核磁共振波谱法ppt课件.ppt

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1、第七章核磁共振波谱法任课教师：杨鹏飞电话：89631632-8120核磁共振(NuclearMagneticResonance)具有磁矩的原子核在恒定磁场中发生的共振吸收现象；是一种利用原子核在磁场中的能量变化来获得信息的技术。核磁共振的发展历史1930年物理学家伊西多·拉比发现，原子核会在磁场中有序排列，获1944年诺贝尔物理学奖。——原子核与外加磁场能够相互作用1946年美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，原子核在强磁场中能够吸收无线电波的能量，获1952年诺贝尔物理学奖。——核磁共振现象核磁共振现象被发现后，很快就产生了实际用途——化学家利

2、用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响，发展出了核磁共振谱，用于解析分子结构。1973年，美国物理学家劳特伯尔开发出了基于核磁共振现象的成像技术。英国的曼斯菲尔进一步改进了磁场梯度法，使能够极快地形成有用的图像。此后，磁共振成像技术日趋成熟，成为一项常规的医学检测手段。2003年，劳特伯尔和曼斯菲尔因此获得诺贝尔医学奖。目前，核磁共振已在物理、化学、材料科学、生命科学和医学等领域中得到了广泛应用。1322.裂分1.化学位移3.积分面积主要内容第一节核磁共振的基本原理第二节氢核磁共振谱各类氢原子化学位移及经验计算公式自旋耦合与自旋裂分规则化学位

3、移等价与磁等价的概念第三节碳核磁共振谱简介重点难点第一节核磁共振的基本原理一、原子核的自旋原子具有电荷，核电荷围绕轴“自旋”，核电荷的环流产生了磁场，因而产生磁偶极矩，简称磁矩。原子核是否具有自旋现象是由其自旋量子数(I)决定的。自旋量子数与原子核的质子数、中子数、电荷分布的对称性有关。1.I=016O、12C、22S等，无共振吸收2.Ｉ＝1/21H、13C、19F、31P等，原子核的电荷可看作均匀分布的球体，是核磁共振的主要研究对象3.I=1，如2H，14NI=3/2，如11B，35Cl，79Br，81BrI=5/2，如17O，127I原

4、子核的电荷看作椭圆体，共振吸收复杂，研究应用较少二、核磁共振现象自旋量子数I=1/2的氢原子核，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;三、共振条件m=+1/2是低能态，m＝-1/2是高能态，两个能级的能量差值ΔE=2µHH0。当电磁波辐射的能量(E=hν)等于核的两个能级差ΔE=2µHH0时，核吸收能量，发生共振。(1)原子核有自旋(2)在外磁场作用下，能级

5、裂分;(3)电磁波辐射的能量等于原子核的能级差(E=ΔE)四、两个概念饱和无外加磁场，低能态核的数量多。外加磁场后，低能态核跃迁到高能态，产生共振吸收。照射时间延长，低能态核的数量不断减少，吸收强度逐渐减弱；当高/低能态核的数量相等时，信号完全消失。弛豫在NMR中，使高能态的核不经过辐射途径而返回到低能态，这一过程称为弛豫。第二节氢核磁共振谱氢谱可以为化合物提供以下结构信息：氢原子的类型。通过化学位移来判断，例如，可以区分烷氢、烯氢、炔氢、芳氢等。氢的化学环境。通过耦合常数和裂分规则来判断，例如，可以判别某取代基与CH2相连，还是与CH相连

6、。氢的相对数量。通过峰的积分面积显示各种氢原子的相对数量。一、化学位移定义因化学环境变化而引起的共振谱线的位移称为化学位移。实质化学位移来源于核外电子的屏蔽效应(电负性)化学环境不同吸收的能量不同共振谱线位置不同化学位移的相对标准：四甲基硅烷Si(CH3)4(TMS)化学位移TMS=0为什么用TMS作为基准?1.12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；2.与大多数有机化合物中的质子峰不重迭；3.化学惰性，易溶于有机溶剂，易回收。1.甲基、亚甲基、次甲基的化学位移-CH3:CH3=0.791.10ppm-CH2:CH2=0.9

7、81.54ppm-CH:CH=1.391.70ppm一般规律：次甲基>亚甲基>甲基异戊烷的氢核磁共振谱图中有三组峰，其化学位移分别为：(A)0.87；(B)1.20；(C)1.45。请分别确认其归属。AAABC2.烯(炔)烃质子的化学位移炔氢的化学位移大致在1.6-3.4左右烯氢的化学位移可用下式计算：δ=5.28+Z同+Z顺+Z反Z为同碳、顺式以及反式取代基对于烯氢化学位移的影响请根据下表计算丙烯酸中烯氢的化学位移。取代基Z同Z顺Z反-H000-COOH0.690.970.39δH1=5.28+0+0+0.39=5.67δH2=5.

8、28+0+0.97+0=6.25δH3=5.28+0.69+0+0=5.973.苯环芳氢的化学位移苯环芳氢的化学位移用下列二式计算：δ=7.27-S邻-S间-S对（氯仿-d）δ=