核磁共振氢谱解析

合集下载

核磁共振氢谱原理解析

核磁共振氢谱原理解析

核磁共振氢谱原理解析
核磁共振氢谱原理是基于核磁共振现象的。

核磁共振是一种原子核具有自旋的现象,在外加磁场的作用下,具有不同自旋状态的原子核会在特定频率处吸收能量并发生翻转。

当外加的磁场方向改变时,吸收频率也会发生变化。

这个频率的大小与磁场强度和原子核自旋有关。

在氢谱中,利用氢原子核的自旋特性,将样品放入磁场中,通过改变磁场强度来改变吸收频率。

测量样品吸收的能量,并通过峰的数量和位置来确定样品中氢原子的种类和数量。

核磁共振氢谱原理是一种非常重要的分析方法,在化学、生物化学和医学等领域有广泛的应用。

核磁共振氢谱的解析 - 核磁共振氢谱的解析

核磁共振氢谱的解析 - 核磁共振氢谱的解析
(1)峰的数目:表示H核种类。 (2)峰的强度(面积):每类质子的数目(相对)。
(3)峰的位移( ):每类质子所处的化学环境。 (4)峰的裂分数:相邻碳原子上质子数。
例1:分子式为C4H7BrO2,NMR谱如图14-7, 推测结构。
(1) U=(2+2×4-8)/2=1
(2)H分布
a峰含H数=
1.6

例2:分子式为C10H12O2,NMR谱如下,推测结构并 解释峰归属。
d(5H)
a(3H)
c(2H) b(2H)
8
7
6
5
4
3
0
2
1
① U=5 ② d: d7.11, 5H 单峰
a: d1.9, 3H 单峰
b: d2.8,2H,三重峰 c: d=3.9,2H, 三重峰
O C CH3
O

CH2 CH2 O C CH3
单峰
10H 4.86H O
CH3 C

5H
• b δ=5.0 单峰 • c δ=7.0 单峰
O CH2
可能结构

CH3 C O CH2
第五节 核磁共振氢谱的解析
1. 计算U
2. 氢分布
依据吸收峰的面积(积分高度),计算
氢核数目。
a峰相当的H数
h
a
h

H总数
3. 根据化学位移和峰裂分数 ,判断基团 组成及连接情况。
4. 推出结构式。
H—C—OH —NH
活泼H,重水交换后峰消失 相邻C—H与—OH不发生偶合
单峰
1H-NMR谱图给出信息
例3:某化合物的分子式为C9H10O3,NMR谱如下。IR谱表 明该化合物结构中有羰基,NMR谱图中δ=11.3还有一吸收峰

核磁共振氢谱解析图谱的步骤

核磁共振氢谱解析图谱的步骤

核磁共振氢谱解析图谱的步调核磁共振氢谱核磁共振技术发展较早,20世纪70年代以前,主要是核磁共振氢谱的研究和应用。

70年代以后,随着傅里叶变换波谱仪的诞生,13C—NMR的研究迅速开展。

由于1H—NMR的灵敏度高,而且积累的研究资料丰富,因此在结构解析方面1H—NMR的重要性仍强于13C—NMR。

解析图谱的步调 1.先观察图谱是否符合要求;①四甲基硅烷的信号是否正常;②杂音大不大;③基线是否平;④积分曲线中没有吸收信号的地方是否平整。

如果有问题,解析时要引起注意,最好重新测试图谱。

2.区分杂质峰、溶剂峰、旋转边峰(spinning side bands)、13C卫星峰(13C satellite peaks) (1)杂质峰:杂质含量相对样品比例很小,因此杂质峰的峰面积很小,且杂质峰与样品峰之间没有简单整数比的关系,容易区别。

(2)溶剂峰:氘代试剂不成能达到100%的同位素纯度(大部分试剂的氘代率为99-99.8%),因此谱图中往往呈现相应的溶剂峰,如CDCL3中的溶剂峰的δ值约为7.27 ppm处。

(3)旋转边峰:在测试样品时,样品管在1H-NMR仪中快速旋转,当仪器调节未达到良好工作状态时,会出现旋转边带,即以强谱线为中心,呈现出一对对称的弱峰,称为旋转边峰。

(4)13C卫星峰:13C具有磁距,可以与1H偶合发生裂分,称之为13C卫星峰,但由13C的天然丰度只为1.1%,只有氢的强峰才干观察到,一般不会对氢的谱图造成干扰。

