姚新生有机波谱解析 第三章 核磁共振氢谱
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有机波谱分析课件第三章++核磁共振氢谱
Z B0 Z
m 1 2 m 1 2
磁矩
= g·P
g1H=26753; g13C=6721
g：磁旋比（magnetogyric ratio） P: 自旋角动量 代表每个原子核的自身特性
核的Larmor进动频率与外磁场强度B成正比：
=
g B0 2
原子核不同能级间的能量差△E为： △E是低能级的自旋取向
g ΔE = h = hB0 2
m 1 2
高能级自旋取向的能垒！
低能级自旋取向？ 高能级自旋取向？
E2
m 1 2
E2 DE (b) E
(a)
m 1 2
DE E1
m 1 2
E1 B0
（a） I = 1/2的原子核两种自旋取向能级示意图 （b） 两种自旋取向能级差与外磁场B0的关系
出现，图左侧：
δ = υ 样品 υ TMS
6 10 ×
υ 仪器所用频率
标准化合物(TMS)的δ值为0
例如，苯分子中质子的化学位移：
δ =
436
0
60*106 Hz
× 10
6
=
2181
0
300*106 Hz
6 × 10 = 7.27
标准化合物(TMS)的δ值为0
核磁共振氢谱：化学位移
O ‖ C—CH3
化学位移也不同，根据质子的化学位移可以推测其结构环 境。因此核磁共振谱是测定有机化合物的结构有效手段。
核外电子云密度升高，峰向高场移动，减小，屏蔽作用。 核外电子云密度降低，峰向低场移动，增大，去屏蔽作用。
1、诱导效应
CH3X型化合物：X的电负性越大，甲基碳上的电子云
密度越小，质子所受的屏蔽效应也越小，质子的信号在低 场出现。
中职教育-广西省《波普解析》课件：第三章 核磁共振氢谱(3).ppt
溶剂效应的产生是由于溶剂的磁各向异性造成或者是由 于不同溶剂极性不同,与溶质形成氢键的强弱不同引起的.
5.25
A α=1.27，β=0.85 B α=1.23，β=0.72 C α=1.17，β=1.01
单键
Van der Waals效应
当两个质子在空间结构上非常靠近时，具有负电荷的电子云就会互相 排斥，从而使这些质子周围的电子云密度减少，屏蔽作用下降，共振 信号向低磁场位移，这种效应称为Van der Waals效应。
Hc
Hb Ha OH
Hc
Hb HO Ha
δ(ppm) Ha Hb Hc
(Ⅰ) 4.68 2.40 1.10
(Ⅱ) 3.92 3.55 0.88
： 氢键与化学位移 绝大多数氢键形成后，质子化
学位移移向低场。表现出相当大的去屏蔽效应.提高温度和降 低浓度都可以破坏氢键.
如下面化合物4个羟基的均可以形成氢键，δ按照氢键由弱到强的顺 序，逐步增大。
3. 氢的化学位移
• 原子核由于所处的化学环境不同，而在不同的共振磁场下显示吸 收峰的现象。
化学等价
• 分子中若有一组核，其化学位移严格相等， 则这组核称为彼此化学等价的核。例如 CH3CH2Cl中的甲基三个质子，它们的化学 位移相等，为化学等价质子，同样亚甲基 的二个质子也是化学等价的质子。
化学等价
J
Ha
Hb
CH3
CH3
G
NO2
Ha
Ha
Hb
Hb
Hc
K
H3C
Ha Br
Cl
CH3
Hb
H
Cl Ha H3C CH C CH3
Hb
L
化学等价质子与化学不等价质子的判断
5.25
A α=1.27，β=0.85 B α=1.23，β=0.72 C α=1.17，β=1.01
单键
Van der Waals效应
当两个质子在空间结构上非常靠近时，具有负电荷的电子云就会互相 排斥，从而使这些质子周围的电子云密度减少，屏蔽作用下降，共振 信号向低磁场位移，这种效应称为Van der Waals效应。
Hc
Hb Ha OH
Hc
Hb HO Ha
δ(ppm) Ha Hb Hc
(Ⅰ) 4.68 2.40 1.10
(Ⅱ) 3.92 3.55 0.88
： 氢键与化学位移 绝大多数氢键形成后，质子化
学位移移向低场。表现出相当大的去屏蔽效应.提高温度和降 低浓度都可以破坏氢键.
如下面化合物4个羟基的均可以形成氢键，δ按照氢键由弱到强的顺 序，逐步增大。
3. 氢的化学位移
• 原子核由于所处的化学环境不同，而在不同的共振磁场下显示吸 收峰的现象。
化学等价
• 分子中若有一组核，其化学位移严格相等， 则这组核称为彼此化学等价的核。例如 CH3CH2Cl中的甲基三个质子，它们的化学 位移相等，为化学等价质子，同样亚甲基 的二个质子也是化学等价的质子。
化学等价
J
Ha
Hb
CH3
CH3
G
NO2
Ha
Ha
Hb
Hb
Hc
K
H3C
Ha Br
Cl
CH3
Hb
H
Cl Ha H3C CH C CH3
Hb
L
化学等价质子与化学不等价质子的判断
核磁共振波谱法之氢谱解析
1.6 a峰的氢数 3H 1.6 1.0 0.5 0.6 1.0 b峰的氢数 2H 1.6 1.0 0.5 0.6
同理计算c峰和d峰各相当于1H。
依已知含氢数目的峰的积分值为准，求出一个氢相当的 积分值，而后求出氢分布。 本题中δd10.70很容易认定为羧基氢的共振峰，因而 0.60cm相当于1个氢，因此：
a b O c CH2CH2 O C CH3
3 2
化合物 C10H12O2
2 5
8
7
6
5
4
3
2
1
0
例1 计算下图中a、b、c、d各峰的氢核数目。
C4H7BrO2的核磁共振氢谱
测量各峰的积分高度，a为1.6cm，b为1.0cm，c为0.5cm，d 为0.6cm。氢分布可采用下面两种方法求出。 （1）由每个（或每组）峰面积的积分值在总积分之中所占 的比例求出:
②氢分布：
③ a 2.42 单峰 3H CH 3 CO 而不是与氧相连（CH3-O-的δ 为3.5~3.8）
d 7.35 单峰 5H 单取代苯，与烃基直接 相连
④由分子式中扣除CH3-CO-及C6H5-，余C2H2Br2而c、d皆 为二重峰，而化学位移δb4.91、 δc5.33，说明存在着-CHBrCHBr-基团。 ⑤结构式： 综上所述，未知物结构式为：
第五节
