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1、关于核磁共振波谱法(5)第一页，讲稿共六十九页哦一、原子核的自旋一、原子核的自旋第一节第一节 核磁共振波谱法的基本原理核磁共振波谱法的基本原理1 1、原子核的自旋角动量（、原子核的自旋角动量（P P）、核磁距（）、核磁距（）及磁旋比（）及磁旋比（）PPPP第二页，讲稿共六十九页哦 质量数质量数 A A 原子序数原子序数 Z Z 自旋量子数自旋量子数 I I 原子核原子核奇数奇数偶数偶数偶数偶数奇数或偶数奇数或偶数偶数偶数奇数奇数 1/2,3/2,5/2,1/2,3/2,5/2,1313C C1 1H H1919F F3131P P1515N N3535ClCl7979BrBr125125I I
2、 0 01212C C1616O O3232S S1 1，2 2，3 3 2 2H H1 11414N N7 7 I I与原子的质量数与原子的质量数A A和原子序数和原子序数Z Z有下列关系：有下列关系：C CA ZI I=0=0I I=1=1 或或 I I 1/21/21/21/2的原子核的原子核2 2、自旋分类、自旋分类第三页，讲稿共六十九页哦二、原子核的自旋能级和共振吸收二、原子核的自旋能级和共振吸收自旋取向数自旋取向数=2I+1=2I+1 E=2 HH0（一）核自旋能级分裂（一）核自旋能级分裂磁量子数磁量子数m=I,I-1-I+1,-Im=I,I-1-I+1,-IPPPPPz=(h/2
3、).m E=-HH0第四页，讲稿共六十九页哦（二）（二）原子核的共振吸收原子核的共振吸收1 1、原子核的进动、原子核的进动=HHHH0 0/2/2/2/2在磁场中，氢核的核磁矩与外磁场成一定的角度，在外磁场在磁场中，氢核的核磁矩与外磁场成一定的角度，在外磁场的作用下，核在绕自旋轴自旋的同时被迫绕外场方向回旋运动，的作用下，核在绕自旋轴自旋的同时被迫绕外场方向回旋运动，称核的进动，也称为拉莫尔进动（回旋）。称核的进动，也称为拉莫尔进动（回旋）。第五页，讲稿共六十九页哦 核在能级间的定向分布及核跃迁核在能级间的定向分布及核跃迁=0=HHHH0 0 0 0/2/2/2/2E=hE=hE=hE=h0=
4、EEEE第六页，讲稿共六十九页哦三、自旋弛豫三、自旋弛豫通过元辐射的释放能量途径，核从高能态回到低能通过元辐射的释放能量途径，核从高能态回到低能态的过程叫驰豫。态的过程叫驰豫。在热力学平衡条件下，自旋核在两个能级间的定向分在热力学平衡条件下，自旋核在两个能级间的定向分布数目遵从波尔兹曼分配定律。布数目遵从波尔兹曼分配定律。n n+/n/n-=1.0000099=1.0000099处于低能态的核仅比高能态的核数多百万分之十。处于低能态的核仅比高能态的核数多百万分之十。随着核磁共振过程的进行，如果高态核不能通过有效途径释随着核磁共振过程的进行，如果高态核不能通过有效途径释放能量回到低能态，那么低能
5、态的核数目就越来越少，一定时放能量回到低能态，那么低能态的核数目就越来越少，一定时间后间后n n-1/2-1/2=n=n+1/2+1/2,这时不会再有射频吸收，核磁共振信号消失，这时不会再有射频吸收，核磁共振信号消失，这种现象称为饱和。这种现象称为饱和。1 1、自旋、自旋-晶格驰豫晶格驰豫2 2、自旋、自旋-自旋驰豫自旋驰豫第七页，讲稿共六十九页哦一、屏蔽效应一、屏蔽效应一、屏蔽效应一、屏蔽效应-屏蔽常数取决于核外电子的密屏蔽常数取决于核外电子的密屏蔽常数取决于核外电子的密屏蔽常数取决于核外电子的密度度度度-取决于所处的化学环境取决于所处的化学环境取决于所处的化学环境取决于所处的化学环境（取决
6、于邻近基团的亲电能力或供（取决于邻近基团的亲电能力或供（取决于邻近基团的亲电能力或供（取决于邻近基团的亲电能力或供电能力）。电能力）。电能力）。电能力）。第三节第三节 化学位移化学位移=(=(=(=(/2/2)H)H)H)H0 0=(=(=(=(/2/2)（1-1-）H H0 0 0 0扫场扫场扫频扫频低频高场低频高场高频低场高频低场第八页，讲稿共六十九页哦 不同场强下氢核所需的频率不同，但化学位移相同。不同场强下氢核所需的频率不同，但化学位移相同。不同场强下氢核所需的频率不同，但化学位移相同。不同场强下氢核所需的频率不同，但化学位移相同。二、化学位移的表示二、化学位移的表示d=(ud=(u试
7、样试样-u u 标准标准)/u)/u 标准标准10106 6d=(Hd=(H标准标准-H H试样试样)/H)/H 标准标准10106 6 化学位移的定义化学位移的定义化学位移的定义化学位移的定义:由于屏蔽效应的存在，不同化学环境的氢核由于屏蔽效应的存在，不同化学环境的氢核由于屏蔽效应的存在，不同化学环境的氢核由于屏蔽效应的存在，不同化学环境的氢核的共振频率不同，这种现象称为化学位移。的共振频率不同，这种现象称为化学位移。的共振频率不同，这种现象称为化学位移。的共振频率不同，这种现象称为化学位移。化学位移是表示不同化学环境同种核共振信号位置差别的物理量。10 010 010 010 0（TMST
8、MSTMSTMS）第九页，讲稿共六十九页哦例如：用例如：用60Mz60Mz和和100Mz100Mz仪器上测得的仪器上测得的1 1，1 1，22三三氯丙烷中甲基和亚甲基质子的化学位移。氯丙烷中甲基和亚甲基质子的化学位移。8007006005004003002001000800700600500400300200100060MHz100MHz134240223400(CH(CH3 3)=2.23)=2.23(CH(CH2 2)=4.00)=4.00(CH(CH3 3)=2.23)=2.23(CH(CH2 2)=4.00)=4.00随着照射频率的增大，共振峰频率及随着照射频率的增大，共振峰频率及NM
