实例解析——核磁共振波谱法(NMR).doc

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1、实例分析——核磁共振波谱法(NMR)一、原理核磁共振:用频率为兆赫数量级的能量很低的电磁波照射分子时,能使磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁,从而产生吸收信号,这种原子核对射频辐射的吸收成为核磁共振光谱。弛豫过程:大量(而不是单个)原子核的运动规律。高能态原子核通过非辐射形式放出能量而回到低能态的过程叫弛豫过程。屏蔽效应:核受周围不断运动着的电子影响,使氢核实际受到的外磁场作用减小,这种对抗外磁场的作用为屏蔽效应,通过屏蔽效应可分析核周围情况化学位移在有机化合物中,各种氢核周围的电子云密度不同(结构中

2、不同位置)共振频率有差异,即引起共振吸收峰的位移,这种现象称为化学位移。化学位移的标准:相对标准TMS(四甲基硅烷)位移常数dTMS=0原因:①12个氢处于完全相同的化学环境,只产生一个尖峰;②屏蔽强烈,位移最大;只在图谱中远离其他大多数待研究峰的高磁场区有一个尖峰;③易溶于有机溶剂,沸点低,易回收。二、定性分析总体分析d小,屏蔽强,s大,共振需要的磁场强度大,在高场出现,图右侧;d大,屏蔽弱,s小,共振需要的磁场强度小,在低场出现,图左侧与裸露的氢核相比,TMS的化学位移最大,但规定dTMS=0,其他种类

3、氢核的位移为负值,负号不加。影响因素:(1)诱导效应:吸电子,电子云降低,屏蔽下降,低场出现,图左侧(2)共轭效应(3)磁各相异性效应(4)范得华效应(5)氢键去屏蔽效应:电子云密度降低,产生去屏蔽作用,化学位移向低场(6)溶剂效应各峰的面积与氢原子数成正比自选耦合和自旋裂分:分峰是由于分子内部邻近氢核自旋的相互干扰引起的,这种邻近氢核自旋之间的相互干扰作用称为自旋偶合,由自旋偶合引起的谱线增多现象称为自旋裂分。n+1规律当某基团上的氢有n个相邻氢时,它将裂分为n+1个峰。若这些相邻氢核处于不同的化学环境中

4、,如一种环境为n个,另一种为n’个,则将裂分为(n+1)(n’+1)个峰。三、谱图解析与应用:(1)峰的数目:多少种(2)峰的强度(面积):多少个(3)峰的位移(d):每类质子所处的化学环境(4)峰的裂分数:相邻碳原子上质子数(5)偶合常数(J):确定化合物构型四、谱图解析步骤(1)检查谱图是否规则:四甲基硅烷的信号应在零点,是否尖锐、对称、基线平直。(2)从积分曲线,算出各组信号的相对面积,再参考分子式中氢原子数目,来决定各组峰代表的质子数目。也可用可靠的甲基信号或孤立的次甲基信号为标准计算各组峰代表的质

5、子数。(3)已知分子式,计算不饱和度(4)利用化学位移确定各吸收峰所对应的氢核类型(5)根据重峰数、偶合常数及峰形确定基团的连接关系(6)结合元素分析、红外光谱、紫外光谱、质谱、13C核磁共振谱和化学分析的数据推导化合物的结构。(7)仔细核对个组信号的化学位移和偶合常数与推定的结构是否相符,必要时,找出类似化合物的共振谱进行比较,进而确定化合物的结构式。

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1、实例分析——核磁共振波谱法(NMR)一、原理核磁共振:用频率为兆赫数量级的能量很低的电磁波照射分子时,能使磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁,从而产生吸收信号,这种原子核对射频辐射的吸收成为核磁共振光谱。弛豫过程:大量(而不是单个)原子核的运动规律。高能态原子核通过非辐射形式放出能量而回到低能态的过程叫弛豫过程。屏蔽效应:核受周围不断运动着的电子影响,使氢核实际受到的外磁场作用减小,这种对抗外磁场的作用为屏蔽效应,通过屏蔽效应可分析核周围情况化学位移在有机化合物中,各种氢核周围的电子云密度不同(结构中

2、不同位置)共振频率有差异,即引起共振吸收峰的位移,这种现象称为化学位移。化学位移的标准:相对标准TMS(四甲基硅烷)位移常数dTMS=0原因:①12个氢处于完全相同的化学环境,只产生一个尖峰;②屏蔽强烈,位移最大;只在图谱中远离其他大多数待研究峰的高磁场区有一个尖峰;③易溶于有机溶剂,沸点低,易回收。二、定性分析总体分析d小,屏蔽强,s大,共振需要的磁场强度大,在高场出现,图右侧;d大,屏蔽弱,s小,共振需要的磁场强度小,在低场出现,图左侧与裸露的氢核相比,TMS的化学位移最大,但规定dTMS=0,其他种类

3、氢核的位移为负值,负号不加。影响因素:(1)诱导效应:吸电子,电子云降低,屏蔽下降,低场出现,图左侧(2)共轭效应(3)磁各相异性效应(4)范得华效应(5)氢键去屏蔽效应:电子云密度降低,产生去屏蔽作用,化学位移向低场(6)溶剂效应各峰的面积与氢原子数成正比自选耦合和自旋裂分:分峰是由于分子内部邻近氢核自旋的相互干扰引起的,这种邻近氢核自旋之间的相互干扰作用称为自旋偶合,由自旋偶合引起的谱线增多现象称为自旋裂分。n+1规律当某基团上的氢有n个相邻氢时,它将裂分为n+1个峰。若这些相邻氢核处于不同的化学环境中

4、,如一种环境为n个,另一种为n’个,则将裂分为(n+1)(n’+1)个峰。三、谱图解析与应用:(1)峰的数目:多少种(2)峰的强度(面积):多少个(3)峰的位移(d):每类质子所处的化学环境(4)峰的裂分数:相邻碳原子上质子数(5)偶合常数(J):确定化合物构型四、谱图解析步骤(1)检查谱图是否规则:四甲基硅烷的信号应在零点,是否尖锐、对称、基线平直。(2)从积分曲线,算出各组信号的相对面积,再参考分子式中氢原子数目,来决定各组峰代表的质子数目。也可用可靠的甲基信号或孤立的次甲基信号为标准计算各组峰代表的质

5、子数。(3)已知分子式,计算不饱和度(4)利用化学位移确定各吸收峰所对应的氢核类型(5)根据重峰数、偶合常数及峰形确定基团的连接关系(6)结合元素分析、红外光谱、紫外光谱、质谱、13C核磁共振谱和化学分析的数据推导化合物的结构。(7)仔细核对个组信号的化学位移和偶合常数与推定的结构是否相符,必要时,找出类似化合物的共振谱进行比较,进而确定化合物的结构式。

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