有机波普第三章核磁共振ppt课件.ppt

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1、第三章核磁共振NuclearMagneticResonance,NMR1HNMR13CNMR核磁共振基础知识第一节:核磁共振的基本原理第二节:化学位移第三节:影响化学位移的因素第四节:自旋偶合与自旋裂分核磁共振定性分析第五节：1HNMR谱图的解析第六节：13CNMR谱简介及解析3.1核磁共振基本原理核磁共振——原子核与磁场产生共振的现象？是否是所有的原子核都能产生磁共振呢共振产生的重要条件之一：物体要有磁性或弹性第一节核磁共振基础知识3.1.1原子核的自旋1）I=0——质子数、中子数均为偶数，如12C6、16O8、32S16等2）I=½，3

2、/2，5/2…..——质子数与中子数其一为偶数，另一为奇数，如1H1、13C6、15N7、19F9、31P15；7Li3、11B5等3）I=1、2、3——质子数、中子数均为奇数，如2H1、14N7、58Co27、10B5等原子核根据自旋量子数I可分为3类:原子核与电子类似，也有自旋现象，其自旋可以用自旋量子数I来描述自旋轴感应磁场/磁矩原子核自旋运动——产生循环电流3.1.2原子核的磁矩μ形成核磁矩μ，核磁矩方向与原子核的自旋轴一致。核磁矩也可以看成是一个小磁针，即具有自旋特性的原子核具有磁性m=g·PP：自旋角动量，矢量方向与核磁矩方向一

3、致：磁旋比（magnetogyricratio），是原子核的重要属性可见：I=0的原子核，其磁矩也为0，从而不显示磁性(2)只有I＞0的原子核才具有磁性I=0I=1/2I=1,3/2,2,…没有自旋球体自旋球体自旋椭圆体并非所有原子核都有自旋运动，只有I＞0的原子核具有自旋运动的内在特性。1、核的进动及进动频率3.1.3核的进动和核磁能级分裂自旋原子核在外磁场Ho中，核在自旋的同时绕外磁场方向回旋，其行为就像一个陀螺绕地球重力线回旋运动，称为Larmor进动或核的进动。ω=g.H0/2πH0自旋原子核在静磁场Ho中由无序的运动状态趋于整齐

4、的过程其实是每个核的自旋空间取向趋于整齐有序。而核的自旋取向数不是任意的，是与其自旋量子数有关即：自旋取向数=2I+12、核的能级分裂及能量差原子核的每一种取向都代表了核在该磁场中的一种能量状态，由磁量子数m表示，m=I,I-1,……-I以氢核为例原子核不同能级间的能量差△E为：n0是核的Larmor进动频率:所以原子核不同能级间的能量差△E为：3.1.4核磁共振的产生如用某一特定频率n的电磁波与原子核的Larmor进动频率n0一致时，核就会从射频交变磁场中吸收能量，由低能态向高能态发生跃迁，产生的吸收信号被NMR谱仪记录下来。电磁波能量为

5、：原子核发生能跃迁须满足：也即是电磁波频率与外加磁场：核磁能量吸收和跃迁过程实现MRN可以通过以下两种方式：固定外加磁场H0，改变电磁辐射频率n，简称扫频2.固定电磁辐射频率n，改变磁场强度H0实现，简称扫场核磁共振：当电磁波的能量与核自旋能级的能量差相等时，处于低能态的自旋核吸收一定频率的电磁波跃迁到高能态上去的这种现象就叫核磁共振。产生核磁共振的必备条件是：原子核具有自旋的内在特性外加磁场使自旋的原子核无序的核磁矩趋于有序，从而产生能级分裂外加电磁波照射，使自旋原子核发生跃迁，从而产生吸收信号小结3.1.5饱和与弛豫处于不同能级的核服从

6、Boltzmann分布：当H0=60MHz，T=300K时，N+/N-=1.0000099即：在常温下低能态核的数目比高能态核的数目稍微多一些。饱和：低能态核的数目和高能态核的数目相同时的状态。核的饱和状态是不稳定的，高能态的核会通过释放能量回到低能态，直到恢复到Boltzmann的热平衡状态——这种现象就是弛豫正是核具有这种弛豫特性才使得核磁共振信号是连续的2.横向弛豫：自旋-自旋弛豫（T2）高能态自旋核将能量传给同类的低能态的核的过程。T2与核磁共振峰的宽度成反比。T2越短，谱线越宽。固体的T2很短，液体、气体的T2较长。纵向弛豫：自旋

7、-晶格弛豫（T1)高能态的自旋核与周围分子进行能量交换。T1与核磁共振峰的强度成反比。T1越短，信号越强。固体的T1很长，液体、气体的T1很短。根据NMR的条件:似乎所有的氢核都应在相同的磁场强度下发生共振，事实不是如此，我们来看用低分辨率的核磁共振仪对乙醚分子所做的NMR图：3.2.1化学位移产生的原因第二节化学位移（ChemicalShift）乙醚的低分辨率NMR谱感应磁场对质子的屏蔽作用质子外围的电子云密度稍有不同,质子的共振吸收位置就不同,这就给测定有机物的结构提供了有用的信息,也就可以根据这些信息来推测有机化合物的结构。在外磁场作

8、用下，质子外围价电子环流产生的感应磁场对外磁场有干扰作用：去屏效应：HN=H0+H'HN：质子真正感受到的磁场强度H0：外加磁场的强度H':感应磁场的强度屏蔽效应：HN=H0–H