9、RNMR谱中的谱中的横坐标的幅度也相应的增大，但化学位移值并无改变。横坐标的幅度也相应的增大，但化学位移值并无改变。第十页，讲稿共六十九页哦三、影响化学位移的因素三、影响化学位移的因素 、电负性、电负性（局部屏蔽效应）（局部屏蔽效应）与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，价电子偏离与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，价电子偏离质子，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现。质子，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现。第十一页，讲稿共六十九页哦()C=X)C=X基团中磁的各向异性效应基团中磁的各向异性效应 价电子产生诱导磁场，质子位于其磁力线上，与外磁场价电子产生诱导磁场，质子位于其磁力线上，与外
10、磁场方向一致，去屏蔽。方向一致，去屏蔽。(负屏蔽负屏蔽)=4.5=4.5=4.5=4.55.75.75.75.7(C=C-H)(C=C-H)(C=C-H)(C=C-H)=9.4-10=9.4-10=9.4-10=9.4-10(C=O-H)(C=O-H)(C=O-H)(C=O-H)2 2磁各向异性效应或称远程屏蔽效应磁各向异性效应或称远程屏蔽效应第十二页，讲稿共六十九页哦 苯环上的苯环上的6个个 电子产生较强的电子产生较强的诱导磁场，质子位于其磁力线上，诱导磁场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向一致，去屏蔽。与外磁场方向一致，去屏蔽。()芳环的磁的各向异性效应芳环的磁的各向异性效应芳环的磁的各向
11、异性效应芳环的磁的各向异性效应=6.0=6.09.09.0 (Ar-H)(Ar-H)第十三页，讲稿共六十九页哦 线性分子价电子产生诱导磁场，质线性分子价电子产生诱导磁场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向相反，子位于其磁力线上，与外磁场方向相反，产生屏蔽。产生屏蔽。(正屏蔽正屏蔽)()三键的各向异性效应三键的各向异性效应=1.8=1.83.03.0(C C-H)(C C-H)第十四页，讲稿共六十九页哦()单键的磁的各向异性效应单键的磁的各向异性效应屏蔽区去屏蔽区C-C-H(=0.85-0.95=0.85-0.95)C-C-H(=1.20-1.40)C-C-C(=1.40-1.65)HCCHHH去
12、屏蔽效应增加去屏蔽效应增加第十五页，讲稿共六十九页哦环已烷氢核共振峰环已烷氢核共振峰环已烷氢核共振峰环已烷氢核共振峰去屏蔽区第十六页，讲稿共六十九页哦4 4 氢键对化学位移的影响氢键对化学位移的影响缔合的氢核与不呈现缔合时比较，其电子屏蔽作用减缔合的氢核与不呈现缔合时比较，其电子屏蔽作用减小，吸收峰移向低场，化学位移值增大小，吸收峰移向低场，化学位移值增大第十七页，讲稿共六十九页哦四、化学位移与官能团类型四、化学位移与官能团类型、烷烃、烷烃1 1H H氢核的氢核的H H、烯烃、烯烃1 1H H氢核的氢核的H H、炔烃、炔烃1 1H H氢核的氢核的H H、芳烃、芳烃1 1H H氢核的氢核的H H
13、、醛基、醛基1 1H H氢核的氢核的H H、醇和酚、醇和酚1 1H H氢核的氢核的H H、羧基、羧基1 1H H氢核的氢核的H H、胺基、胺基1 1H H氢核的氢核的H H、酰胺基、酰胺基1 1H H氢核的氢核的H H、巯基、巯基1 1H H氢核的氢核的H H第十八页，讲稿共六十九页哦、烷基、烷基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值 有机化合物中，烷基有机化合物中，烷基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值在在0 05.55.5范围内范围内。烷烃的烷烃的1 1H H氢核的氢核的H H在在0.230.231.81.8范围内。范围内。与吸电子取代基、不饱和烃基相连的烷基，其共振峰向与
14、吸电子取代基、不饱和烃基相连的烷基，其共振峰向低场位移（化学位移增大）。低场位移（化学位移增大）。H H=0.9=0.9左右。左右。1 1）CHCH3 3基基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值H H1.251.25。2 2）CHCH2 2-基基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值H H1.25+1.25+i i3 3）CH-CH-基基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值H H1.51.5。H H1.50+1.50+i i第十九页，讲稿共六十九页哦、烯烃烯烃1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值 烯烃烯烃1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值在在4 46 6
15、范围内范围内。烯烃烯烃1 1H H氢核的化学位移值可用经验公式进行估算氢核的化学位移值可用经验公式进行估算:H H5.25+Z5.25+Z同同+Z+Z顺顺+Z+Z反反C=CC=CH HH H去去CHFCHF2 2H H小小C=CC=CH HH H去去CORCORC=CC=CH HH HC=CC=CC=CC=CH HH HArArC=CC=CH HH H屏屏CHCH3 3H H去去H H去去H H去去H H去去第二十页，讲稿共六十九页哦、炔烃、炔烃1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值 炔烃炔烃1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值在在1.81.83.03.0范围内。范围内。吸电子取