核磁共振氢谱的解析
要求：
1、掌握核磁共振氢谱中峰面积与氢核数目的 关系； 2、掌握核磁共振氢谱的解析步骤； 3、熟悉并会解析一些简单的核磁共振氢谱。
一、谱图中化合物的结构信息 1、核磁共振氢谱提供的信息：由化学位移、偶合常数 及峰面积积分曲线分别提供含氢官能团、核间关系及氢 分布等三方面的信息。具体如下： （1）峰的数目：标志分子中磁不等价质子的种类，多少种；
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Methylnitrile
Benzene
Water
Diethylether (DEE)
Dimethylether (DME)
N,N-Dimethylformamide (DMF)
Dimethyl Sulfoxide (DMSO)
Ethanol
Methanol
Tetrehydrofuran (THF)
实验方法：内标法、外标法 此外还有：六甲基二硅醚（HMDC, 值为0.07ppm),
4,4-二甲基-4-硅代戊磺酸钠（DSS, 水溶性，作为极性化合物的内标， 但三个CH2的 值为0.5~3.0ppm,对样品信号有影响）
Acetone
NMR Lock Solvents
Chloroform
Dichloro Methane
2. 核磁共振仪与实验方法
按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁 按交变频率分：40兆，60兆，90兆，100兆，220兆，250兆，300兆 赫兹…… 频率越高，分辨率越高
交变频率与分辨率的关系
Nuclei A B C
(ppm) 1.89 2.00 2.08
Interaction J (Hz)
Toluene
Pyridine
Cyclohexane
CD3COCD3 CDCl3 CD2Cl2 CD3CN C6D6 D2O (CD3CD2)2O (CD3)2O (CD3)2NCDO CD3SOCD3 CD3CD2OD CD3OD C4D8O C6D5CD3 C5D5N C6H12
图3-5 乙醚的氢核磁共振谱
AB
4
BCபைடு நூலகம்
8
核磁共振波谱的测定
• 样品：纯度高，固体样品和粘度大液体样品必须溶解。 • 溶剂：氘代试剂(CDCl3, C6D6 ,CD3OD,
核磁共振氢谱解析
• 驰豫过程可分为两种类型：自旋-晶格驰 豫和自旋-自旋驰豫。
驰豫过程:由激发态恢复到平衡态的过程
• 自旋晶格驰豫：核与环境进行能量交换。体系能 量降低而逐渐趋于平衡。又称纵向驰豫。速率 1/T1，T1为自旋晶格驰豫时间。 • 自旋自旋驰豫：自旋体系内部、核与核之间能量 平均及消散。又称横向驰豫。体系的做能量不变， 速率1/T2，T2为自旋自旋时间。 • 驰豫时间与谱线宽度的关系 ：即谱线宽度与驰豫 时间成反比。 • 饱和：高能级的核不能回到低能级，则NMR信号 消失的现象。
化学等价
处于相同化学环境的原子 — 化学等价原子
化学等价的质子其化学位移相同，仅出现一组 NMR 信号。
化学不等价的质子在 NMR 谱中出现不同的信号 组。
例1：CH3-O-CH3 例2：CH3-CH2-Br 例3：(CH3)2CHCH(CH3)2 例4：CH3-CH2COO-CH3 一组NMR 信号 二组NMR信号 二组NMR 信号 三组NMR 信号
n+/n- 1+ ΔE / kT 式中：n+ ---- 低能态的核数 n- ---- 高能态的核数
k ----- Boltzmann 常数 T ----- 绝对温度 当T=27 C,磁场强度为1.0特斯拉时，高低能态的核数只差6.8ppm 磁场强度为1.4092时，高低能态的核数只差10ppm
核的自旋驰豫
N,N-Dimethylformamide (DMF)
Dimethyl Sulfoxide (DMSO) Ethanol Methanol
(CD3)2NCDO
CD3SOCD3 CD3CD2OD CD3OD
Tetrehydrofuran (THF)
Toluene
驰豫过程:由激发态恢复到平衡态的过程
• 自旋晶格驰豫：核与环境进行能量交换。体系能 量降低而逐渐趋于平衡。又称纵向驰豫。速率 1/T1，T1为自旋晶格驰豫时间。 • 自旋自旋驰豫：自旋体系内部、核与核之间能量 平均及消散。又称横向驰豫。体系的做能量不变， 速率1/T2，T2为自旋自旋时间。 • 驰豫时间与谱线宽度的关系 ：即谱线宽度与驰豫 时间成反比。 • 饱和：高能级的核不能回到低能级，则NMR信号 消失的现象。
化学等价
处于相同化学环境的原子 — 化学等价原子
化学等价的质子其化学位移相同，仅出现一组 NMR 信号。
化学不等价的质子在 NMR 谱中出现不同的信号 组。
例1：CH3-O-CH3 例2：CH3-CH2-Br 例3：(CH3)2CHCH(CH3)2 例4：CH3-CH2COO-CH3 一组NMR 信号 二组NMR信号 二组NMR 信号 三组NMR 信号
n+/n- 1+ ΔE / kT 式中：n+ ---- 低能态的核数 n- ---- 高能态的核数
k ----- Boltzmann 常数 T ----- 绝对温度 当T=27 C,磁场强度为1.0特斯拉时，高低能态的核数只差6.8ppm 磁场强度为1.4092时，高低能态的核数只差10ppm
核的自旋驰豫
N,N-Dimethylformamide (DMF)
Dimethyl Sulfoxide (DMSO) Ethanol Methanol
(CD3)2NCDO
CD3SOCD3 CD3CD2OD CD3OD
Tetrehydrofuran (THF)
Toluene
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与解析PPT课件
.
Δν/J 值较大时，用不连续的大写英文字母
A、M、X表示
Δν/J 值较小时，用连续的大写英文字母
A、B、C表示
A、M、X，以及A、B、C之间
化学不等价，磁不等价
A与A 化学等价，磁不等价。
A2或X2
表示各自为两个磁全同的核。 .