3.根据积分曲线,观察各信号的相对高度,计算样品化合物分子式中的氢原子数目。

可利用可靠的甲基信号或孤立的次甲基信号为尺度计算各信号峰的质子数目。

4.先解析图中CH3O、CH3N、、CH3C=O、CH3C=C、CH3-C等孤立的甲基质子信号,然后再解析偶合的甲基质子信号。

5.解析羧基、醛基、分子内氢键等低磁场的质子信号。

6.解析芳香核上的质子信号。

7.比较滴加重水前后测定的图谱,观察有无信号峰消失的现象,了解分子结构中所连活泼氢官能团。

氢谱解析知识点总结

氢谱解析知识点总结

氢谱解析知识点总结一、氢谱解析的原理氢谱解析是利用核磁共振(NMR)技术对物质中氢原子进行分析的一种方法。

其原理基于氢原子核在外加磁场下发生的磁共振现象,通过测量氢原子核的共振频率和强度,可以得到有关样品组成和结构的信息。

在氢谱解析中,采用的主要是质子核磁共振(1H-NMR)技术,即利用氢原子核的磁共振进行分析。

1.1 原子核的磁矩氢原子核由一个质子组成,其核自旋为1/2,因此具有磁矩。

在外加磁场下,氢原子核会产生磁偶极矩,这导致核在磁场中存在能级分裂现象,从而引起共振现象。

1.2 核磁共振现象当氢原子核处于外部磁场中时,其核磁矩会与外部磁场发生相互作用,导致核的能量发生分裂,分裂的能级差与外部磁场的强度成正比。

当外部磁场的强度等于核的共振频率时,会发生共振吸收,此时氢原子核会发生能级跃迁,产生共振信号。

通过测量共振频率,可以得到氢原子核的化学环境和结构信息。

1.3 化学位移在氢谱解析中,样品中的不同氢原子会由于其化学环境不同而呈现出不同的共振频率。

这是因为,氢原子的共振频率与其周围的化学环境有关,如化学键的种类和数目、邻近的官能团等。

这种现象称为化学位移,通过化学位移可以对不同氢原子进行识别和定量分析。

1.4 耦合效应在一些情况下,样品中的氢原子之间会发生相互耦合,使得它们的共振频率发生变化。

这种现象称为耦合效应,通过耦合效应可以得到关于氢原子之间的相互作用和化学键的信息,进一步帮助解析样品的结构和成分。

以上是氢谱解析的基本原理,了解这些知识点有助于加深对氢谱解析技术的理解,为后续的仪器分析和谱图解析打下基础。

二、氢谱解析的仪器分析氢谱解析的仪器主要是核磁共振谱仪,利用核磁共振谱仪可以对样品进行快速准确的分析。

核磁共振谱仪通常由磁体、射频系统、梯度磁场和检测器等部分组成,其工作原理是利用外部静态磁场和射频辐射来引起样品中核的共振现象。

2.1 磁体核磁共振谱仪中的磁体是用来产生外部静态磁场的装置,常见的磁体有永磁体和超导磁体。

第一章核磁共振氢谱解析

第一章核磁共振氢谱解析

2 芳环和芳杂环
苯环3J大于饱和碳链的3J,这是因为在苯环中耦合作用 传递比较好,典型数值为8 Hz. 由于吡啶环内有氮原子存在, 就像前面讨论的电负性基团的取代使饱和碳链的3J 减小一样, 吡啶环内靠近氮原子的3J数值下降.远离氮原子啶)靠近杂原子的3J数值下 降,远离杂原子的3J 数值则大些,但是比苯环的3J小不少。
C
Hd
(nb+1)(nc+1)(nd+1)=2×2 × 2=8
Ha裂分为8重峰
峰裂分数
HbHa Hc Hb C C C Br
HbHa Hc
Ha裂分为多少重峰?
Jba Jca
Jca Jba
4
3
2
1
0
Ha裂分峰:(3+1)(2+1)=12 实际Ha裂分峰:(5+1)=6 强度比近似为:1:5:10:10:5:1
• 常见官能团的化学位移 值(变化范围〉如表1. 1 所示.
1.1.2 影响化学位移的因素
核磁共振氢谱中影响化学位移的因素可以从官能团本身的性 质、取代基的影响和介质的影响等几个方面来进行讨论.
1 化学位移数值首先决定于官能团本身的性质 不饱和基团的值较大(苯环的值更大些) . 影响因素有: 1)官能团所含碳原子的s- p 电子杂化情况 与氢原子相连的碳原子如果从sp3杂化到Sp2 杂化,键电
先从一个简单的例子开始
该化合物存在分子的对称面,因此两个乙氧基出峰的位置相 同(其中的两个甲基在同一个位置出峰,两个亚甲基在同一个 位置出峰)。但是该对称面不平分OCH2的两个氢原子和它们 共同连接的碳原子的键角HCH,因此这两个氢原子具有不同 的化学位移数值, 因而它们形成AB 体系,产生四重峰. 旁边 的甲基使它们再四裂分,因此最后产生了16 重峰,远远超过 了简单的估计.