16、代基和炔基相连时，炔氢核的化学位移增大。吸电子取代基和炔基相连时，炔氢核的化学位移增大。共轭效应对炔氢核的去屏效应更为显著，化学位移增大。共轭效应对炔氢核的去屏效应更为显著，化学位移增大。第二十一页，讲稿共六十九页哦取代基对苯环芳氢的影响取代基对苯环芳氢的影响取代基对苯环芳氢的影响取代基对苯环芳氢的影响取代基取代基取代基取代基o ommp p供电基团供电基团供电基团供电基团-OH-OH-OH-OH-0.50-0.50-0.50-0.50-0.14-0.14-0.14-0.14-0.40-0.40-0.40-0.40-OCH-OCH-OCH-OCH3 3 3 3-0.43-0.43-0.43-0
17、.43-0.09-0.09-0.09-0.09-0.37-0.37-0.37-0.37-CH-CH-CH-CH3 3 3 3-0.17-0.17-0.17-0.17-0.09-0.09-0.09-0.09-0.18-0.18-0.18-0.18吸电基团吸电基团吸电基团吸电基团-COCH-COCH-COCH-COCH3 3 3 3+0.64+0.64+0.64+0.64+0.09+0.09+0.09+0.09+0.30+0.30+0.30+0.30、芳香、芳香1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值 苯的苯的CCLCCL4 4溶液的溶液的1 1H H氢核化学位移值为氢核化学位移值为7.26.
18、7.26.H H7.26+7.26+SSi i第二十二页，讲稿共六十九页哦、醛基、醛基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值 醛基醛基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值在在9 91010范围内。范围内。、醇和酚的、醇和酚的-OH-OH基基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值 醇醇-OH-OH基基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值在在1 16 6范围内。范围内。酚酚-OH-OH基基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值在在4 41111范围内。范围内。第二十三页，讲稿共六十九页哦、羧基、羧基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值 饱和脂肪酸的羧基饱和
19、脂肪酸的羧基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值在在10-1210-12左右。左右。共轭效应表现为去屏效应：共轭效应表现为去屏效应：丙酸：丙酸：10.4910.49苯甲酸：苯甲酸：12.4812.48；2 2甲基甲基2 2丁烯酸：丁烯酸：11.7211.72、氨基、氨基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值 饱和脂肪胺的饱和脂肪胺的1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值在在0.50.53.03.0范围内。范围内。用酸处理可生成铵盐，相应胺盐用酸处理可生成铵盐，相应胺盐H H核的共振峰显核的共振峰显著地向低场位移。著地向低场位移。氨基的确认。氨基的确认。芳香胺的芳香胺的1 1
20、H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值在在2.52.55.05.0范围内。范围内。第二十四页，讲稿共六十九页哦、酰胺的、酰胺的1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值 羰基对胺基有较强的去屏效应。羰基对胺基有较强的去屏效应。酰胺的酰胺的1 1H H氢核的化学氢核的化学位移值位移值较大，通常在较大，通常在5 58 8范围内。范围内。由于由于P P共轭，共轭，C-NC-N键不能快速旋转，故伯酰胺键不能快速旋转，故伯酰胺N N原原子上的两个子上的两个H H核不是化学等同核，具有不同的化学位移值。核不是化学等同核，具有不同的化学位移值。酰胺基酰胺基H H核共振峰的最大特点是宽而矮，稍有疏忽就核共振
21、峰的最大特点是宽而矮，稍有疏忽就会被遗漏。利用积分曲线可以帮助识别酰胺。会被遗漏。利用积分曲线可以帮助识别酰胺。第二十五页，讲稿共六十九页哦、巯基、巯基1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值 巯基巯基H H核与核与R-OHR-OH、R-COR-CO2 2H H、R-NHR-NH2 2中的中的H H核交换很缓核交换很缓慢，故显示出自已的共振峰。但是它与慢，故显示出自已的共振峰。但是它与D D2 2O O中的中的D D核核交换很快，利用重水实验可方便地确认交换很快，利用重水实验可方便地确认-SH-SH基的存在。基的存在。巯醇巯醇1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值在在1.21.21.