三、二旋系统
AX, AB(>C=CH2,X-CH=CH-Y,C*-CH2-等), A2
HA HB
.
四、三旋系统
A3 AX2 AB2 AMX ABX ABC系统 (X-CH=CH2 ,-CH2-CH< ,三取代苯，二取代吡啶等)
A3 系统：A3 (s 3H)， CH3O-, CH3CO-, CH3-Ar… AX2 系统： A (t 1H) X2 (d 2H)
.
例 CHCl2CH2Cl的1HNMR谱如下，AX2 系统
A
.
a
Ob
C H 2 O CC H 2C H 3
B
化合物 C8H8O2，推断其结构：
3H
1H
2H 2H
.
正确结构为： H3CO
O CH
.
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
3.1 核磁共振的基本原理 3.2 核磁共振仪 3.3 化学位移 3.4 影响化学位移的因素 3.5 各类质子的化学位移 3.6 自旋偶合和自旋裂分 3.7 偶合常数与分子结构的关系 3.8 常见的自旋系统 3.9 简化1H NMR谱的实验方法 3.10 核磁共振氢谱解析及应用
.
3.8 常见的自旋系统
O CH2CH3 HC O CH2CH3
O CH2CH3
.
化合物 C10H12O2，推断结构
Δν/J 值较大时，用不连续的大写英文字母
A、M、X表示
Δν/J 值较小时，用连续的大写英文字母
A、B、C表示
A、M、X，以及A、B、C之间
化学不等价，磁不等价
A与A 化学等价，磁不等价。
A2或X2
表示各自为两个磁全同的核。 .
三、二旋系统
AX, AB(>C=CH2,X-CH=CH-Y,C*-CH2-等), A2
HA HB
.
四、三旋系统
A3 AX2 AB2 AMX ABX ABC系统 (X-CH=CH2 ,-CH2-CH< ,三取代苯，二取代吡啶等)
A3 系统：A3 (s 3H)， CH3O-, CH3CO-, CH3-Ar… AX2 系统： A (t 1H) X2 (d 2H)
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例 CHCl2CH2Cl的1HNMR谱如下，AX2 系统
A
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a
Ob
C H 2 O CC H 2C H 3
B
化合物 C8H8O2，推断其结构：
3H
1H
2H 2H
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正确结构为： H3CO
O CH
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3.1 核磁共振的基本原理 3.2 核磁共振仪 3.3 化学位移 3.4 影响化学位移的因素 3.5 各类质子的化学位移 3.6 自旋偶合和自旋裂分 3.7 偶合常数与分子结构的关系 3.8 常见的自旋系统 3.9 简化1H NMR谱的实验方法 3.10 核磁共振氢谱解析及应用
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3.8 常见的自旋系统
O CH2CH3 HC O CH2CH3
O CH2CH3
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化合物 C10H12O2，推断结构
核磁共振氢谱解析
7
扫频：固定外加磁场 强度H0，通过逐渐改 变电磁辐射频率来检 测共振信号。
扫场：固定电磁辐射 频率，通过逐渐改变 磁场强度来检测共振 信号。
核磁共振所需辐射频率：=（2μ/h）H0
8
9
屏蔽效应
核外电子在与外加磁场垂直的平面上绕核旋转同时将产生一 个与外加磁场相对抗的第二磁场。结果对氢核来说，等于增 加了一个免受外加磁场影响的防御措施。这种作用叫做电子 的屏蔽效应。
R
O C 2.2 CH3
AR
O O 2.1 CH3
13
3）化学位移的影响因素 （1）电负性 随着相连基团电负性的增加氢核外围电子云密度不断降低， 故化学位移值（d ）不断增大
化 合 物 氢核的化学位移
(CH3)4Si
(CH3)3-Si(CD2)2CO2－Na+ CH3I CH3Br CH3Cl CH3F CH3NO2
0.00
0.00 2.2 2.6 3.1 4.3 4.3
CH2Cl2
CHCl3
5.5
7.3
14
3）化学位移的影响因素 （2）磁各向异性
烯氢：4.5~5.7 醛氢：9.4~10.0 6.0-9.0
RH
～1
1.8~3.0
15
单键的磁各向异性
H C C H H
C C C H H
C C C C H
甲基 0.85～0.95
21
质子化学位移的经验计算
取代基对苯环芳氢的影响（d=7.27+Ss）
取代基 供电基团 -OH -OCH3 -CH3 吸电基团 -COCH3 +0.64 +0.09 +0.30 -0.50 -0.43 -0.17 -0.14 -0.09 -0.09 -0.40 -0.37 -0.18 o m p
有机波谱的核磁共振氢谱优秀课件
3.1.6 核磁共振条件
(1)核磁共振条件 ①I≠0的自旋核。 ②在外磁场中B0，核能级发生裂分，能量是量子
化的。 ③与外加磁场B0互相垂直的射频场B1，当射频场
能量(E＝hυ)恰等于二能级间差(△E)时，核吸 收能量由低能级跃迁到高能级。
(2)讨论： ＝
B0
①共振射频频率与磁场强度成正比。对于同一种核，
3.1.2 原子核的磁距
I=1/2的核(氢核)，可当作电荷均匀分布的球，绕 自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁-核 磁。产生磁场的方向用右手法则来确定，磁性大 小称核磁矩。
量子力学证明，I≠0的原子核→都有自旋现象→产生 磁矩μ。μ与自旋角动量P关系如下：
＝ P
h
2
I(I 1)
γ-磁旋比，原子核的特性参数，是原子核的重要属性。
3.2 核磁共振波谱仪
(1) 永久磁铁：提供外磁场(B0)，要求 稳定性好，均匀，不均匀性小于六千 万分之一。扫场线圈。 (2) 射频振荡器：线圈垂直于外磁场， 发射一定频率的电磁辐射信号(B1)。 (3) 射频信号接受器(检测器)：当质子 的进动频率(v)与辐射频率(v1)相匹配时， 发生能级跃迁，吸收能量，在感应线 圈中产生毫伏级信号。
