驰豫：相邻两能态不同的相同核之间发生的能量交换过程。体系的总能量不变，横向驰豫。驰豫时间T2：固体试样的小，使得共振吸收峰的宽度增大，分辨率降低。固体试样配置成溶液08第8章核磁共振波谱法1化学位移定义：同一种核，由于在分子中所处的化学环境不同，吸收峰有所变化。理想化：裸露的原子核。原子核受周围不断运动着的电子影响。由楞次定律产生一个感应磁场B‘会起到屏蔽作用，使实际受到的外磁场作用减小。08第8章核磁共振波谱法1各官能团的原