22、61.6范围内。范围内。巯酚巯酚1 1H H氢核的化学位移值氢核的化学位移值在在2.82.83.63.6范围内。范围内。第二十六页，讲稿共六十九页哦第四节第四节 偶合常数偶合常数 一一、自旋偶合和自旋裂分、自旋偶合和自旋裂分第二十七页，讲稿共六十九页哦（一）自旋分裂的产生（一）自旋分裂的产生 自旋偶合是核自旋产生的核磁矩的相互干扰，又称自旋自旋偶合是核自旋产生的核磁矩的相互干扰，又称自旋-自旋自旋偶合，简称自旋偶合。自旋分裂，是由自旋偶合引起的共振峰分裂偶合，简称自旋偶合。自旋分裂，是由自旋偶合引起的共振峰分裂现象又称为自旋现象又称为自旋-自旋分裂。简称自旋分裂。自旋分裂。简称自旋分裂。氢谱中
23、的偶合，主要考虑氢谱中的偶合，主要考虑H-HH-H偶合，裂分是由相邻氢核的核磁偶合，裂分是由相邻氢核的核磁矩的存在，轻微地改变了被偶合氢核的屏蔽效应而发生的。矩的存在，轻微地改变了被偶合氢核的屏蔽效应而发生的。偶合是通过键合电子传递的，相隔三个键以上的偶合很偶合是通过键合电子传递的，相隔三个键以上的偶合很弱，不予考虑。弱，不予考虑。第二十八页，讲稿共六十九页哦（一）自旋分裂的产生（一）自旋分裂的产生1 1、碘乙烷中、碘乙烷中CHCH3 3和和CHCH2 2氢核的自旋分裂氢核的自旋分裂 （1）甲基受亚甲基两个氢的干）甲基受亚甲基两个氢的干扰分裂为三重峰：扰分裂为三重峰：简单偶合时，峰裂距称为偶常
24、简单偶合时，峰裂距称为偶常数（数（J J）,J,Jabab=J=Jbaba1:2:11:2:1三三重峰重峰第二十九页，讲稿共六十九页哦(2)(2)亚甲基受甲基三个氢的干扰分裂为四重峰：亚甲基受甲基三个氢的干扰分裂为四重峰：1:3:3:11:3:3:1四四重峰重峰第三十页，讲稿共六十九页哦第三十一页，讲稿共六十九页哦第三十二页，讲稿共六十九页哦2 2、HFHF中中1 1H H与与1919F F的自旋分裂的自旋分裂第三十三页，讲稿共六十九页哦J/2HF中中1H核的共振峰核的共振峰J/2HF中中19核的共振峰核的共振峰1H19FH0HFHF分子中分子中1 1H H与与1919F F核相互偶合引起峰裂
25、分核相互偶合引起峰裂分 分裂峰中各小峰之间的距离称为分裂峰中各小峰之间的距离称为偶合常数偶合常数(自旋自旋自旋自旋偶合常数偶合常数),),以以J J表示。表示。用以表示两个核之间相互干扰的强度用以表示两个核之间相互干扰的强度大小。以大小。以H z(H z(周周/秒秒)作单位作单位。第三十四页，讲稿共六十九页哦2.2.对相邻氢核有旋偶合干拢作用的原子核对相邻氢核有旋偶合干拢作用的原子核J JHa,HbHa,HbH H0 0H Ha aJ JHb,HaHb,HaH H0 0H Hb bns-C C-nsns-C C-nsnsnsnsnsH Ha aH Hb b(6)(6)氢核间同核偶合氢核间同核偶
26、合 (5)(5)1919F F、3131P,I=1/2P,I=1/2与氢与氢核有偶合作用核有偶合作用.(4)(4)1414N N核的核的I=1I=1，与氢核，与氢核有偶合作用有偶合作用.氢的同核偶合氢的同核偶合 (2)(2)3535ClCl、7979BrBr、127127I I核与核与氢核间有自旋去偶作用氢核间有自旋去偶作用.(3)(3)1313C C、1717O O核，与氢核核，与氢核的偶合作用较弱的偶合作用较弱.(1)(1)1212C C、1616O O核无自旋角动量。核无自旋角动量。与氢核无偶合作用。与氢核无偶合作用。第三十五页，讲稿共六十九页哦 氢核因自旋偶合干扰而裂分的小峰数氢核因自
27、旋偶合干扰而裂分的小峰数(N)可按下式求算：可按下式求算：N=2nI+1如：CH3CH2CH32+1=3重峰6+1=7重峰I干扰核的自旋量子数干扰核的自旋量子数n干扰核的数目干扰核的数目（二）自旋分裂的规律（二）自旋分裂的规律 氢核的氢核的I1/2，因此裂分数，因此裂分数N=n+1，n 是邻近碳上是邻近碳上值相同值相同或或J值相同的氢原子数目。即有值相同的氢原子数目。即有n个相邻的磁不等同氢核时，将显个相邻的磁不等同氢核时，将显示示(n+1)个小峰，个小峰，这就是这就是n+1规律规律第三十六页，讲稿共六十九页哦 氢核因自旋偶合干扰而裂分的小峰数氢核因自旋偶合干扰而裂分的小峰数(N)可按下式求算