核磁共振氢谱解析

核磁共振氢谱解析

原子核的进动
在磁场中,原子核的自旋取向有2I+1个。各个取向由一个自旋量子 数m表示。
磁旋比:1H=26753, 2H=410 7,13C= 6726弧度/秒 高斯
N
2 H0 H0

自旋角速度ω,外磁场H0,进动频率ν
共振条件
原子核在磁场中发生能级分裂,在磁场的垂直方向上加小交变电场, 如频率为v射,当v射等于进动频率ν ,发生共振。低能态原子核吸收 交变电场的能量,跃迁到高能态,称核磁共振。
能级分裂
两种取向代表两个能级,m=-1/2能级高于m=1/2能级。
E
N
I
H 0 2 N H 0
核的回旋和核磁共振
当一个原子核的核磁矩处于磁场BO中,由于核自身的旋 转,而外磁场又力求它取向于磁场方向,在这两种力的 作用下,核会在自旋的同时绕外磁场的方向进行回旋, 这种运动称为Larmor进动。
Boltzmann分布
• 在质子群中处于高低能态的核各有多少?
• 在绝对温度0度时,全部核处于低能态 • 在无磁场时,二种自旋取向的几率几乎相等 • 在磁场作用下,原子核自旋取向倾向取低能态,但室温时热能比 原子核自旋取向能级差高几个数量级,热运动使这种倾向受破坏, 当达到热平衡时,处于高低能态的核数的分布服从Boltzmann分 布:
•1H-NMR o how many types of hydrogen ? o how many of each type ? o what types of hydrogen ? o how are they connected ?
NMR谱的结构信息
化学位移 偶合常数 积分高度
1. 核磁共振的基本原理
• • • • 原子核的磁矩 自旋核在磁场中的取向和能级 核的回旋和核磁共振 核的自旋弛豫

《核磁共振氢谱解析》PPT课件

《核磁共振氢谱解析》PPT课件

在解析糖类的氢谱时,需要注意 区分不同糖环类型的影响,以便 准确推断出糖类分子的结构特征 。
由于糖类分子结构的复杂性,其 氢谱信号可能会出现重叠现象, 需要仔细解析以获得准确的结论 。
05
氢谱解析的挑战与展望
复杂样品与混合物的解析
挑战
复杂样品和混合物中的多种成分可能 导致谱线重叠和干扰,增加了氢谱解 析的难度。
峰面积
表示某一峰的强度或高 度,通常与产生该峰的
质子数成正比。
积分线
对谱线进行积分,得到 积分线,可以用于定量
分析。
校正因子
由于不同化学环境对质 子自旋耦合的影响,需 要引入校正因子来准确
计算质子数。
03
氢谱解析实践
简单分子的氢谱解析
总结词
掌握基础解析方法
01
总结词
熟悉常见峰型
03
总结词
注意杂质的干扰
解决方案
采用先进的谱图解析技术和化学位移 差异法,结合分子结构和物理状态信 息,对重叠的谱线进行分离和鉴别。
高磁场下的氢谱解析
挑战
高磁场条件下,氢谱的分辨率和灵敏度得到提高,但同时也带来了谱线复杂化 和解析难度增加的问题。
解决方案
利用高磁场下的多量子跃迁和异核耦合等效应,结合计算机模拟和量子化学计 算,对高磁场下的氢谱进行解析。
氢谱解析技巧与注意事项
总结词
重视峰的归属与确认
总结词
在复杂氢谱中,应注意分辨和区分重 叠的峰,运用适当的技巧和方法进行 解析。
详细描述
在解析氢谱时,应重视每个峰的归属 与确认,确保解析结果的准确性。
详细描述
注意峰的重叠与分辨
04
氢谱解析案例分析
案例一:醇类的氢谱解析

