【高分子材料研究方法】核磁-化学位移值
核磁共振与化学位移
H CC
~0.9 H3C C
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 化学位移 δ(ppm)
2020/7/17
精品课件
2020/7/17
内容选择：
• 第一节 核磁共振基本原理
principle of nuclear magnetic resonance
• 第二节 核磁共振与化学位移
-O-H，
-C-
H，
2020/7/17
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大 小
电负性对化学位移的影响
3.5
3.0
2.5
OC3H NC3H CC3H
3.42-4.02 2.12-3.10 0.77-1.88
F C 3H CC l3H BC r3H IC 3H
4 .2 6 3 .0 5 2 .6 8 2 .6 0
碳杂化轨道电负性：SP>SP2>SP3
O H 3C C H
2020/7/17
δ 3 .5 5
OH H
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δ 2 .3 1
O H C CH 3
δ 3 .7 5
HO H
空间效应
去屏蔽效应
δ
1.H10Cδ
2.40 δ 4.68
HbHa OH
δ 0.88HCδ3.55 δHbHO3.92
Ha
(A)
Ha=4.68ppm
Hb=2.40ppm
价电子产生诱导 磁场，质子位于其磁力 线上，与外磁场方向一 致，去屏蔽。
2020/7/17
精品课件
影响化学位移的因素3
价电子产生诱 导磁场，质子位于其磁 力线上，与外磁场方向 一致，去屏蔽。
2020/7/17
核磁共振与化学位移
2. 化学位移的表示方法
(1)位移的标准 (1)位移的标准 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 δTMS=0 (2) 为什么用 为什么用TMS作为基准 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。
18:01:48
4.37ppm
3.空间效应 3.空间效应
δ 1.77
O H3C C H
δ 2.31
O H C CH3
δ 3.55
H OH
δ 3.75
HO H
18:01:48
空间效应
去屏蔽效应
2.40
δ 1.10 H Cδ
δ 4.68 H bH a OH
δ
0.88
δ
3.55
HC
δ
3.92
H bHO
O ~2.1 H3C C
~3.0 H 3C
H
N
~1.8 H3 C C C
~3.7 H 3C O
H C
~0.9 H 3C C
O C OH
H C O
C
15 14 13 12 11 10 9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
化学位移 δ(ppm)
18:01:48
内容选择： 内容选择：
• 第一节 核磁共振基本原理
principle of nuclear magnetic resonance
③芳香烃
芳烃质子： 芳烃质子：δH=6.5~8.0ppm 供电子基团取代-OR，-NR2 时：δH=6.5~7.0ppm ， 供电子基团取代 吸电子基团取代-COCH3，-CN，-NO2 时：δH=7.2~8.0ppm 吸电子基团取代 ，
核磁氢谱中常见的官能团化学位移
在核磁氢谱中，不同官能团的化学位移常常具有一定的特征性。
以下是一些常见的官能团化学位移值：
1. 烷基（烷烃）：通常位于0-3 ppm范围内，如甲基（CH3）的化学位移约为0.9 ppm。
2. 烯烃：通常位于4.5-6.5 ppm范围内，如乙烯（CH2=CH2）的化学位移约为5.5 ppm。
3. 脂肪醇：通常位于0.5-5 ppm范围内，如乙醇（CH3CH2OH）的化学位移约为3.6 ppm。
4. 醛：通常位于9-10 ppm范围内，如乙醛（CH3CHO）的化学位移约为9.7 ppm。
5. 酮：通常位于2-3 ppm范围内，如丙酮（CH3COCH3）的化学位移约为2.2 ppm。
6. 羧酸：通常位于10-12 ppm范围内，如乙酸（CH3COOH）的化学位移约为11.5 ppm。
