第十一章_核磁共振与电子自旋共振波谱

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1、材料分析测试方法新疆大学化学化工学院材料教研室Xinjianguniversity第11章核磁共振与电子自旋共振波谱OUTLINE11.1核磁共振的基本原理11.2化学位移11.3自旋偶合与自旋裂分11.41H1NMR谱图的解析11.513C6NMR谱简介3---因此有机分析被称为有机合成者的眼睛。确定化合物分子的结构是有机化学的一项重要任务。因为：1、从生物体内提取的天然产物若不知道它的结构就难以对它的性质和作用做深入的了解,更无法对它进行仿制合成或改造合成；2、在实验室合成的化合物若不测定它的

2、结构就无法证明你的合成成功与否；11.1核磁共振的基本原理4有机化学中常用的四大谱紫外光谱(紫外线):△E=145-627KJ.mol-1；λ=200-800nm由电子能级的跃迁产生,主要用于揭示分子中的共轭体系。红外光谱(IR):△E=4-63KJ.mol-1；λ=2-15μm由分子振动能级的跃迁产生，用来确定分子中的官能团。核磁共振谱(NMR):△E=1.2×10-2-4×10-6KJ.mol-1，λ=1厘米-1m由核自旋能级的跃迁产生，用来确定化合物分子的骨架。质谱(MS):不属于吸收光谱，

3、用来确定分子量和分子骨架。本章基本要求:原理做一般了解，重点是掌握波谱数据与分子结构的关系，能够应用波谱数据来推测简单有机化合物分子的结构。1930年代，物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是

4、人们最初对核磁共振的认识。11.1.1NMR的基本原理NMR的发展史1953年美国Varian公司成功研制了世界上第一台商品化NMR谱仪（EM-300型，质子工作频率30MHz，磁场强度0.7T）。1964年后，NMR谱仪经历了两次重大的技术革命，其一是磁场超导化，其二是脉冲傅立叶变换技术（PFT）的采用，从根本上提高了NMR的灵敏度，谱仪的结构也有了很大的变化。1964年美国Varian公司研制出世界上第一台超导磁场的NMR谱仪（HR-200型，200MHz，场强4.74T）。从70年代后期起，

5、随着计算机和NMR在理论和技术上的完善，NMR无论在广度、深度上都获得了长足的发展，它已成为物理、化学、生物、医学和地学研究中必不可少的实验手段。由于核磁共振的重要性，从核磁共振的发现到如今，共有12位因对核磁共振做出重要贡献而获得诺贝尔奖的科学家：1944年I.Rabi1952年F.Block1952年E.M.Purcell1955年W.E.Lamb1955年P.Kusch1964年C.H.Townes1966年A.Kastler1977年J.H.VanVleck1981年N.Bloemberg

6、en1983年H.Taube1989年N.F.Ramsey1991年R.R.Ernst。人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途，化学家利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。从最初的一维氢谱发展到13C谱、二维核磁共振谱等高级谱图，核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强，进入1990年代以后，人们甚至发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术，使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定成为可能。量子数不同的n值，对应于不同的电子壳层：２　３　４　５……..KLMNO

7、……...（1）主量子数n用来描述核外电子离核的远近，决定电子层数，决定电子的能量高低，n越大，电子离核越远，能量越高.（2）角量子数l:1.表示原子轨道和电子云的形状，l=0，s轨道，球形.2.l取值0，1，2，3,4……n-1（共n个值）s,p,d,f,g…表示同一主层中不同的分层(3)磁量子数m1代表原子轨道和电子云在空间的伸展方向。2M可取0，±1,±2……±l(2l+1个值)例如：l=2,m=0,±1,±2表示d轨道在空间有5个伸展方向。(4)自旋量子数ms：1.代表电子的自旋方向。2.

8、取值+1/2：顺时针自旋↑－1/2：逆时针自旋↓若原子核存在自旋，产生核磁矩：自旋角动量：I：自旋量子数；h：普朗克常数；核磁子=eh/2Mc；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….核磁矩：1、原子核的磁性1．I=0的原子核O(16)；C（12）；S（22）等，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收。2．I=1或I>1的原子核I=1：2H，14NI=3/2：