有机波谱的核磁共振氢谱
第三章 核磁共振氢谱(1H NMR)
核磁共振波谱(NMR)与UV、IR同样，都是微观粒 子吸收电磁波后在不同能级上跃迁而产生的。
UV 分子吸收 IR 分子吸收 NMR 分子吸收
200~800 nm 辐射 2.5~25 m 辐射 106~109m 辐射
电子跃迁 振动能级跃迁 磁能级跃迁
106~109 m辐射与暴露在强磁场中的磁性原子核相 互作用，引起磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共 振跃迁，从而产生信号。
波谱教案
中国药科大学教案(第一章紫外光谱首页)教学目的1.了解电磁辐射能与分子吸收光谱类型之间的关系。
2.了解电子跃迁类型、发色团类型及其与紫外光吸收峰波长的关系。
3.掌握共扼体系越长，吸收峰的波长也越长的道理。
并会计算共扼烯烃，α,β-不饱和醛、酮、酸、酯及某些芳香化合物的最大吸收波长(λmax).4.了解溶剂对π-π*及n-π*跃迁的影响。
5.会计算最大摩尔吸光系数(εmax)。
6.了解紫外光谱在有机化合物结构分析中的应用本章讲授提纲及学时分配本章讲授3个学时。
第1学时：电磁辐射基础知识电磁辐射能与分子吸收光谱类型之间的关系紫外光谱的产生原理电子跃迁类型发色团类型第2学时：电子跃迁和发色团与紫外光吸收峰波长的关系吸收带及芳香化合物的紫外光谱特征共扼体系越长，吸收峰的波长也越长共扼烯烃的λmax的计算方法α,β-不饱和醛、酮、酸、酯的λmax的计算方法第3学时：紫外光谱在有机化合物的结构研究中的应用以黄酮为例介绍紫外光谱在天然有机化合物的结构鉴定中的应用有机化合物构型的确定本课程学科的新进展紫外光谱是一种发展较早且成熟的技术，近来少见最新进展的报道。
教学参考书1.张正行.有机光谱分析2.宁永成.有机化合物结构鉴定与有机波谱学本章内容的重点重点要求掌握有机化合物的结构与紫外光谱的关系，重点掌握化合物分子中的共轭体系与紫外吸收的关系，并且能用紫外光谱初步判断共轭烯烃类、芳香化合物及其他具有较大共轭体系的有机化合物所具有的共轭体系的种类。
同时，能运用紫外光谱的基本原理初步判断共轭烯烃类、芳香化合物及其他具有较大共轭体系的有机化合物紫外光谱的最大吸收位置。
本章内容的难点1.磁辐射能与分子吸收光谱类型之间的关系。
2.电子跃迁类型、发色团类型及其与紫外光吸收峰波长的关系。
本章内容及讲授的改进意见复习思考题教材p16练习一；p25练习二；p31练习三。
教具及教学设备要求多媒体教学授课教师年月日教研室主任年月日中国药科大学教案(第二章红外光谱首页)教学目的1.了解分子振动能级与红外光谱的关系。
中职教育-广西省《波普解析》课件：第三章 核磁共振氢谱(5).ppt
影响2J的因素主要有：
取代基电负性会使2J的绝对值减少，即向正的方 向变化。 对于脂环化合物，环上同碳质子的2J值会随键角 的增加而减小，即向负的方向变化。烯类化合物 末端双键质子的2J一般在+3～-3Hz 之间，邻位 电负性取代基会使2J向负的方向变化.
邻碳质子的偶合常数（3J, J邻）
• 饱和型邻位偶合常数； • 烯型邻位偶合常位三种偶合，偶合常数都为 正值，
• 邻位偶合常数比较大，一般为6.0～9.4 Hz(三键)， • 间位为0.8～3.1Hz（四键）， • 对位小于0.59Hz（五键）。
• 一般情况下，对位偶合不易表现出来。苯环氢被取代后， 特别是强拉电子或强推电子基团的取代，使苯环电子云分 布发生变化，表现出J邻、J间和J对的偶合，使苯环质子 吸收峰变成复杂的多重峰。
饱和型邻位偶合常数
• 在饱和化合物中，通过三个单键（H-C-C-H） 的偶合叫饱和型邻位偶合。开链脂肪族化 合物由于σ键自由旋转的平均化，使3J数值 约为7Hz。3J的大小与双面夹角、取代基电 负性、环系因素有关。
烯型邻位偶合常数
• 烯氢的邻位偶合是通过二个单键和一个双 键（H-C=C-H）发生作用的。由于双键的 存在，反式结构的双面夹角为180o，顺式 结构的双面夹角为0o，因此J反大于J顺.
n +1规律：
当某组质子有n个相邻的质子时，这组质子的吸 收峰将裂分成n +1重峰。
n数
二项式展开式系数
0
1
1
1
1
2
1 21
3
1 3 31
4
1 4 641
5 1 5 10 10 5 1
峰形 单峰 二重峰 三重峰 四重峰 五重峰 六重峰
严格来说, n+1规律应该是2nI+1规律,对氢原 子核(H1)来说,因它的I=1/2, 所以就变成了规 律.
取代基电负性会使2J的绝对值减少，即向正的方 向变化。 对于脂环化合物，环上同碳质子的2J值会随键角 的增加而减小，即向负的方向变化。烯类化合物 末端双键质子的2J一般在+3～-3Hz 之间，邻位 电负性取代基会使2J向负的方向变化.
邻碳质子的偶合常数（3J, J邻）
• 饱和型邻位偶合常数； • 烯型邻位偶合常位三种偶合，偶合常数都为 正值，
• 邻位偶合常数比较大，一般为6.0～9.4 Hz(三键)， • 间位为0.8～3.1Hz（四键）， • 对位小于0.59Hz（五键）。
• 一般情况下，对位偶合不易表现出来。苯环氢被取代后， 特别是强拉电子或强推电子基团的取代，使苯环电子云分 布发生变化，表现出J邻、J间和J对的偶合，使苯环质子 吸收峰变成复杂的多重峰。
饱和型邻位偶合常数
• 在饱和化合物中，通过三个单键（H-C-C-H） 的偶合叫饱和型邻位偶合。开链脂肪族化 合物由于σ键自由旋转的平均化，使3J数值 约为7Hz。3J的大小与双面夹角、取代基电 负性、环系因素有关。
烯型邻位偶合常数
• 烯氢的邻位偶合是通过二个单键和一个双 键（H-C=C-H）发生作用的。由于双键的 存在，反式结构的双面夹角为180o，顺式 结构的双面夹角为0o，因此J反大于J顺.
n +1规律：
当某组质子有n个相邻的质子时，这组质子的吸 收峰将裂分成n +1重峰。
n数
二项式展开式系数
0
1
1
1
1
2
1 21
3
1 3 31
4
1 4 641
5 1 5 10 10 5 1
峰形 单峰 二重峰 三重峰 四重峰 五重峰 六重峰
严格来说, n+1规律应该是2nI+1规律,对氢原 子核(H1)来说,因它的I=1/2, 所以就变成了规 律.
