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1、核磁共振与化学位移2023/2/7第1页，本讲稿共18页一、核磁共振与化学位移一、核磁共振与化学位移 nuclear magnetic resonance and chemical shift1.1.屏蔽作用与化学位移屏蔽作用与化学位移 理想化的、裸露的氢核；满足共振条件：理想化的、裸露的氢核；满足共振条件：0=H0/(2)产生单一的吸收峰；产生单一的吸收峰；实际上，氢核受周围不断运动着的电子影响。在外磁场作用下，运动着的电子产生相对于外磁场方向的感应磁场，起到屏蔽作用屏蔽作用，使氢核实际受到的外磁场作用减小：使氢核实际受到的外磁场作用减小：H=（1-）H0 ：屏蔽常数。：屏蔽常数。越大，屏蔽
2、效应越大。越大，屏蔽效应越大。0=/(2)（1-）H0 屏蔽的存在，共振需更强的外磁场屏蔽的存在，共振需更强的外磁场(相对于裸露的氢核相对于裸露的氢核)。2023/2/7第2页，本讲稿共18页 化学位移：化学位移：chemical shift 0=/(2)（1-）H0 由于屏蔽作用的存在，氢核产生共振需要更大的外磁场强度（相对于裸露的氢核），来抵消屏蔽影响。在有机化合物中，各种氢核 周围的电子云密度不同（结构中不同位置）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。2023/2/7第3页，本讲稿共18页2.2.化学位移的表示方法化学位移的表示方法(1)(1)位移的标准位
3、移的标准没有完全裸露的氢核，没有绝对的标准。相对标准：四甲基硅烷Si(CH3)4 （TMS）（内标）位移常数 TMS=0(2)为什么用为什么用TMS作为基准作为基准?a.12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；b.屏蔽强烈，位移最大。与有机化合物中的质子峰不重迭；c.化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。2023/2/7第4页，本讲稿共18页位移的表示方法位移的表示方法 与裸露的氢核相比，TMS的化学位移最大，但规定 TMS=0，其他种类氢核的位移为负值，负号不加。=（样-TMS)/TMS 106 (ppm)小，屏蔽强，共振需要的磁场强度大，在高场出现，图右侧；大，屏蔽弱，共振需要
4、的磁场强度小，在低场出现，图左侧；2023/2/7第5页，本讲稿共18页二、影响化学位移的因素二、影响化学位移的因素 factors influenced chemical shift1 1电负性电负性-去屏蔽效应去屏蔽效应 与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，价电子偏离质子，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现。-CH3，=1.62.0，高场；-CH2I，=3.0 3.5,-O-H，-C-H，大 小低场 高场2023/2/7第6页，本讲稿共18页电负性对化学位移的影响电负性对化学位移的影响碳杂化轨道电负性：碳杂化轨道电负性：SPSP2SP32023/2/7第7页，本讲稿共18页影响化学位移
5、的因素影响化学位移的因素-磁各向异性效应磁各向异性效应 价电子产生诱导磁价电子产生诱导磁场，质子位于其磁力线场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向一致，上，与外磁场方向一致，去屏蔽。去屏蔽。2023/2/7第8页，本讲稿共18页影响化学位移的因素影响化学位移的因素3 价电子产生诱导磁价电子产生诱导磁场，质子位于其磁力线场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向一致，上，与外磁场方向一致，去屏蔽。去屏蔽。2023/2/7第9页，本讲稿共18页影响化学位移的因素影响化学位移的因素4 苯环上的6个电子产生较强的诱导磁场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向一致，去屏蔽。2023/2/7第10页，本讲稿共18页2
6、.2.氢键效应氢键效应形成氢键后形成氢键后1H核屏蔽作用减少，氢键属于去屏蔽效应。核屏蔽作用减少，氢键属于去屏蔽效应。2023/2/7第11页，本讲稿共18页3.3.空间效应空间效应2023/2/7第12页，本讲稿共18页空间效应空间效应 Ha=3.92ppm Hb=3.55ppm Hc=0.88ppm Ha=4.68ppm Hb=2.40ppm Hc=1.10ppm去屏蔽效应去屏蔽效应2023/2/7第13页，本讲稿共18页4.4.各类有机化合物的化学位移各类有机化合物的化学位移饱和烃饱和烃-CH3:CH3=0.79 1.10ppm-CH2:CH2=0.98 1.54ppm-CH:CH=CH
7、3+(0.5 0.6)ppm H=3.24.0ppm H=2.23.2ppm H=1.8ppm H=2.1ppm H=23ppm2023/2/7第14页，本讲稿共18页各类有机化合物的化学位移各类有机化合物的化学位移烯烃烯烃 端烯质子：端烯质子：H=4.85.0ppm 内烯质子：内烯质子：H=5.15.7ppm 与烯基，芳基共轭：与烯基，芳基共轭：H=47ppm芳香烃芳香烃 芳烃质子：芳烃质子：H=6.58.0ppm 供电子基团取代供电子基团取代-OR，-NR2 时：时：H=6.57.0ppm 吸电子基团取代吸电子基团取代-COCH3，-CN，-NO2 时：时：H=7.28.0ppm2023/
8、2/7第15页，本讲稿共18页各类有机化合物的化学位移各类有机化合物的化学位移-COOH：H=1013ppm-OH：（醇）（醇）H=1.06.0ppm （酚）（酚）H=412ppm-NH2：（脂肪）：（脂肪）H=0.43.5ppm （芳香）（芳香）H=2.94.8ppm （酰胺）（酰胺）H=9.010.2ppm-CHO：H=910ppm2023/2/7第16页，本讲稿共18页常见结构单元化学位移范围常见结构单元化学位移范围2023/2/7第17页，本讲稿共18页 内容选择：内容选择：第一节第一节 核磁共振基本原理核磁共振基本原理 principle of nuclear magnetic re
9、sonance第二节第二节 核磁共振与化学位移核磁共振与化学位移 nuclear magnetic resonance and chemical shift第三节第三节 自旋偶合与自旋裂分自旋偶合与自旋裂分 spin coupling and spin splitting第四节第四节 谱图解析与结构确定谱图解析与结构确定analysis of spectrograph and estimate structure of compound 第五节第五节 1313C C核磁共振波谱核磁共振波谱13C nuclear magnetic resonance结束结束2023/2/7第18页，本讲稿共18页