7. 酰胺：通常位于7-8 ppm范围内，如乙酰胺（CH3CONH2）的化学位移约为8.3 ppm。
这些化学位移值只是一般范围，实际数值可能会受到环境条件和分子结构的影响而有所变化。
在实际应用中，可以通过比对参考谱图或数据库中的数据来确定特定官能团的化学位移。
化学位移计算公式
化学位移计算公式化学位移是指分析样品中各种成分相对于其中一参照物质的迁移速率，是分析化学中一种常用的指标。
化学位移通常用于描述分析样品中的各种化学成分在溶液中的相对运动速度，根据该速度可以推算出样品的结构、组成和性质。
化学位移的计算公式其实是由核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）技术所决定的。
核磁共振是一种基于原子核在外加磁场中的磁共振现象而进行分析的技术。
在核磁共振光谱中，由于样品中的核自旋与外加磁场的相互作用，谱线会出现在不同的位置，这些位置就是化学位移。
化学位移的计算公式是通过将观察到的化学位移值减去参照物质的化学位移值得到的，通常使用国际上约定的标准参照物质，如四氢呋喃（Tetramethylsilane，TMS）。
化学位移的计算公式为：δ=(ν−ν0)/ν0×10^6其中，δ表示化学位移，ν表示样品中其中一特定核种的共振频率，ν0表示参照物质TMS的共振频率。
化学位移的计算公式中的10^6是为了将结果表示为单位为“ppm”（parts per million）的量纲。
化学位移的单位是ppm，其中1 ppm表示1百万分之一以氢元素（^1H）为例子，核磁共振谱中的化学位移单位通常表示为δH。
δH = (300 - 500)/500 × 10^6 = -400×10^6 ppm根据结果可知，化学位移为-400×10^6 ppm，表示该样品中的氢元素相对于TMS发生了负偏移，即化学位移在低频端。
化学位移的计算公式还可以应用于其他核种，如碳元素（^13C）亦可使用类似的公式进行计算，其中附带的符号ppm也用于单位转换。
总结起来，化学位移是分析样品中的各种化学成分相对于参照物质的迁移速率。
化学位移的计算公式是通过求解样品中其中一特定核种的共振频率与参照物质的共振频率之差，得到其相对于TMS的偏离程度，并将结果表示为ppm的量纲。
核磁共振化学位移
HO
O CH3
7.85ppm 7.48ppm 7.54ppm
7.26ppm
6.84ppm 7.18ppm 6.90ppm
苯甲醚
苯甲醛
溴甲烷
溴乙烷
1-溴丙烷
H 7.27
7.78
Ha
A
H
OH
C=O
H 6.73
H 7.81
OCH3 Hb
6.70
8.58
Ha1 O
COCH3
OCH3 B
Hb 8.08 Ha2 C 7.94
Cl CH2 H Cl2 CH H Cl3 C H
3.05 5.30 7.27
基团距离越远，受到的影响越小
CH3 CH2 CH2 Br
1.25 1.69 3.30
CH3F CH3OH CH3Cl CH3Br CH3I CH3-H
/ppm 4.26
3.40
3.05
2.68
2.16
0.23
cba
正屏蔽：
由于结构上的变化或介质的影响使氢核外
电子云密度增加，或者感应磁场的方向与外磁
场相反，则使谱线向高磁场方向移动（右移）， 值减小，亦叫抗磁性位移。
去屏蔽：
由于结构上的变化或介质的影响使氢核外
电子云密度减少，或者感应磁场的方向与外磁
场相同，则使谱线向低磁场方向移动（左移）， 值增加，亦称顺磁性位移。
优点：
12个氢处于完全相同的化学环境，只有一个 峰，
电负性 Si C， 屏蔽作用很高，一般质子的 吸收峰都出现在它的左边-----低场，
沸点低，27oC，易挥发，能与许多有机溶剂 相溶。
标准：四甲基硅（TMS），δ=0
TMS的化学位移最大，但规定 TMS=0，
核磁 化学位移 3.75 官能团
《核磁化学位移对官能团的影响》1. 引言在化学领域中，核磁共振（NMR）是一种十分重要的分析手段。
核磁化学位移是NMR中的重要参数，它可以提供有关分子结构和官能团信息的关键线索。
本文将深入探讨核磁化学位移对官能团的影响，以及探讨核磁化学位移在化学分析中的应用。
2. 核磁化学位移的基本概念核磁化学位移是指核磁共振谱中不同核的共振信号的位置。
它受到原子核周围电子环境的影响，因此可以用来反映分子结构和化学环境。
核磁化学位移通常以δ值表示，单位为ppm。
不同的官能团对核磁化学位移有着不同的影响。