波谱解析 第三章 核磁共振氢谱参考答案
第三章 核磁共振氢谱参考答案1.5.(5B)谱图中总共有六组峰，峰面积之比为：2：2：1：1：1：1。
由于苯乙烯分子总共8个氢原子，因此峰面积之比即为不同种类氢原子个数之比。
结合苯环氢化学位移为7.27分析，不难得出，从低场到高场这六组峰分别为：7.41(2H, d)：芳环上的H ，大致为双峰，表明邻近碳上有一个H ，故为苯环上A ，A’碳上氢原子的信号；7.34(2H,t)：同样是芳环上的H ，大致为三重峰，表明邻近碳有两个H ，故为苯环上B ，B’碳上氢原子的信号；7.25(1H,tt)：同样是芳环上的H ，根据峰面积只有一个H ，只能是苯环上C 碳上氢原子的信号，与A ，A’碳上氢原子、B ，B’碳上氢原子偶合会产生tt 峰；6.72(1H, dd, J 1=12Hz ，J 2=17Hz)：为H x ，化学位移移向低场，3J X-M =17Hz ，3J X-A =12Hz ；5.75(1H , dd, J 1=17Hz ，J 2=2Hz)：为H M ，由J 值判断；5.25(1H, dd, J 1=12Hz ，J 2=2Hz)：为H A ，由J 值判断；此外，也可通过烯氢被苯环取代后，剩下的三个烯氢原子化学位移为同>顺>反来归属上述三种烯烃氢原子。
60MHz 核磁化学位移δ（ppm ） 300MHz 化学位移（Hz ） 132Hzδ=ଵଷଶு௭ൈଵలൈଵలு௭=2.20 ppm ν=2.20×300×106Hz×10-6=660Hz 226Hzδ=ଶଶு௭ൈଵలൈଵలு௭=3.77 ppm ν=3.77×300×106Hz×10-6=1131Hz 336Hzδ=ଷଷு௭ൈଵల௭ൈଵలு௭=5.60 ppm ν=5.60×300×106Hz×10-6=1680Hz 450Hz δ=ସହு௭ൈଵలൈଵలு௭=7.50 ppmν=7.50×300×106Hz×10-6=2250Hz(5D)从谱图中可知，峰面积之比为1：4：1：1：1：2：1：1：6，峰形较复杂 根据化学位移可知，5.0-6.5 ppm 的信号应该是烯氢所出，3.85 ppm 为与羟基相连CH 的出峰，其它信号为与非吸电原子相连的饱和碳氢所出。
《有机化合物波谱解析》第三章核磁共振(NMR)3剖析
3、图谱复杂，在有机物的NMR中，常见的偶合C-H， H-H，C-C之间的偶合作用。在PMR中，通常只能观 察到 H-H 之间的偶合。因 13C 核的天然丰度很低， 其对H的偶合作用常被忽略。
•
但碳谱中，由于 13C-13C 之间的偶合作用出现的几 率很小（10--4），通常观察不到，主要是13C-1H之间的 偶合，不仅有1JC-H的偶合作用，而且有2JC-H，3JC-H的远 程偶合作用。这些偶合导致复杂的多峰，且相互重叠， 很难进行解析，经常有峰淹没于噪声中，这种复杂的 碳谱，很难进行解析，为解决这一问题，采用噪声去 偶和偏共振去偶技术，使图谱简化，以便于分析。
• 取代基位移(SCS):改变13C核上的化学环 境或电子云密度,如在化合物上引入取代 基,则相应的13C信号发生位移. • α β γ • Me-CH2-CH2-CH2• +9.1 +9.4 -2.5
24.3 26.6 O 27.4 68.8
24.9 26.8 N 46.9
26.6 27.8 S 29.1
• (11) 对推出的结构进行指认 每个官能团均应在谱图上找到相应 的峰组，峰组的δ值及偶合裂分（峰形和 J值大小）都应该和结构式相符。如存在 较大矛盾，则说明所设结构式是不合理 的，应予以去除。通过指认校核所有可 能的结构式，进而找出最合理的结构式。 必须强调：指认是推结构的一个必不可 少的环节。
CH3 ,CH2 , CH, C
CH3 ,CH2 , CH
CH CH2 CH3 , CH
camphor C10H16O
CH3:3个 CH2:3个 CH :1个 C: 3个
四、13C的化学位移
• 与氢谱一样，以 TMS 为标准，以 TMS 的化学位移为0。δ值与照射频率无关的 相对值。 • •
中职教育-广西省《波普解析》课件：第三章 核磁共振氢谱(6).ppt
6 自旋系统及图谱分类
• 核的等价性质
化学等价： 磁等价 快速机制
• 自旋系统的分类
•等价和磁等价
化学等价：化学位移严格相等的核称为化学等价核，指化学 位移相同的原子核。
磁等价：一组核对组外任何核表现出相同大小的偶合作用， 即只表现出一个偶合常数，着组核称为磁等价核。
磁全同：既化学等价又磁等价的原子核，称为磁全同磁全同 核。
自旋系统的分类
• 自旋系统的定义
把几个互相偶合的核，按偶合作用的强弱，分成
不同的自旋系统，系统内部的核互相偶合，但不 和系统外的任何核相互作用。系统与系统之间是 隔离的.