核磁共振氢谱的解析

核磁共振氢谱的解析

2.2核磁共振氢谱的解析1、自旋偶合系统及分类(1)自旋-自旋偶合机理自旋核与自旋核之间的相互作用称自旋-自旋偶合(spin-spin coupling),简称自旋偶合。

下图是1,1,2-三氯乙烷的1HNMR谱。

双峰和三峰的出现是由于相邻的氢核在外加磁场B中产生不同的局部磁场且相互影响造成的。

CHCl2中有两种取向,与B同向和与B反向,粗略认为二者几率相等。

同向取向使CH2Cl的氢感受到外磁场强度稍稍增强,其共振吸收稍向低场(高频)位移,反向取向使CH2Cl的氢感受到的外磁场强度稍稍降低,其共振吸收稍向高场(低频)端位移,故CH使CH2裂分为双峰。

这种自旋-自旋偶合机理,认为是空间磁性传递的,即偶极-偶极相互作用。

对自旋-自旋偶合的另一种解释,认为是接触机理。

即自旋核之间的相互偶合是通过核之间成键电子对传递的。

根据Pauling原理(成键电子类的自旋方向相反)和Hund规则(同一原子对成键电子应自旋平行)及对应的电子自旋取向与核的自旋取向相同时,势能稍有降低,以Ha -C-C-Hb为例分析。

无偶合时Hb有一种跃迁方式,所吸收的能量为,在Ha 的偶合作用下,Hb有两种跃迁方式,对应的能量分别为E1,E2。

在Hb 的偶合作用下,Ha也被裂分为双峰,分别出现在处,峰间距等于Jab,J为偶合常数。

所以自旋-自旋偶合是相互的,偶合的结果产生谱线增多,即自旋裂分。

偶合常数(J)是推导结构的又一重要参数。

在1HNMR谱中,化学位移(δ)提供不同化学环境的氢。

积分高度(h)代表峰面积,其简化为各组数目之比。

裂分峰的数目和J值可判断相互偶合的氢核数目及基团的连接方式。

(2)n+1规律某组环境完全相等的n个核(I=1/2),在B中共有(n+1)种取向,使与其发生偶合的核裂分为(n+1)条峰。

这就是(n+1)规律,概括如下:某组环境相同的氢若与n个环境相同的氢发生偶合,则被裂分为(n +1)条峰。

某组环境相同的氢,若分别与n个和m个环境不同的氢发生偶合,且J值不等,则被裂分为(n+1)(m+1)条峰。

核磁共振氢谱的解析要点

核磁共振氢谱的解析要点

2.2核磁共振氢谱的解析1、自旋偶合系统及分类(1)自旋-自旋偶合机理自旋核与自旋核之间的相互作用称自旋-自旋偶合(spin-spin coupling),简称自旋偶合。

下图是1,1,2-三氯乙烷的1HNMR谱。

双峰和三峰的出现是由于相邻的氢核在外加磁场B中产生不同的局部磁场且相互影响造成的。

CHCl2中有两种取向,与B同向和与B反向,粗略认为二者几率相等。

同向取向使CH2Cl的氢感受到外磁场强度稍稍增强,其共振吸收稍向低场(高频)位移,反向取向使CH2Cl的氢感受到的外磁场强度稍稍降低,其共振吸收稍向高场(低频)端位移,故CH使CH2裂分为双峰。

这种自旋-自旋偶合机理,认为是空间磁性传递的,即偶极-偶极相互作用。

对自旋-自旋偶合的另一种解释,认为是接触机理。

即自旋核之间的相互偶合是通过核之间成键电子对传递的。

根据Pauling原理(成键电子类的自旋方向相反)和Hund规则(同一原子对成键电子应自旋平行)及对应的电子自旋取向与核的自旋取向相同时,势能稍有降低,以Ha -C-C-Hb为例分析。