3. 核磁化学位移与官能团的关系3.1 酮羰基官能团酮羰基官能团通常表现出较高的核磁化学位移值，一般在2.0至3.0 ppm左右。
这是因为酮羰基周围的电子环境会对相邻核的共振信号产生较大的影响，导致较高的核磁化学位移。
3.2 羧酸官能团羧酸官能团的核磁化学位移值一般较高，通常在10至13 ppm之间。
羧酸官能团中的羟基团和酚羟基团也会对核磁化学位移产生影响，导致信号在较高的化学位移位置出现。
3.3 烯烃官能团烯烃官能团通常表现出较低的核磁化学位移值，一般在5至7 ppm之间。
这是因为烯烃官能团周围的电子环境对相邻核的共振信号产生较小的影响，导致较低的核磁化学位移。
3.4 氨基官能团氨基官能团通常表现出较高的核磁化学位移值，一般在0至4 ppm之间。
氨基团中的氢原子对核磁化学位移产生较大的影响，导致信号在较高的化学位移位置出现。
4. 核磁化学位移在化学分析中的应用核磁化学位移作为NMR谱图中的重要参数，可以为化合物的结构鉴定提供关键信息。
通过对核磁化学位移的分析，可以确定化合物中存在的官能团类型，从而对化合物的结构进行推断和确认。
5. 个人观点和总结核磁化学位移是NMR谱图中的重要参数，它受到分子结构和官能团类型的影响。
通过对核磁化学位移的分析，可以为化合物的结构鉴定提供重要线索，对化学研究和分析具有重要意义。
深入理解核磁化学位移与官能团的关系，将有助于我们更准确地解读NMR谱图，推断化合物的结构，从而推动化学领域的发展和进步。
核磁常见基团化学位移
核磁常见基团化学位移
核磁共振（NMR）是一种常用的分析化学方法，可以用于识别化合物的结构和构象。
在核磁共振过程中，化学位移是一个重要的参数，它描述了各个核子相对于一定参考标准的NMR信号位置。
常见的基团化学位移如下：
1. 烷基和芳香基：烷基（CH3）的化学位移一般在0.8-1.2 ppm之间，而芳香基（Ar-H）的化学位移一般在6.5-8.5 ppm之间。
烷基和芳香基结合时，烷基的化学位移会被推至较高的数值。
2. 烯烃和炔烃：烯烃（C=C）和炔烃（C≡C）的化学位移一般在4.5-7.5 ppm 之间。
3. 羟基和氨基：羟基（OH）和氨基（NH2）的化学位移一般在1-5 ppm之间。
当它们结合在芳香杂环上时，它们的化学位移会产生较大的变化。
4. 卡宾：卡宾（C≡N）的化学位移一般在200-250 ppm之间，这是因为它的负电性较高。
5. 羰基和氰基：羰基（C=O）的化学位移在160-190 ppm之间，而氰基（C≡N）的化学位移在100-140 ppm之间。
羰基的化学位移还会受到其它官能团、
分子结构和化学环境的影响。
这些常见的基团化学位移可以帮助我们识别分子结构和化学功能团。
在实际应用中，根据不同的基团化学位移范围可以进行快速的计算和分析。
核磁共振氢谱(化学位移)
——化学位移(chemical shifts)
Produced by Jiwu Wen
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1
内容提要
化学位移的产生 化学位移的表示方法与测定 影响化学位移的因素 不同质子的化学位移
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2
化学位移的产生
•核磁共振条件及面临的问题
1. 核磁共振的条件小结:
(1)自旋核(I≠0)
蔽效应，σ称为屏蔽常数。
由于屏蔽效应不同导致化学环境不同的 原子核共振频率不同，因而在不同的位 置上出现吸收峰，这种现象称为化学位 移。
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4
化学位移的表示方法与测定
•高场与低场的区分
•化学位移的表示方法——位移常数
•测定和计算方法——标准物质(通常用TMS，即四甲基 硅)对照法：
样品TMS 106 仪器
(2)外加磁场B0 (3)外加射频的能量hv等于自旋核磁能级的能量差：
hv
E
h
2
B0
1 2
B0
2. 面临的问题：
从核磁共振条件式可以看出，磁性原子核的共振频率ν只和 磁旋比γ和外加磁场强度B0有关。那么，在一定条件下测定 时，所有1H只产生一条谱线，所有的13C也只产生一条谱线 ，这样对于有机物结构分析就没有什么意义。
(4)单键的磁各向异性效应