H3C
O C OCH2CH3
磁不等价的情况
1. 单键带有双键性时会产生不等价质子， R-CO-N(CH2CH3)2, 2个CH2 会出现2组四重峰， 2个CH3会出现复杂的多重峰（ 2组三重峰的重叠）
2. 双键同碳质子具有不等价性 H2C=CHR 3. 单键不能自由旋转时，也会产生不等价质子，
BrCH2CH(CH3)2 有三种构象，室温下C-C快速旋 转，CH2上2个质子是等价的，但在低温下C-C不能快 速旋转， CH2上2个质子所处的环境有差别而成为不 等价质子。
4. 与不对称碳相连的CH2, 2个质子是不等价的 5. 固定在环上的CH2, 2个质子是不等价，甾体环 6. 苯环上化学环境相同的质子可能磁不等价
自旋系统的命名
• 分子中两组相互干扰的核，它们之间的化学位移差Δγ小 于或近似于偶合常数J时，则这些化学位移近似的核分别 以A、B、C…字母表示。若其中某种类的磁全同的核有几 个，则在核字母的右下方用阿拉伯字母写上标记，如ClCH2-CH2-COOH中间二个CH2构成A2B2系统。
• 分子中两组互相干扰的核，它们的化学位移差Δ远大于它 们之间的偶合常数（Δγ>>J），则其中一组用A、B、 C…表示，另一组用x、y、z…表示。
• 核的等价性质
化学等价： 磁等价 快速机制
• 自旋系统的分类
•等价和磁等价
化学等价：化学位移严格相等的核称为化学等价核，指化学 位移相同的原子核。
磁等价：一组核对组外任何核表现出相同大小的偶合作用， 即只表现出一个偶合常数，着组核称为磁等价核。
磁全同：既化学等价又磁等价的原子核，称为磁全同磁全同 核。
自旋系统的分类
• 自旋系统的定义
把几个互相偶合的核，按偶合作用的强弱，分成
不同的自旋系统，系统内部的核互相偶合，但不 和系统外的任何核相互作用。系统与系统之间是 隔离的.
H3C
O C OCH2CH3
磁不等价的情况
1. 单键带有双键性时会产生不等价质子， R-CO-N(CH2CH3)2, 2个CH2 会出现2组四重峰， 2个CH3会出现复杂的多重峰（ 2组三重峰的重叠）
2. 双键同碳质子具有不等价性 H2C=CHR 3. 单键不能自由旋转时，也会产生不等价质子，
BrCH2CH(CH3)2 有三种构象，室温下C-C快速旋 转，CH2上2个质子是等价的，但在低温下C-C不能快 速旋转， CH2上2个质子所处的环境有差别而成为不 等价质子。
4. 与不对称碳相连的CH2, 2个质子是不等价的 5. 固定在环上的CH2, 2个质子是不等价，甾体环 6. 苯环上化学环境相同的质子可能磁不等价
自旋系统的命名
• 分子中两组相互干扰的核，它们之间的化学位移差Δγ小 于或近似于偶合常数J时，则这些化学位移近似的核分别 以A、B、C…字母表示。若其中某种类的磁全同的核有几 个，则在核字母的右下方用阿拉伯字母写上标记，如ClCH2-CH2-COOH中间二个CH2构成A2B2系统。
• 分子中两组互相干扰的核，它们的化学位移差Δ远大于它 们之间的偶合常数（Δγ>>J），则其中一组用A、B、 C…表示，另一组用x、y、z…表示。
有机化合物波谱解析
有机化合物 波 谱 解 析（1）
绪论
波谱法： 物质在光（电磁波）的照射下，引起分子内部某
种运动，从而吸收或散射某种波长的光，将入射光强 度变化或散射光的信号记录下来，得到一张信号强度 与光的波长、波数（频率）或散射角度的关系图，用 于物质结构、组成及化学变化的分析，这就叫波谱法
CH3
CH3
绪论
结构鉴定:
联用
优势，可以在一次测定中完成一个样品中二
三百个化合物的分离与测定。
课程简介
课时
40学时
考核
期末考试 70%
平时成绩 30%
（包括出勤、课堂表现、小作业等）
主要章节 1. 紫外
2. 红外光谱
3. 质谱
4. 核磁共振（H谱、C谱、二维谱）
5. 波谱综合解析
教材 《有机化合物波谱解析》
姚新生主编，医药卫生出版社
• R.M. Silverstein, et.al., “Spectrometric Identification of Organic Compounds”, 6th ed., Jhon Wiley & Sons, 1998
第一章 紫外吸收光谱分析法
ultraviolet spectrometry, UV
M + h → M *
M +热
基态
激发态
M + 荧光或磷光
E1 （△E） E2
E = E2 - E1 = h 量子化 ；选择性吸收
吸收曲线与最大吸收波
长 max
用不同波长的单色光 照射，测吸光度;
吸收曲线的讨论：
①同一种物质对不同波长光的吸光度 不同。吸光度最大处对应的波长称为最
大吸收波长λmax
绪论
波谱法： 物质在光（电磁波）的照射下，引起分子内部某
种运动，从而吸收或散射某种波长的光，将入射光强 度变化或散射光的信号记录下来，得到一张信号强度 与光的波长、波数（频率）或散射角度的关系图，用 于物质结构、组成及化学变化的分析，这就叫波谱法
CH3
CH3
绪论
结构鉴定:
联用
优势，可以在一次测定中完成一个样品中二
三百个化合物的分离与测定。
课程简介
课时
40学时
考核
期末考试 70%
平时成绩 30%
（包括出勤、课堂表现、小作业等）
主要章节 1. 紫外
2. 红外光谱
3. 质谱
4. 核磁共振（H谱、C谱、二维谱）
5. 波谱综合解析
教材 《有机化合物波谱解析》
姚新生主编，医药卫生出版社
• R.M. Silverstein, et.al., “Spectrometric Identification of Organic Compounds”, 6th ed., Jhon Wiley & Sons, 1998
第一章 紫外吸收光谱分析法
ultraviolet spectrometry, UV
M + h → M *
M +热
基态
激发态
M + 荧光或磷光
E1 （△E） E2
E = E2 - E1 = h 量子化 ；选择性吸收
吸收曲线与最大吸收波
长 max
用不同波长的单色光 照射，测吸光度;
吸收曲线的讨论：
①同一种物质对不同波长光的吸光度 不同。吸光度最大处对应的波长称为最
