谱学导论 磁共振谱4-1.ppt

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1、第四章磁共振§4-1核磁共振的基本原理4.1.1分子的磁性质原子核带正电荷的粒子当它的质量数和原子序数有一个是奇数时，它就和电子一样有自旋运动，产生磁矩11H，136C，199F和3115P有自旋现象126C和168O没有自旋现象磁矩，具有方向性，是一个矢量=rhI/2r旋磁比I自旋量子数hPlank常数1H自旋量子数(I)1/2没有外磁场时，其自旋磁距取向是混乱的在外磁场H0中，它的取向分为两种(2I+1=2)一种和磁场方向相反，能量较高(E=H0)一种和磁场方向平行，能量较低(E=H0)两种取向的能量差E可表示为:若外界提供一个电磁波，波的频率适当，能量

2、恰好等于核的两个能量之差，h=E，那么此原子核就可以从低能级跃迁到高能级，产生核磁共振吸收。核磁共振谱化学位移化学环境峰面积质子数4.1.2化学位移在一固定外加磁场(H0)中，有机物的1H核磁共振谱应该只有一个峰，即在乙醇的质子核磁共振谱中有三个峰,原因？=E/h=·(1/2)·H0氢原子核的外面有电子，它们对磁场的磁力线有排斥作用。对原子核来讲，周围的电子起了屏蔽（Shielding）效应。核周围的电子云密度越大，屏蔽效应就越大，要相应增加磁场强度才能使之发生共振。核周围的电子云密度是受所连基团的影响，故不同化学环境的核，它们所受的屏蔽作用各不相同，它们的

3、核磁共振信号亦就出现在不同的地方。低场高场高频低频吸收峰数多少种不同化学环境质子峰的位置质子类型峰的面积每种质子数目屏蔽作用磁场强度的变更很小参考标准常用的标准物质是四甲基硅烷(CH3)4Si（Tetramethylsilane，简写TMS）只有一个峰，电负性SiC,屏蔽作用很高，一般质子的吸收峰都出现在它的左边-----低场沸点低化学位移（Chemicalshift）其他峰与四甲基硅烷峰之间的距离ppm，百万分之一无量纲TMS的值定为0，其他质子的值应为负值可是文献中常将负号略去，将它看作正数大小低场高场屏蔽小屏蔽大4.1.3自旋-自旋耦合作用核的自旋方

4、式有两种：与外加磁场同向（）或反向（）它会使邻近的核感受到磁场强度的加强或减弱使邻近质子半数分子的共振吸收向低场移动，半数分子的共振吸收向高场移动原来的信号裂分为强度相等的两个峰------即一组双重峰自旋自旋耦合（Spin-spincoupling）相邻碳上氢核的相互影响耦合常数（Couplingconstant,）J两个裂分峰间距离单位：赫兹Hz耦合常数JnJA-B来表示A,B为彼此耦合的核n为A,B核之间相隔化学键的数目如3JH-H=8.0Hz表示两个相隔三根化学键质子间的耦合常数为8.0赫兹。耦合常数J只与化学键性质有关而与外加磁场无关它是NMR谱图分析的参

5、数之一§4.2核磁共振谱仪简介4.2.1连续波核磁共振谱仪（CW-NMR）4.2.2脉冲傅里叶核磁共振谱仪（PFT-NMR）PFT-NMR谱仪的优点：（1）大幅度提高了仪器的灵敏度一般PFT-NMR的灵敏度要比CW-NMR的灵敏度提高两个数量级以上。可以对丰度小,旋磁比亦比较小的核进行测定。（2）测定速度快，脉冲作用时间为微秒数量级若脉冲需重复使用，时间间隔一般只需几秒，可以较快地自动测量高分辨谱及与谱线相对应的各核的弛豫时间，可以研究核的动态过程，瞬变过程，反应动力学等。（3）使用方便，用途广泛可以做CW-NMR不能做的许多实验，如固体高分辨谱及二维谱等。§4.31H核

6、磁共振1H的自然丰度99.985%13C的自然丰度1.11%H是有机化学结构中的重要元素4.3.1屏蔽效应正屏蔽：由于结构上的变化或介质的影响使氢核外电子云密度增加，或者感应磁场的方向与外磁场相反，则使谱线向高磁场方向移动（右移），值减小，亦叫抗磁性位移。去屏蔽：由于结构上的变化或介质的影响使氢核外电子云密度减少，或者感应磁场的方向与外磁场相同，则使谱线向低磁场方向移动（左移），值增加，亦称顺磁性位移。质子类型/ppm环丙烷0.2伯0.9仲1.3叔1.5乙烯型4.5~5.9乙炔型2~34.3.2各类质子的化学位移质子类型/ppm烯丙型1.7氟4~4.5氯3.4溴2

7、.5~4碘2~4醇3.4~4醚3.3~4质子类型/ppm酯3.7~4.12~2.2酸2~2.6羰基化合物2~2.7醛9~10羟基1~5.5烯醇15~17羧酸10.5~12胺1~5