无偶合时Hb有一种跃迁方式,所吸收的能量为,在Ha 的偶合作用下,Hb有两种跃迁方式,对应的能量分别为E1,E2。

在Hb 的偶合作用下,Ha也被裂分为双峰,分别出现在处,峰间距等于Jab,J为偶合常数。

所以自旋-自旋偶合是相互的,偶合的结果产生谱线增多,即自旋裂分。

偶合常数(J)是推导结构的又一重要参数。

在1HNMR谱中,化学位移(δ)提供不同化学环境的氢。

积分高度(h)代表峰面积,其简化为各组数目之比。

裂分峰的数目和J值可判断相互偶合的氢核数目及基团的连接方式。

(2)n+1规律某组环境完全相等的n个核(I=1/2),在B中共有(n+1)种取向,使与其发生偶合的核裂分为(n+1)条峰。

这就是(n+1)规律,概括如下:某组环境相同的氢若与n个环境相同的氢发生偶合,则被裂分为(n +1)条峰。

某组环境相同的氢,若分别与n个和m个环境不同的氢发生偶合,且J值不等,则被裂分为(n+1)(m+1)条峰。

核磁共振氢谱自旋系统与解析

核磁共振氢谱自旋系统与解析

AB2 系统
2 系 统 比 较 复 杂 , 最 多 时 出 现 9 条 峰,其中A 4条峰, 1H; B 4条峰,2H; 1条综合峰。
常见的AB2系统如下
(注意:虽结构不对称,但值相近)
A
B
B
H3C N CH3
A
B
B
Y
Y
X
Cl
B
NO2
B
A
Cl
NO2 OH
B
A
COOH
B
CH3 CH3
B
B A
NO2
随着ΔvAB/J 值的降低,二者化
学位移接近,综合峰强度增大。
AB2系统的化学位移和偶合常数 由下式求出:
vA = v3
vB
=
1 2
(
v5+
v7)
JAB
=
1 3
{[1-4]
+
[6-8]}
例: 2,6-二甲基吡啶的1HNMR谱(60MHz)如下:
v1 ~ v8 依次为456, 449.5, 447, 440.5, 421.5,420.5, 414, 412.5Hz
理。AB四重峰进一步被X裂分为8条峰。
根据峰形的相对强度和4个相等的裂距,找出两 个AB四重峰,如 1,3,5,7和2,4,6,8峰。
JAB ≈ [1-3]=[5-7]=[2-4]=[6-8] JAX ≈ [1-2]=[3-4] JBX ≈ [5-6]=[7-8] 若ΔvAB/ J 值太小,需进行较复杂的计算。
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

核磁共振氢谱几种解析方法(精华版)

核磁共振氢谱几种解析方法(精华版)