28、：可按下式求算：N=2nI+1如：CH3CH2CH32+1=3重峰6+1=7重峰（二）自旋分裂的规律（二）自旋分裂的规律 I I1/2 1/2 氢核的，峰裂分数氢核的，峰裂分数N=n+1N=n+1，n n 是邻近碳上是邻近碳上值相同值相同或或J J值相同的氢原子数目。即有值相同的氢原子数目。即有n n个相邻的磁不等同氢核时，将个相邻的磁不等同氢核时，将显示显示(n+1)(n+1)个小峰，个小峰，这就是这就是n+1n+1规律规律 按按n+1n+1规律分裂的图谱称为一级图谱，其裂分峰面积比符合二规律分裂的图谱称为一级图谱，其裂分峰面积比符合二项式展开式的系数比项式展开式的系数比(X+1)(X+1)
29、n n第三十七页，讲稿共六十九页哦 若某基团与若某基团与n n、nn个氢核相邻，发生简单偶个氢核相邻，发生简单偶合，有下述两种情况：合，有下述两种情况：()峰裂距相等时：仍服从峰裂距相等时：仍服从n+1n+1规律，分裂峰数为规律，分裂峰数为(n+n+)+1(n+n+)+1 (2)(2)峰裂距不等时：分裂峰数为峰裂距不等时：分裂峰数为(n+1)(n+1)+(n+1)(n+1)+重峰。重峰。如：丙烯腈：如：丙烯腈：J JababJ JbcbcJ JacacC CC CH Ha aH Hc cH Hb bCNCN第三十八页，讲稿共六十九页哦二、偶合常数二、偶合常数发生发生自旋偶合时，核磁共振谱线发生
30、分裂由分裂产生的自旋偶合时，核磁共振谱线发生分裂由分裂产生的裂距反映了相互作用的强弱，称为偶合常数单位为裂距反映了相互作用的强弱，称为偶合常数单位为HzHz。值。值表示。表示。偕偶、邻偶、远程偶合。偕偶、邻偶、远程偶合。H-H,C-HH-H,C-H偶合，偶合，J JC-C-、J JH-HH-H。峰裂距只决定于偶合核的局部磁场强度，因此偶合常数与外峰裂距只决定于偶合核的局部磁场强度，因此偶合常数与外加磁场强度加磁场强度H H0 0无关无关第三十九页，讲稿共六十九页哦（1 1）偕）偕 偶偶 (同碳偶合同碳偶合)间隔两个单键（间隔两个单键（H-C-HH-C-H）的偶合。）的偶合。常用常用J Jgem
31、gem、2 2J J、J J偕偕表示，表示，为负值变化较大，与结构有关为负值变化较大，与结构有关、间隔的键数、间隔的键数（）邻（）邻 偶偶 (邻碳偶合邻碳偶合)相邻相邻3 3个键的质子之间偶合。个键的质子之间偶合。H-CH-C-C-H-C-H H-H-C=C-HC=C-H常用常用J JVICVIC、3 3J J、J J邻邻表示，表示，J J为正值。为正值。偶合规律：偶合规律：J J烯烯反反J J烯烯顺顺J J炔炔J J链烷链烷。（）远程偶合（）远程偶合 间隔四个或四个以上化学键的偶合，称为远程偶合。间隔四个或四个以上化学键的偶合，称为远程偶合。常常用用J J远远表示表示第四十页，讲稿共六十九页
32、哦 偶合常数与双面角偶合常数与双面角有关，有关，9090时，最小，大于小于是时，最小，大于小于是都增大。都增大。、角度、角度J JaaaaJ Jaeae、电负性、电负性 偶合作用是靠电子传递的，因而取代基的电负性越大，偶合作用是靠电子传递的，因而取代基的电负性越大，X-X-CH-CH-CH-CH-的的3 3J JH_HH_H越小越小第四十一页，讲稿共六十九页哦三、自旋系统三、自旋系统分子中几个核相互发生自旋偶合作用的独立体系称分子中几个核相互发生自旋偶合作用的独立体系称为自旋系统。为自旋系统。自旋干扰作用的强弱与相互偶合氢核之间的自旋干扰作用的强弱与相互偶合氢核之间的化学位移差距有关。化学位移
33、差距有关。（一）磁等价核（一）磁等价核在核磁共振在核磁共振谱谱中，有相同化中，有相同化学学环环境的核具有相同的化境的核具有相同的化学学位移。位移。这这种种有相同化有相同化学学位移的核位移的核称称为为化化学学等价核。等价核。分子中一分子中一组组化化学学等价核等价核与与分子中的其他任何一分子中的其他任何一个个核核都有相同强弱的偶合，都有相同强弱的偶合，则这组则这组核核为为磁等价核或磁等价核或称称磁全同磁全同核。核。磁等同的氢核，相互之间虽有自旋偶合却不产生裂磁等同的氢核，相互之间虽有自旋偶合却不产生裂分，只有磁不等同的氢核之间才会因自旋偶合而产生裂分，只有磁不等同的氢核之间才会因自旋偶合而产生裂分