大吸收波长λmax
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姚新生有机波谱解析 第三章 核磁共振氢谱
本章主要内容
1.基本原理:自旋,核磁矩,空间量子化,进动, 核跃迁
2.化学位移:屏蔽效应,定义,影响因素,计算 3.自旋与自旋系统:分裂,命名,一级,二级谱简介 4.核磁共振氢谱解析方法与示例 5.核磁共振碳铺简介:PFT-NMR原理,常用碳谱的
类型和特征,碳谱的解析大致程序
代入上式得: h I(I1) 2
当I=0时,P=0,原子核没有自旋现象,只有I﹥0,原 子核才有自旋角动量和自旋现象
二、核自旋能级和核磁共振
(一)核自旋能级
• 把自旋核放在场强为B0的磁场中,由于磁矩 与磁 场相互作用,核磁矩相对外加磁场有不同的取向,共 有2I+1个,各取向可用磁量子数m表示
（核磁共振条件式） 自旋核的跃迁能量
h
磁性核
h =ΔE
高能级 低能级
处于低能态的核将吸收射频能量而跃迁至高 能态，这种现象叫做核磁共振现象。
m h 2
I=1/2 的核发生核磁共振吸收射频 的频率，即共振频率。
1 22h 代入 2hB0得
0 2
产生核磁共振光谱的条件
• （1）对自旋量子数I=1/2的同一核来说,， 因磁矩为一定值，—为常数，所以发生 共振时，照射频率的大小取决于外磁场 强度的大小。外磁场强度增加时，为使 核发生共振，照射频率也相应增加；反 之，则减小。
放入一固定磁场中，共振频率取决于核本身磁 矩的大小, 大的核，发生共振所需的照射频率 也大；反之，则小。例：13C的共振频率为:
c0
6.731071s14.69
2
23.14
5.026107s150.26MHz
H0 2.681081s14.69
2
23.14
2.0015108s1 20.015MHz
•
m=I, I-1, I-2, ……-I
• 每种取向各对应一定能量状态
• I=1/2的氢核只有两种取向
• I=1的核在B0中有三种取向
z
z
z
m =+1
m =
B0
m = +1/2
m =
m =
m =
m = 1/2
m = 1
m = 1 m = 2
I = 1/2
I=1
I=2
I=1/2的氢核 与外磁场平行，能量较低，m=+1/2, E 1/2= －B0 与外磁场方向相反, 能量较高, m= -1/2, E -1/2=B0
• 例：外磁场B0=4.69T（特斯拉，法定计量单位） • 1H 的共振频率为
2 H02.6 8115 80s120.10M 5 H(1 zs11H)z
放在外磁场 B0=2.35T =100MHz
• (2)对自旋量子数I=1/2的不同核来说，若同时
• 核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简写 为NMR）与紫外-可见、红外吸收光谱一样， 本质上都是微观粒子吸收电磁波后在不同能级 上的跃迁。
• 紫外和红外吸收光谱是分子吸收了波长为 200～400nm和2.5～25μm的辐射后，分别引起 分子中电子能级和分子振转能级的跃迁。
1.1 原子核的自旋
• 核磁共振的研究对象是具有自旋的原子 核。1924年Pauli预言，某些原子核具有 自旋的性质，尔后被证实除了一些原子 核中质子数和中子数均为偶数的核以外， 其它核都可以绕着某一个轴作自身旋转 运动，即核的自旋运动
1.1 原子核的自旋
– 自旋量子数 I >0的原子核有自旋现象和自旋 角动量。当 I= ½ 时，核电荷呈球形分布于 核表面，它们的核磁共振现象较为简单，属 于这一类的主要原子核有1H1、15N7、13C6、 19F9、31P15。其中研究最多、应用最多的是 1H和13C核磁共振谱。
• 1946年哈佛大学的Purcell及斯坦福大学的Bloch 所领导的实验室几乎同时观察到核磁共振现象， 因此他们分享了1952年的诺贝尔物理奖。而自 二十世纪50年代出现第一台核磁共振商品仪器 以来，核磁共振波谱法在仪器、实验方法、理 论和应用等方面取得了飞跃式的进步。所应用 的领域也已从物理、化学逐步扩展到生物、制 药、医学等多个学科，在科研、生产和医疗中 的地位也越来越重要。
• 核磁矩与外磁场相互作用而产生的核磁场作用能 E, 即各能级的能量为 E=－ZB0
E 1/2= －B0 E-1/2= B0
I=1/2的核自旋能级裂分与B0的关系
• 由级式E1E向=高－能Z级BE0及2跃图迁可,所知需1H能核量在为磁场 中,由低能 △E=E2－E1= B0 －(－B0) = 2 B0
• △E与核磁矩及外磁场强度成正比, B0越大,能 级分裂越大, △E越大 B0外加磁场
m= -1/2 E2= B0 无磁场
△E=2 B0
m= +1/2 E1= －B0
(二)核磁共振
• 如果以一定频率的电磁波照射处于磁场B0中的 核，且射频频率恰好满足下列关系时：
• h =ΔE ΔE=2 B0
20
• 核磁共振波谱是用波长很长（约1～100 m）、 频率很小（兆赫数量级，射频区）、能量很低 的射频电磁波照射分子，这时不会引起分子的 振动或转动能级跃迁，更不会引起电子能级的 跃迁，但这种电磁波能与处在强磁场中的磁性 原子核相互作用，引起磁性的原子核在外磁场 中发生核磁能级的共振跃迁，而产生吸收信号。 这种原子核对射频电磁波辐射的吸收就称为核 磁共振。
P
• 为核的磁旋比。是原子核的一种属性， 不同核有其特征的值。
• 例 C1：3核H的原子C =6H.=732×.681×071T0-81T·S-1-·1S-1(特[斯拉]-1 ·秒-1)
核的自旋角动量是量子化的,与核的自旋量 子数 I 的关系如下:
p2 h I(I 1 )
I可0 以 ， 1， 1 ， 3， 为 2等值 22
• 自旋角动量
– 一些原子核有自旋现象，因而具有自旋角动 量。由于核是带电粒子，故在自旋同时将产 生磁矩。核磁矩与角动量都是矢量，磁矩的 方向可用右手定则确定。
– 核的自旋角动量P是量子化的，不能任意取 数，并可用核的自旋量子数I表示。
p2hπII12hI