直立键上的氢核处于屏蔽区，在较高场，平伏键上的氢核处于去屏 蔽区，在较低场，化学位移值大约相差0.5 ppm。
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12
影响化学位移的因素
5. 氢键：分子形成氢键后，氢核周围的电子云密度降低 ，产生去屏蔽作用，化学位移向低场移动，增大。
6. 温度：大多数信号的共振位置受温度影响很小，但OH, -NH和-SH在升高温度时形成氢键的程度降低，化学 位移移向高场，降低。 7. 溶剂效应：溶剂的磁各向异性和溶质与溶剂之间形成 氢键将对溶质中不同位置的氢核的化学位移产生影响。
核磁共振与化学位移汇总
2. 化学位移的表示方法
(1)位移的标准 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TMS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。
03:25:28
二、影响化学位移的因素
factors influenced chemical shift
1．电负性--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 ， =1.6~2.0，高场；
-CH2I， =3.0 ~ 3.5,
03:25:28
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。
O
H
C OH C O
O ~2.1
H3C C
~3.0
~1.8
H 3C N H3C C C
~3.7 H H3C O
H CC
~0.9 H3C C
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 化学位移 δ(ppm)
第十一章 核磁共振波谱
分析法
nuclear magnetic resonance spectroscopy
化学位移计算公式
化学位移计算公式化学位移是描述化学反应中原子相对于其他原子的位置变化的参数，常用于研究化学反应的速率和反应机理。
在化学反应中，位移可以通过观察分子中化学键的变化来确定。
化学位移的计算公式可以根据化学反应的类型和分子的结构来确定。
以下是几种常见的化学位移计算公式的详细介绍。
1.氢核磁共振（NMR）化学位移氢核磁共振（NMR）是一种广泛应用于化学和生物化学研究的技术。
在氢核磁共振谱中，化学位移通常用化学位移差（δ）的形式表示，单位为ppm（parts per million）。
计算公式如下：δ=(v-v0)/νr其中，δ为化学位移差，v为峰的共振频率，v0为参考化合物（通常是四甲基硅烷，TMS）的共振频率，νr为仪器的扫描频率。
2. 紫外可见（UV-Vis）吸收光谱化学位移紫外可见吸收光谱是一种研究物质吸收特性的方法。
在UV-Vis吸收光谱中，化学位移通常用峰的位置（λ）的变化表示，单位为纳米（nm）。
计算公式如下：λ=λ0-Δλ其中，λ为吸收峰的位置，λ0为参考化合物的吸收峰位置，Δλ为λ相对于λ0的偏移量。
3.红外光谱化学位移红外光谱是一种用于研究化学物质中的键的震动和振动状态的方法。
在红外光谱中，化学位移通常用波数（ν）的变化表示，单位为cm-1、计算公式如下：ν=ν0±Δν其中，ν为吸收峰的波数，ν0为参考化合物的波数，Δν为ν相对于ν0的偏移量。
正负号表示吸收或发射光谱。
以上是几种常见的化学位移计算公式，不同类型的化学反应需要使用不同的公式来计算化学位移。
化学位移的计算可以提供关于化学反应机制和反应速率的重要信息，对于理解和设计化学反应具有重要意义。
核磁共振氢谱之化学位移
核磁共振氢谱之化学位移
当外界给予的能量恰为E时，原子核则可吸收该能量，从低能级运动方式跃迁到高能级运动方式，即发生核磁共振。
氢谱在核磁共振内有一个峰值，其出现化学位移是因为连接的官能团的影响，极性官能团与非极性官能团对氢谱的影响是一向左移,一向右移。
在有机化学书上，常见的吸电子基团（吸电子诱导效应用-I表示）NO2>CN>F>Cl>Br>I>C三C>OCH3>OH>C6H5>C=C>H羟基的吸电子效应比苯环稍大。
化学位移值是对某个原子的周围的化学环境的专一性的表示，化学环境不同，化学位移值就不同，通过数值，可以知道其周围的原子或者基团有哪些，推测其结构。