34、。分。第四十二页，讲稿共六十九页哦哪些氢核为磁不等同氢核哪些氢核为磁不等同氢核()化学环境不相同的氢核一定是磁不等同的。化学环境不相同的氢核一定是磁不等同的。如：H A H X H A C C Br H A H X ()处于未端双健上的两个氢核，由于双键不能自由处于未端双健上的两个氢核，由于双键不能自由旋转，也是磁不等同旋转，也是磁不等同的的C CHaHbF2F1，二氟乙烯，二氟乙烯顺式偶合顺式偶合Ha对对F1，Hb对对F2反式偶合反式偶合Ha对对F1，Hb对对F2第四十三页，讲稿共六十九页哦 ()单键带有双键性质时也会产生磁不等同氢核。单键带有双键性质时也会产生磁不等同氢核。如下述酰胺化合物
35、如下述酰胺化合物C NOHCH3(b)CH3(a)C N+O-HCH3(b)CH3(a)两个甲基上氢核（磁不等同）共振峰出现在不同位置。两个甲基上氢核（磁不等同）共振峰出现在不同位置。()与不对称碳原子与不对称碳原子相连接的相连接的CHCH2 2上的两个上的两个氢核是磁不等同氢核。氢核是磁不等同氢核。第四十四页，讲稿共六十九页哦 ()氢核位于不能自由旋转的单键上时，也为磁不氢核位于不能自由旋转的单键上时，也为磁不等同氢核等同氢核.如：环上的如：环上的CHCH2 2 的两个氢核，也为磁不等同的两个氢核，也为磁不等同氢核。氢核。()芳环取代基邻位上的质子也可能是磁不等同的。芳环取代基邻位上的质子也
36、可能是磁不等同的。H(X)H(X)NO2ClH(A)H(A)JAX 邻位偶合邻位偶合 JAX对位偶合对位偶合HA与与HA化学位移相同；化学位移相同；JAX JAX；HA与与HA为磁不等同。为磁不等同。第四十五页，讲稿共六十九页哦（二）自旋系统（二）自旋系统、定义：分子中化学等价核构成一个核组，相互偶合的一些定义：分子中化学等价核构成一个核组，相互偶合的一些核或几个核组，构成一个自旋系统核或几个核组，构成一个自旋系统。自旋系统是独立的，一般不与。自旋系统是独立的，一般不与其他自旋系统偶合。如乙基异丁基醚。其他自旋系统偶合。如乙基异丁基醚。/J6干干扰扰作用弱，作用弱，为为低低级级偶合；偶合；J
37、或或J干干扰扰作用比作用比较严较严重，重，为为高高级级偶偶合；合；根据偶合作用的强弱，分为低级偶合（一级）和根据偶合作用的强弱，分为低级偶合（一级）和高级偶合（二级）。高级偶合（二级）。根据偶合作用的强弱核的数目可分为二旋、三旋、四根据偶合作用的强弱核的数目可分为二旋、三旋、四旋系统等。旋系统等。第四十六页，讲稿共六十九页哦2 2、命名原则、命名原则 （1 1）化学位移相同的核构成一核组，用一个大写英文字母）化学位移相同的核构成一核组，用一个大写英文字母表示。表示。（2 2）若组内核为磁等价核，则在字母右下角用数字注明该组核）若组内核为磁等价核，则在字母右下角用数字注明该组核的数目。的数目。（
38、3 3）几个核组间用不同字母表示，若二个核组间的化学位移）几个核组间用不同字母表示，若二个核组间的化学位移相差很大，可用字母表中距离相差较大的两个字母表示。如相差很大，可用字母表中距离相差较大的两个字母表示。如:A:A、X X。化学位移相差较小同，则用字母中距离相差较小的两个字母。化学位移相差较小同，则用字母中距离相差较小的两个字母表示。如：表示。如：A A、B B表示。表示。若三组核化学位移相差较大用若三组核化学位移相差较大用AMXAMX、ABXABX表示。表示。（4 4）在一个核组中的核化学等价但磁不等价，则可用两个相同）在一个核组中的核化学等价但磁不等价，则可用两个相同字母表示，并在另一
39、个字母上的右上角加撇，以示区别表示。字母表示，并在另一个字母上的右上角加撇，以示区别表示。第四十七页，讲稿共六十九页哦3 3、核磁图谱分类、核磁图谱分类 常见有常见有A A2 2X X2 2、A A3 3X X、A A3 3X X2 2及及AAXXAAXX等。等。（1 1）一级图谱）一级图谱核间干扰弱，核间干扰弱，/J10/J10。低级偶合的特征：低级偶合的特征：服从服从n+1n+1规则，强度比符合二项式展开式各项系数比。规则，强度比符合二项式展开式各项系数比。多重峰的中间位置是该组质子的化学位移。多重峰的中间位置是该组质子的化学位移。多重峰的裂距是偶合常数。多重峰的裂距是偶合常数。第四十八页
