有机结构波谱分析3核磁共振波谱

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1、有机结构波谱分析（核磁共振波谱）范国樑电话：27404226十一教学楼259第四章核磁共振波谱•核磁共振是无线电波与处于磁场中的自旋核相互作用，引起核自旋能级的跃迁而产生的。•1945年StanfoldUniversity的F.Bloch(布洛赫）HarvardUniversity的E.MPurcell(珀塞尔)发现了核磁共振现象，他们于1952年获诺贝尔物理学奖。随后，核磁共振在鉴定化合物结构方面获得广泛应用。2002年诺贝尔化学奖获得者瑞士科学家库尔特·维特里希1938年生于瑞士阿尔贝格，1964年获瑞士巴塞尔大学无机化学博士学位，从1980年起担

2、任瑞士苏黎世联邦高等理工学校的分子生物物理学教授，还任美国加利福尼亚州拉霍亚市斯克里普斯研究所客座教授。他因“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”而获得2002年诺贝尔化学奖一半的奖金。日本科学家田中耕一(KoichiTanaka)1959年出生于日本富山县首府富山市，1983年获日本东北大学学士学位，现任职于美国科学家约翰·芬恩1917年出京都市岛津制作所，为该公司生于美国纽约市，1940年获耶研发工程师，分析测量事业部鲁大学化学博士学位，1967年生命科学商务中心、生命科学到1987年间任该大学教授，研究所主任。他对化学的贡献

3、1987年起被聘为该大学名誉教类似于约翰·芬恩，因此也得到授，自1994年起任弗吉尼亚联了1／4的奖金。邦大学教授。他因为“发明了对生物大分子进行确认和结构分析的方法”和“发明了对生物大分子的质谱分析法”而获得今年诺贝尔化学奖1／4的奖金。第一节核磁共振波谱基本原理•一、原子核的自旋和核磁矩•（一）原子核的自旋•原子核具有一定的体积和质量，如果它绕穿过核心的某一自旋轴作自旋运动，称原子核的自旋。•原子核绕穿过核心的某一自旋轴作自旋运动，那么将产生自旋角动量P*。P*是矢量，其方向按右手螺旋法则确定，其大小由下式确定（I原子核的自旋量子数）：*hP=I(

4、I+1)2π（二）核磁矩**hµ=γp=γI(I+1)2π•μ——核磁矩•γ——磁旋比（仅与元素的性质有关、相同的元素具有相同的磁旋比）•I——自旋量子数自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，原子的自旋情况可以用（I）表征：质量数原子序数自旋量子数I偶数偶数0偶数奇数1，2，3….奇数奇数或偶数1/2；3/2；5/2….(1)I=0的原子核16O；12C；32S等，无自旋，没有磁矩，不产生共振现象。(2)I=1或I>0的原子核I=1：2H，14NI=3/2：35Cl，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，

5、电荷分布不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；(3)Ｉ＝1/2的原子核1H，13C，19F，31P这些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，同时C，H元素也是有机化合物的主要组成元素，所有它们对有机化合物的结构研究极为重要。二、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H中时，相对于外磁场，有（2I+1）种取0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)

6、与外磁场相反，能量高，磁量子数ｍ＝－1/2;•两种取向与外磁场不平行，θ＝54.7°和125.3°；当与外磁场相互作用,产生进动(拉莫进动)角速度ω；ω=2πν=γH，0000γ磁旋比；H外磁场强度；（像陀螺一样）0•进动频率ν＝ω/2π＝γH/2π；000•当使用ν＝γH/2π的电磁波照射时，即0发生核自旋能级的跃迁。•两种进动取向不同的氢核之间的能级差也可表达为：∆E=µH（µ磁矩）01m=-2E∆E1m=+20H01H核自旋能级分裂及其与H的强弱有关0核磁共振的条件根据量子化学，有：hE＝γHo12πγ——磁旋比；h——普朗克常数；H——外加磁场

7、强度。0如果用一个处于射频范围的电磁波照射处于H中的1H，0当电磁波的频率ν恰好满足射∆E��hν——②时，处于低能级态的1H就会吸收电磁波的能量，跃迁到高能级态，发生核磁共振。发生核磁共振时，必须满足下式：γν=Ho32π③式称为核磁共振基本关系式。可见，固定H，改变ν；或固定ν，改变0射射H；都可满足③式，发生核磁共振。0但为了便于操作，通常采用后一种方法。返回连接处：发生核磁共振时，必须满足下式：四、跃迁饱和与驰豫•（一）核磁共振的灵敏W吸γπhH/2KT0度＝e•可以根据玻尔兹曼分布W发计算得到：=1.0000096•H越强或温度越低相对=50

8、0004.8/5000000灵敏度就越高。(500004.8−500000)/500000•H