4.3 核磁共振谱（课件）- 《有机化学（第二版）》同步教学（高教版）

第4章 有机化合物的结构表征 Chapter 4 4.3 核磁共振谱 4.3.1 １H-NMR的基本原理 4.3.2 １H-NMR的化学位移 4.3.3 自旋偶合与自旋裂分 4.3.4 １H-NMR谱图的分析 4.3.5 13C-NMR谱的简介 Chapter 4 4.3.1 １H-NMR的基本原理 1. 原子核的自旋 质子是自旋的。有自旋量子数+1/2和-1/2 两个自旋态，在外磁场磁感应强度 H0 作用下，两个自旋态能量不再相等，两种自旋态的能量差DE随着外磁场磁感应强度增加而变大。 Chapter 4 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 Chapter 4 2. 核磁共振的条件 质子受到电磁波（无线电波）幅射，只要电磁波的频率能满足两个相邻自旋态能级间的能量差DE，质子就由低自旋态跃迁到高自旋态，发生核磁共振。 Chapter 4 Chapter 4 实现共振有两种方法： (1) 固定外磁场强度 H0 不变，改变电磁波频率ν ，称为扫频。 (2) 固定电磁波频率ν 不变，改变磁场强度 H0 ，称为扫场。 两种方式的共振仪得到的谱图相同，实验室多数采用后一种，如60 MHz，100 MHz，400 MHz就是指电磁波频率。 Chapter 4 3. 核磁共振仪的构造及操作 核磁共振仪由可变磁场，电磁波发生器，电磁波接收器，样品管等组成，如下面图： Chapter 4 样品放在两块大电磁铁中间，用固定的无线电波照射，在扫描线圈中通直流电，产生微小的磁场，使总的外磁场逐渐增加。当磁场达到H0时，试样的一种质子发生共振。信号经放大记录，并绘制出核磁共振谱图，如上图。 1 Chapter 4 4.3.2 １H-NMR的化学位移 由于化学环境不同，分子中的H引起核磁共振信号位置的变化称为化学位移，用δ 表示。 屏蔽效应 分子中的H周围有电子（化学环境），电子\在磁场中运动产生与外磁场方向相反的诱导磁场，抵消了一部分外磁场，若使H发生了核磁共振，必须增大外磁场强度，这种现象称为电子的屏蔽作用或屏蔽效应。 Chapter 4 2. 化学位移表示方法 用四甲基硅烷[（CH3)４Si，TMS]作参考物，其化学位移δ 为零，样品中某一种H的化学位移δ 由下式计算。 V Chapter 4 例：在60MHz的仪器上，测得氯仿与TMS间吸收频率差为437Hz，用δ 表示氢的化学位移为： TMS的δ = 0，一般有机化合物中H的化学位移出现在其左边，低磁场强度一边。屏蔽效应越小，离TMS的δ 值越远，规定δ取正值。 Chapter 4 常见的各种 H 的化学位移值如下表： a 以TMS为标准，分子中其他基团可能使信号在表中列的区域以外出现。b 与氧和氮相连的质子的化学位移与温度和溶液浓度有关，与分子缔合情况有关。 Chapter 4 3. 分子结构对化学位移的影响 影响化学位移的主要结构因素有： 相连元素的电负性，相连的重键，氢键等。 (1) 相连元素的电负性影响（这种影响又称诱导效应影响）与H原子相连的C上连的原子或基团的电负性越大，H的化学位移值越大。 如： Chapter 4 (2) 相连重键的影响 Chapter 4 Chapter 4 (3) 氢键的影响 氢键是起去屏蔽作用，形成氢键的H的化 学位移比没有形成氢键的H的化学位移大， 出现在低场。 例如， 醇分子中OH基上的H形成氢键时， δ=3.5～5.5 酸分子中OH基上的H形成氢键时， δ=10～13 (4)其他因素影响： 范德华效应，温度，溶剂都要影响化学位移。 Chapter 4 4.3.3 自旋偶合与自旋裂分 磁等性质子和磁不等性质子 磁等性质子：在有机分子中，化学环境相同的一组质子称为磁等性质子。例如：四甲基硅烷、苯、环戊烷、甲烷、丙酮中的质子都是磁等性质子。磁等性质子的化学位移相等。 磁不等性质子：在有机分子中，化学环境不相同的质子称为磁不等性质子。例如：氯乙烷分子中甲基上的氢与亚甲基上的氢是不等性质子。2-氯丙烯中双键上的两个质子也是磁不等性质子。磁不等性质子的化学位移值不相等。 Chapter 4 2. 积分曲线与质子的数目 乙醇的H-NMR谱 Chapter 4 　　在核磁共振谱图上，有一条从低场向高场 的阶梯式曲