核磁共振氢谱和碳谱课件.ppt

核磁共振（nuclearmagneticresonanceNMR）是利用物质分子或原子中核的磁性,当它们处在特定的外磁场下能吸收一定能量的电磁波,记录这种吸收现象所获得的波谱,就是磁共振谱。由于这种吸收与核所处的环境有关，所以吸收的特征能反映分子结构的信息，因此核磁共振波谱是研究分子结构强有力的工具。本章重点介绍核磁共振的原理、仪器和应用，主要是1H谱。由于核磁共振主要是利用物质的磁性，所以本章首先介绍物质的磁性。;Date;自旋轴;这类原子的核电荷分布呈现球体分布，核电荷分布

均匀,并象陀螺一样自旋，有核磁矩产生，对应的

核磁共振波谱图简单明了。自旋量子数I=1/2原子

核是核磁共振研究的主要内容。例如1H核可看作核

电荷均匀分布的球体，核绕自旋轴转动时，除了产

生核磁矩还会产生一感应磁场，类似于一小磁体。;2、原子核自旋能级分裂

（1）核磁矩的取向：当核置于外磁场H0中时，相

对于外磁场，原子核到底有多少种取向？通常用m

（磁量子数）表示,取值范围为I，I-1，…，-I共

（2I+1）种取向。核磁矩在外磁场空间的取向不

是任意的，是量子化的。这种现象称为核磁矩的空

间量子化。;H;（2）核磁矩在外加磁场（Z轴）上的分量μz取决于角动量在该轴上的分量（Pz），且

Pz的取值与m有关，只能取不连续的数值。

由μz=γ×Pz知，

;由核能级分裂现象说明，高场强（外磁场强度大）的仪器比低场强仪器测得的核磁共振信号清晰。;回旋轴;共振条件;（1）对同一种核,?为定值,H0变则射频频率?变。

1H：1.409T共振频率为60MHz

2.3488T共振频率为100MHz

（2）不同原子核,?不同产生共振条件不同,需要磁场强度H0和射频频率?不同。

（3）固定H0，改变?（扫频），不同核在不同频率处发生共振产生吸收。也可固定?，改变H0（扫场）不同核在不同磁场强度处发生共振产生吸收。;例：计算在2.3488T磁场中，1H的共振频率。;磁场强度2.3488T；25?C；1H的共振频率与分配比;磁核在各能级上的玻尔兹曼分布是热运态平衡。当低能级的磁核吸收了射频辐射后，被激发至高能级，同时给出共振吸收信号。但随着实验的进行，只占微弱多数的低能级磁??越来越少，最后高、低能级上的磁核数目相等（饱和），从低到高与从高到低能级的跃迁的数目相同（体系净吸收为0，共振信号应消失）。但是上述“饱和”情况并未发生！说明必然存在着使低能级上的磁核保持微弱多数的内在因素，这种内在因素就是核的驰豫过程。;4、样品管:外径5mm玻璃管,测量过程中以每秒40~60周旋转,保证样品感受到的磁场强度均匀。;?????????????????????????????????????????????????;§4.3化学位移

核磁共振提供了三类极其有用信息

化学位移、耦合常数、积分曲线。

4.3.1电子屏蔽效应

理想化的、裸露的氢核；满足共振条件

?=?H0/(2?)应产生单一的吸收峰；实际上，氢核受周围不断运动着的电子影响。在外磁场作用下，运动的电子产生与外磁场方向相反的感应磁场;该感应磁场会对原子核起到屏蔽作用，使氢核实际受到外磁场作用减小，表示为H=（1-?）H0，其中?为屏蔽常数。?越大屏蔽效应越大，核实际受到外磁场强度越小，则?=[?/(2?)]×（1-?）H0

屏蔽的存在，需更强的外磁场(相对于裸露的氢核)才能产生核磁共振信号。

4.3.2化学位移

在有机化合物中，各种氢核周围电子云密度不同;;讨论：?小，屏蔽强，共振需要的磁场强度大，在高场出现，图的右侧；?大，屏蔽弱，共振需要的磁场强度小，在低场出现，图的左侧。;§4.4影响化学位移的因素

影响屏蔽常数?（电子云密度）的因素均可影响化学位移，即影响NMR吸收峰的位置。

4.4.1诱导效应(Induction)：分子与高电负性基团相连，分子电子云密度下降(去屏蔽)，?下降，产生共振所需磁场强度小，吸收峰向低场(左)移动，?增大。

?（氯甲烷）3.05；?（甲烷）0.23;4.4.2共轭效应(Conjugated)：使电子云密度平均化，可使吸收峰向高场或低场移动；?减小或增大。

与C2H4（）比较

左图：氧孤对电子与C2H4双键形成p-?共轭，—CH2上质子电子云密度增加，移向高场。

右图：羰基双键与C2H4双键?-?共轭，—CH2上质子电子云密度降低，移向低场。;4.4.3化学键的各向异性：当分子中某些基团的电子云排布部呈球形对称时，它对邻近的氢核产生一个各向异性的磁场，从而使某些空间位置上的核受屏蔽，而另一