40、，讲稿共六十九页哦常见的低级偶合系统及其特征：常见的低级偶合系统及其特征：系统名称系统名称 实例实例 引起吸收的氢核数引起吸收的氢核数 相邻干扰氢核数相邻干扰氢核数 重峰数重峰数A ns-C-ns 1 0 s A ns-C-ns 1 0 s A A2 2 ns-C-Ha 2 0 s ns-C-Ha 2 0 s AX ns-C-C-ns AX ns-C-C-nsAXAX2 2 ns-C-C-Hx ns-C-C-HxAMX ns-C C-C-ns 1(Hm)2(Ha,Hx)dd AMX ns-C C-C-ns 1(Hm)2(Ha,Hx)dd HaHansnsnsnsHaHaHxHxHaHansns
41、nsns1(Ha)1(Hx)d1(Ha)1(Hx)d1(Hx)1(Ha)d1(Hx)1(Ha)d1(Ha)2(Hx)t1(Ha)2(Hx)t1(Ha)1(Hm)d*1(Ha)1(Hm)d*1(Hx)1(Hm)d*1(Hx)1(Hm)d*2(Hx)1(Ha)d 2(Hx)1(Ha)dnsnsnsnsnsnsnsnsnsnsHxHxHaHaHaHaHmHmHxHx第四十九页，讲稿共六十九页哦A2X4aH bHbHbHaHbHo（4 4）低级偶合图谱举例分析）低级偶合图谱举例分析第五十页，讲稿共六十九页哦A5、A2X2、A3C6H5-CH2-CH2-OOC-CH3 d c b a第五十一页，讲稿共六
42、十九页哦CH3CH2CH2NO2a b cA3M2X2第五十二页，讲稿共六十九页哦4.31.8A6X第五十三页，讲稿共六十九页哦/J 10/J 10 高级偶合的特征：高级偶合的特征：（2 2）二级图谱）二级图谱常见有常见有ABAB、ABXABX、ABCABC及及AABBAABB等。等。核间干扰强，核间干扰强，/J10,/J10,光谱复杂。光谱复杂。不服从不服从n+1n+1规则，强度比不符合二项式展开式各项系数比。规则，强度比不符合二项式展开式各项系数比。多重峰的中间位置不是该组质子的化学位移，需由计算求得。多重峰的中间位置不是该组质子的化学位移，需由计算求得。多重峰的裂距不是偶合常数，多数由计
43、算求得。多重峰的裂距不是偶合常数，多数由计算求得。第五十四页，讲稿共六十九页哦 单取代苯：单取代苯：饱和烷基取代，构成饱和烷基取代，构成A A5 5系统，呈单峰；否则可能构成系统，呈单峰；否则可能构成ABBCCABBCC系统。系统。双取代苯：双取代苯：对取代苯：对取代苯：X XY,Y,构成构成AABBAABB系统；系统；X=YX=Y，构成，构成A A4 4系统。系统。邻取代苯：邻取代苯：X=YX=Y（不是烷基（不是烷基时），构成时），构成AABBAABB系统；系统；X XY,Y,构成构成ABCDABCD系统。系统。间取代苯：间位间隔离氢无邻位偶合，经常显示粗略的间取代苯：间位间隔离氢无邻位偶合
44、，经常显示粗略的单峰。可判断间位苯的存在。单峰。可判断间位苯的存在。第五十五页，讲稿共六十九页哦第五十六页，讲稿共六十九页哦第五十七页，讲稿共六十九页哦第五十八页，讲稿共六十九页哦7.84.21.3AABB、A3M2第五十九页，讲稿共六十九页哦第五节第五节 核磁共振氢谱的解析核磁共振氢谱的解析一、峰面积与氢核数目的关系一、峰面积与氢核数目的关系-CH2-C(CH3)3876543210 积分曲线高度比为积分曲线高度比为5 5：2 2：9 9，即三个峰的面积比为，即三个峰的面积比为5 5：2 2：9 9，此比正是分子中三类不同氢核的个数之比。，此比正是分子中三类不同氢核的个数之比。TMS第六十页