核磁共振氢谱中，甲基的和乙基的基本化学位移值分别为多少，咖啡因属于甲基黄嘌呤的生物碱.它的化学式是C8H10N4O2.分子量,194.19.它的化学名是1,3,7-三甲基黄嘌呤或3,7-二氢-
1,3,7-三甲基-1H-嘌呤。
核磁H谱化学位移
移数据，有助于更深入地研究分子结构和化学反应机理。
动态核极化技术
03
利用动态核极化技术增强核磁共振信号，提高化学位移的检测
灵敏度和准确性。
新的研究方向
生物医学应用
将核磁H谱化学位移技术应用于 生物医学领域，如药物研发、疾 病诊断和治疗等，以提供更准确
的分子结构和生物活性信息。
环境科学
探索核磁H谱化学位移技术在环境 科学领域的应用，如污染物检测、 生态系统和地球化学研究等。
创新研究方法
鼓励创新研究方法的发展，探索新的化学位移分析技术和数据处理方 法，提高技术的可靠性和准确性。
THANKS
感谢观看
高分子材料研究
核磁H谱化学位移可以研究高分子材 料的分子链结构、聚合度、支化度等 ，有助于了解材料的性能和加工行为 。
核磁H谱化学位移的原理
1 2 3
原子核的磁矩
原子核具有磁矩，在外加磁场的作用下，不同的 原子核会以不同的方式排列，产生不同的能级分 裂。
化学位移的产生
由于分子内部结构的差异，相邻的氢原子核之间 的相互作用力不同，导致它们在磁场中的位置发 生变化，产生化学位移。
无机化合物的合成和制备
核磁H谱化学位移可以用于无机化合物的合成和制备过程中，通过监测
氢原子位置和连接关系的变化，可以控制反应进程和提高产物纯度。
在生物化学中的应用
生物分子结构和功 能的测定
核磁H谱化学位移可以用于测 定生物分子中氢原子的位置和 连接关系，进而解析生物分子 的结构和功能。
代谢过程的监测
特点
具有高分辨率、高灵敏度、无损检测 等优点，广泛应用于有机化合物、高 分子材料、生物分子等的结构和组成 分析。
核磁H谱化学位移的重要性
核磁共振化学位移
核磁共振化学位移
核磁共振化学位移是核磁共振（NMR）技术中的一项重要参数，表示原子核在外加磁场中的共振频率与参考化合物（通常是TMS）相差的程度。
它在化学分析中广泛应用，用于确定分子结构、认证化合物、检测化学变化等方面。
化学位移是一个无量纲的物理量，通常用δ表示，定义为：
δ= (ν样品- ν参考)/ν参考×10^6
其中，ν样品是样品中某一种原子核的共振频率，ν参考是参考化合物中相同原子核的共振频率。
因为参考化合物的化学位移被定义为0，所以样品的化学位移可以为正或负。
化学位移的单位是ppm（parts per million）。
不同原子核的化学位移受到许多因素的影响，包括电子密度、环境、化学键状态等等。
因此，化学位移在化学分析中有着广泛的应用，可以用于确定化合物的分子结构、检测溶液中的杂质、研究化学反应中的中间体等等。
核磁溶剂化学位移
核磁溶剂化学位移
核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种重要的物质结构分析技术，利用核磁共振现象来研究物质的化学结构、溶剂效应等。
核磁溶剂化学位移是核磁共振谱中出现的化学位移与溶剂选择有关的一项参数。
下面是一份无引用的核磁溶剂化学位移的制作步骤和操作指南。
实验目的：
通过核磁共振谱的测定，研究不同溶剂对化合物的化学位移产生的影响。
实验器材：
核磁共振谱仪、试管、溶液瓶、量筒、移液管等。
实验步骤：
1. 准备溶剂：选择常用的溶剂如氯仿、二甲基甲酮、二氯甲烷等，并确保溶剂纯度。
2. 准备样品：选择所要研究的化合物样品，并保证其纯度和稳定性。
3. 将所需溶剂和样品分别装入不同的试管中，确保样品溶解在溶剂中。
4. 使用移液管将溶液从试管转移至核磁共振谱仪的样品容器中。
5. 设置核磁共振谱仪参数，如频率范围、扫描数目等。
6. 打开核磁共振谱仪，运行仪器，使其稳定后开始实验。
7. 获取核磁共振谱图：根据谱图显示的结果，记录化学位移的数值。
8. 重复实验：使用不同的溶剂，重复上述步骤，获取不同溶剂下的核磁溶剂化学位移。
9. 数据处理和分析：将实验结果整理并进行适当的数据分析。
注意事项：
1. 操作时需严格遵守实验安全规范，佩戴个人防护用品。
2. 选择适当的溶剂时，应考虑其溶解度、稳定性和对样品的影响。
3. 仪器操作时，请遵循厂家提供的指南。
以上是一份关于核磁溶剂化学位移的制作步骤和操作指南，旨在帮助进行相应实验的研究人员进行实验设计和操作。