2.3核磁共振氢谱解析方法1、核磁共振氢谱谱图的解析方法a.检查整个氢谱谱图的外形、信号对称性、分辨率、噪声、被测样品的信号等。

b.应注意所使用溶剂的信号、旋转边带、C卫星峰、杂质峰等。

c.确定TMS的位置,若有偏移应对全部信号进行校正。

d.根据分子式计算不饱和度u。

e.从积分曲线计算质子数。

f.解析单峰。

对照附图I是否有-CH3-O-、CHCOCH3N=、CH3C、RCOCH2Cl、RO-CH2-Cl等基团。

g.确定有无芳香族化合物。

如果在6.5-8.5范围内有信号,则表示有芳香族质子存在。

如出现AA`BB`的谱形说明有芳香邻位或对位二取代。

h.解析多重峰。

按照一级谱的规律,根据各峰之间的相系关系,确定有何种基团。

如果峰的强度太小,可把局部峰进行放大测试,增大各峰的强度。

i.把图谱中所有吸收峰的化学位移值与附图I相对照,确定是何官能团,并预测质子的化学环境。

j.用重水交换确定有无活泼氢。

k.连接各基团,推出结构式,并用此结构式对照该谱图是否合理。

再对照已知化合物的标准谱图。

2、核磁共振氢谱谱图解析举例例1:已知某化合物分子式为C3H7NO2。

测定氢谱谱图如下所示,推定其结构。

解析计算不饱和度u=1,可能存在双键,1.50和1.59ppm有小峰,峰高不大于1个质子,故为杂质峰。

经图谱可见有三种质子,总积分值扣除杂质峰按7个质子分配。

从低场向高场各峰群的积分强度为2:2:3,可能有-CH2-、-CH2-、-CH3-基团。

各裂分峰的裂距(J),低场三重峰为7Hz,高场三重峰为8Hz,所以这两个三峰没有偶合关系,但它们与中间六重峰有相互作用。

这六重峰的质子为2个,所以使两边信号各裂分为三重峰。

则该化合物具有CH3-CH2-CH2-结构单元。

参考所给定的分子式应为CH3-CH2-CH2-NO2,即1-硝基丙烷。

例2:已知某化合物分子式为C7H16O3,其氢谱谱图如下图所示,试求其结构。

解析计算不饱和度u=0,为饱和化合物。

核磁共振氢谱解析

核磁共振氢谱解析

核磁共振氢谱解析
核磁共振氢谱(NMR)是一种分析有机分子结构的技术。

在该技术中,核磁共振仪会对样品中的氢原子进行激发,使其产生共振信号,然后测量该信号的频率和强度。

利用核磁共振氢谱技术可以确定分子中不同类型氢原子的相对数量和结构。

每种氢原子所产生的信号的位置、强度和形状均有所不同,可以通过与已知的标准进行比较,从而确定分子结构中每个氢原子的位置和数目。

在解析核磁共振氢谱时,可以通过以下步骤进行:
1. 确定信号的化学位移:信号的化学位移是指共振信号在谱图中所处位置的数值。

该数值可以通过将信号的频率与参考化合物的信号频率进行比较得出。

2. 确定信号的数量:每种不同类型的氢原子所产生的信号数量是确定的,可以通过比较谱图中各个信号的峰的面积或积分来确定每种氢原子的相对数量。

3. 确定信号的形状:不同类型氢原子产生的信号的形状可以有所不同,可能是单峰、双峰或多峰。

该信号形状可以提供分子结构的信息。

4. 确定化合物的结构:通过确定化学位移、数量和形状,可以确定化合物中氢原子的位置和数目,从而确定化合物的结构。

总之,核磁共振氢谱解析是一种能够确定有机分子结构的技术,对有机化学和药物化学等领域具有重要的应用价值。

分析化学课件-核磁共振氢谱的解析

分析化学课件-核磁共振氢谱的解析
d峰为 0.6 1H 0.6
二、核磁共振氢谱的解析方法
(一)解析顺序 1.首先检查内标物的峰位是否准确,底线是否平坦,
溶剂中残存的 1H 信号是否出现在预定的位置。 2.根据已知分子式,算出不饱和度U。 3.根据氢谱的积分曲线计算出各个信号对应的 H
数即氢分布。
4.先解析孤立甲基峰,例如,CH3-O- 、CH3-N -及CH3-Ar等均为单峰。
(b)
图14-9 C9H9Br02 1H-NMR谱
(a) (b)
解析:(1)计算不饱和度
U 2 2 9 10 5 2
(2)推测结构式
由紫外光谱得知有 B 带和 R 带,说明 2个结 构式中均含有苯环和羰基。又由红外光谱得知化合物 (a)在指纹区位于840cm-1处有一吸收带,可以推测可 能为对取代苯;化合物(b)在指纹区800cm-1,890cm-1 左右有两个吸收峰,可能为间取代苯。
2.氢分布
a: 6H(1.8cm) b: 1H(0.3cm) c: 2H(0.6cm) d: 2H(0.6cm) e: 2H(0.6cm)
可能有苯环
3. 推断
a: 二重峰(6个H) 可能为
CH3 CH
CH3
b: 七重峰(1个H)
CH3 CH
CH3
可能为
c: (2H) 单峰
C9H13N C6H4 --) C3H7
3.51 单峰
2
3.60 单峰
3
7.20 单峰
5
可能结构式为:
可能基团 CH2 CH3
相邻基团
O CH2 C
O CH3
O CH2 C O CH3
(1) O
CH2 O C CH3
(2)
O O CH2 C CH3

核磁共振氢谱图谱解析

核磁共振氢谱图谱解析

核磁共振氢谱图谱解析1. 引言核磁共振氢谱是一种利用核磁共振技术研究物质中氢原子的化学环境和结构的方法。

氢是最常见的元素之一,广泛存在于化学化工、生物医药等领域。

通过核磁共振氢谱图谱的解析,可以了解样品的分子结构、官能团和化学环境等信息,对于化学合成、物质性质研究、质量控制等具有重要意义。

本文将介绍核磁共振氢谱图谱的基本原理、谱峰解析步骤和谱峰解析的应用实例,帮助读者更好地理解和应用核磁共振氢谱图谱解析技术。

2. 核磁共振氢谱基本原理核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)基于原子核的磁性和电磁波的相互作用,通过施加磁场和射频脉冲来激发样品中的氢原子核,根据吸收或发射电磁波的频率差异来获得谱图信息。