45、，讲稿共六十九页哦 例例1 1 1 1 一化合物分子式为一化合物分子式为一化合物分子式为一化合物分子式为C C4 4H H H H8 8 8 8O O，其，其1 1 1 1H-NMRH-NMR图如图所示，图如图所示，试问引起各吸收的氢核数目的多少？试问引起各吸收的氢核数目的多少？8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.08.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 积分曲线总高度积分曲线总高度积分曲线总高度积分曲线总高度=3+3+2=8=3+3+2=8=3+3+2=8=3+3+2=8，因分子式提示只有，因分子式提示只有，因分子式提示只有，因
46、分子式提示只有8 8 8 8个个个个H H H H，故，故，故，故1 1 1 1格格格格1H1H1H1H，1.051.051.051.05峰峰峰峰=3H(=3H(=3H(=3H(三重峰三重峰三重峰三重峰)，2.13 2.13 2.13 2.13峰峰峰峰=3H(=3H(=3H(=3H(单峰单峰单峰单峰)，2.472.472.472.47峰峰峰峰=2H(=2H(=2H(=2H(四重峰四重峰四重峰四重峰)CHCHCHCH3 3 3 3CHCHCHCH2 2 2 2COCHCOCHCOCHCOCH3 3 3 3的氢谱的氢谱的氢谱的氢谱第六十一页，讲稿共六十九页哦 例例例例2 2 对二甲苯（分子式为对二
47、甲苯（分子式为C C8 8 8 8H H10101010）的）的1 1 1 1H-NMRH-NMRH-NMRH-NMR图如图图如图所示，试问图上各组峰分别包含几个氢核？所示，试问图上各组峰分别包含几个氢核？8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.08.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0峰峰峰峰B(B(B(B(2.2)2.2)2.2)2.2)为甲基氢核，高为甲基氢核，高为甲基氢核，高为甲基氢核，高2.7cm2.7cm2.7cm2.7cm；峰；峰；峰；峰A(7.0)A(7.0)A(7.0)A(7.0)为苯环氢核，高为苯环氢核，高为苯环氢核
48、，高为苯环氢核，高1.7cm1.7cm1.7cm1.7cm。1.71.71.71.72.72.72.72.7对二甲苯的氢谱对二甲苯的氢谱对二甲苯的氢谱对二甲苯的氢谱峰峰峰峰A A A A代表的氢数代表的氢数代表的氢数代表的氢数=10*1.7/=10*1.7/=10*1.7/=10*1.7/（1.7+2.71.7+2.71.7+2.71.7+2.7）3.93.93.93.94444峰峰峰峰B B B B代表的氢数代表的氢数代表的氢数代表的氢数=10*2.7/=10*2.7/=10*2.7/=10*2.7/（1.7+2.71.7+2.71.7+2.71.7+2.7）6.16.16.16.16666
49、因分子式中共有因分子式中共有因分子式中共有因分子式中共有10101010个个个个H H H H，故，故，故，故以上结果与给出的对二甲苯结构正好相符。以上结果与给出的对二甲苯结构正好相符。以上结果与给出的对二甲苯结构正好相符。以上结果与给出的对二甲苯结构正好相符。第六十二页，讲稿共六十九页哦二、核磁共振氢谱的解析方法二、核磁共振氢谱的解析方法（一）（一）解题顺序解题顺序1 1、计算不饱和度、计算不饱和度2 2、计算氢核数目、氢的分布。、计算氢核数目、氢的分布。3 3、解析孤立甲基峰；、解析孤立甲基峰；4 4、解析低场共振峰；、解析低场共振峰；5 5、由共振峰的化学位移及峰的裂分，确定归属及偶合系
50、统；、由共振峰的化学位移及峰的裂分，确定归属及偶合系统；6 6、解析高级偶合系统；、解析高级偶合系统；7 7、确定活泼氢基团；、确定活泼氢基团；8 8、推出结构单元；确定可能的结构。、推出结构单元；确定可能的结构。9 9、对推出的可能结构进行验证。、对推出的可能结构进行验证。第六十三页，讲稿共六十九页哦 例例1 1 一未知化合物分子式为一未知化合物分子式为C C6 6H H1212O O3 3，红外光谱在，红外光谱在17401740、12401240、10601060处有吸收，处有吸收，1 1H-NMRH-NMR谱图如下，试解谱图如下，试解析并推断其结构。析并推断其结构。8.0 7.0 6.0