• 自旋量子数不为零的原子核都有磁矩， 核磁矩的方向服从右手法则（如图7-2所 示），其大小与自旋角动量成正比。
本章主要内容
1.基本原理:自旋,核磁矩,空间量子化,进动, 核跃迁
2.化学位移:屏蔽效应,定义,影响因素,计算 3.自旋与自旋系统:分裂,命名,一级,二级谱简介 4.核磁共振氢谱解析方法与示例 5.核磁共振碳铺简介:PFT-NMR原理,常用碳谱的
类型和特征,碳谱的解析大致程序
代入上式得: h I(I1) 2
当I=0时,P=0,原子核没有自旋现象,只有I﹥0,原 子核才有自旋角动量和自旋现象
二、核自旋能级和核磁共振
(一)核自旋能级
• 把自旋核放在场强为B0的磁场中,由于磁矩 与磁 场相互作用,核磁矩相对外加磁场有不同的取向,共 有2I+1个,各取向可用磁量子数m表示
（核磁共振条件式） 自旋核的跃迁能量
h
磁性核
h =ΔE
高能级 低能级
处于低能态的核将吸收射频能量而跃迁至高 能态，这种现象叫做核磁共振现象。
m h 2
I=1/2 的核发生核磁共振吸收射频 的频率，即共振频率。
1 22h 代入 2hB0得
0 2
产生核磁共振光谱的条件
• （1）对自旋量子数I=1/2的同一核来说,， 因磁矩为一定值，—为常数，所以发生 共振时，照射频率的大小取决于外磁场 强度的大小。外磁场强度增加时，为使 核发生共振，照射频率也相应增加；反 之，则减小。
放入一固定磁场中，共振频率取决于核本身磁 矩的大小, 大的核，发生共振所需的照射频率 也大；反之，则小。例：13C的共振频率为:
c0
6.731071s14.69
2
23.14
5.026107s150.26MHz
H0 2.681081s14.69
2
23.14
2.0015108s1 20.015MHz
•
m=I, I-1, I-2, ……-I
• 每种取向各对应一定能量状态
• I=1/2的氢核只有两种取向
• I=1的核在B0中有三种取向
z
z
z
m =+1
m =
B0
m = +1/2
m =
m =
m =
m = 1/2
m = 1
m = 1 m = 2
I = 1/2
I=1
I=2
I=1/2的氢核 与外磁场平行，能量较低，m=+1/2, E 1/2= －B0 与外磁场方向相反, 能量较高, m= -1/2, E -1/2=B0
• 例：外磁场B0=4.69T（特斯拉，法定计量单位） • 1H 的共振频率为
2 H02.6 8115 80s120.10M 5 H(1 zs11H)z
放在外磁场 B0=2.35T =100MHz
• (2)对自旋量子数I=1/2的不同核来说，若同时
• 核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简写 为NMR）与紫外-可见、红外吸收光谱一样， 本质上都是微观粒子吸收电磁波后在不同能级 上的跃迁。
• 紫外和红外吸收光谱是分子吸收了波长为 200～400nm和2.5～25μm的辐射后，分别引起 分子中电子能级和分子振转能级的跃迁。
1.1 原子核的自旋
• 核磁共振的研究对象是具有自旋的原子 核。1924年Pauli预言，某些原子核具有 自旋的性质，尔后被证实除了一些原子 核中质子数和中子数均为偶数的核以外， 其它核都可以绕着某一个轴作自身旋转 运动，即核的自旋运动
1.1 原子核的自旋
– 自旋量子数 I >0的原子核有自旋现象和自旋 角动量。当 I= ½ 时，核电荷呈球形分布于 核表面，它们的核磁共振现象较为简单，属 于这一类的主要原子核有1H1、15N7、13C6、 19F9、31P15。其中研究最多、应用最多的是 1H和13C核磁共振谱。
• 1946年哈佛大学的Purcell及斯坦福大学的Bloch 所领导的实验室几乎同时观察到核磁共振现象， 因此他们分享了1952年的诺贝尔物理奖。而自 二十世纪50年代出现第一台核磁共振商品仪器 以来，核磁共振波谱法在仪器、实验方法、理 论和应用等方面取得了飞跃式的进步。所应用 的领域也已从物理、化学逐步扩展到生物、制 药、医学等多个学科，在科研、生产和医疗中 的地位也越来越重要。
• 核磁矩与外磁场相互作用而产生的核磁场作用能 E, 即各能级的能量为 E=－ZB0
E 1/2= －B0 E-1/2= B0
I=1/2的核自旋能级裂分与B0的关系
• 由级式E1E向=高－能Z级BE0及2跃图迁可,所知需1H能核量在为磁场 中,由低能 △E=E2－E1= B0 －(－B0) = 2 B0
• △E与核磁矩及外磁场强度成正比, B0越大,能 级分裂越大, △E越大 B0外加磁场
m= -1/2 E2= B0 无磁场
△E=2 B0
m= +1/2 E1= －B0
(二)核磁共振
• 如果以一定频率的电磁波照射处于磁场B0中的 核，且射频频率恰好满足下列关系时：
• h =ΔE ΔE=2 B0
20
• 核磁共振波谱是用波长很长（约1～100 m）、 频率很小（兆赫数量级，射频区）、能量很低 的射频电磁波照射分子，这时不会引起分子的 振动或转动能级跃迁，更不会引起电子能级的 跃迁，但这种电磁波能与处在强磁场中的磁性 原子核相互作用，引起磁性的原子核在外磁场 中发生核磁能级的共振跃迁，而产生吸收信号。 这种原子核对射频电磁波辐射的吸收就称为核 磁共振。
P
• 为核的磁旋比。是原子核的一种属性， 不同核有其特征的值。
• 例 C1：3核H的原子C =6H.=732×.681×071T0-81T·S-1-·1S-1(特[斯拉]-1 ·秒-1)
核的自旋角动量是量子化的,与核的自旋量 子数 I 的关系如下:
p2 h I(I 1 )
I可0 以 ， 1， 1 ， 3， 为 2等值 22
• 自旋角动量
– 一些原子核有自旋现象，因而具有自旋角动 量。由于核是带电粒子，故在自旋同时将产 生磁矩。核磁矩与角动量都是矢量，磁矩的 方向可用右手定则确定。
– 核的自旋角动量P是量子化的，不能任意取 数，并可用核的自旋量子数I表示。
p2hπII12hI
• 自旋量子数不为零的原子核都有磁矩， 核磁矩的方向服从右手法则（如图7-2所 示），其大小与自旋角动量成正比。