核磁共振氢谱图谱的横坐标表示化学位移或称为化学位移标尺(Chemical Shift, δ),单位为ppm(parts per million)。

纵坐标表示吸收强度或强度积分。

3. 核磁共振氢谱图谱解析步骤3.1 样品准备样品是进行核磁共振氢谱图谱解析的基础,需要制备纯度高、浓度适宜的样品。

样品制备时要注意避免杂质的干扰,需选用适合的溶剂,并校正溶剂的化学位移标尺。

3.2 光谱仪参数设置在进行核磁共振实验前,需要根据样品的特点和要研究的问题来调整光谱仪的参数。

如调节磁场强度、扫描速度、脉冲宽度和接收增益等。

3.3 谱峰解析核磁共振谱峰的位置、形状和峰面积等参数与样品的结构和环境密切相关,通过分析谱峰的特征来推断样品的化学结构。

谱峰解析通常包括以下几个方面的内容:3.3.1 化学位移解析化学位移是谱图上谱峰的位置信息,表示了不同原子在化学环境中所受到的磁场强度的差异。

通过与参考物质的化学位移进行比较,可以推断样品中含有的官能团和化学结构。

3.3.2 耦合常数解析耦合常数是指谱图上峰之间的距离信息,用于描述不同耦合离子对之间的相互作用。

通过分析谱峰之间的相对位置和大小关系,可以预测样品中的化学键和官能团。

mest核磁共振氢谱解析

mest核磁共振氢谱解析

mest核磁共振氢谱解析
核磁共振氢谱(1H-NMR)是利用核磁共振技术测定有机化合物中氢原子核的共振频率,从而确定该物质的一种谱图。

通过核磁共振氢谱,可以获得许多关于有机化合物结构的信息,如化学位移、耦合常数等。

首先,化学位移是一个重要的参数,它反映了氢原子核在磁场中的相对位置。

通过比较标准物质(如四甲基硅烷)的化学位移,我们可以确定目标化合物的氢原子核所处的化学环境。

例如,质子附近的键若带有给电子基团,其化学位移值会向低场移动;若带有吸电子基团,其化学位移值会向高场移动。

其次,耦合常数是核磁共振氢谱中的另一个重要参数。

它反映了不同氢原子核之间的相互作用。

通过分析耦合常数,可以推断出分子中氢原子的连接方式和排列顺序。

例如,甲基上的三个氢原子之间的耦合常数通常为7.2 Hz左右,而醛基上的氢原子与甲基氢原子之间的耦合常数可能会有所不同,这为我们判断分子中的特定结构提供了依据。

除此之外,核磁共振氢谱的峰型和峰面积也能提供重要信息。

峰型可以反映氢原子核的磁不等价性,而峰面积则与相应氢原子核的数目成正比。

通过比较不同峰的面积,我们可以大致计算出目标化合物中各种类型氢原子的数目比。

综上所述,通过核磁共振氢谱解析,我们可以获得关于有机化合物结构的丰富信息,如化学位移、耦合常数、峰型和峰面积等。

这些信息对于有机化学、药物化学和材料科学等领域的研究具有重要意义。

例如,在药物研发中,通过核磁共振氢谱解析可以深入了解药物分子的三维结构,为其优化设计和合理改造提供有力支持。

同时,核磁共振氢谱技术也在食品安全、环境监测等领域得到广泛应用,为保障人类健康和社会可持续发展发挥了重要作用。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
2D与1H的耦合主要出现在氘代溶剂中,J
值 约为1H和1H耦合的1/6.5。例如使用氘代丙酮 作溶剂时,常常能在2.05ppm处发现一个裂 距很小的五重峰;
13C因天然丰度仅1%左右,它与1H的耦合在一
般情况下看不到;
19F、31P与1H的耦合比较重要,19F、31P的自旋
量子数均为1/2,所以它们对1H的耦合符合n+1 规律
• 芳烃和烯烃的各向异性效应
+ -






苯环上H的=7.27;
乙烯的=5.23
H H H H H H H H H H
H H H H H H H H
安纽烯有18个H。

12 个环外 H ,受到强的 去屏蔽作用, 环外氢 8.9; 6 个环内 H ,受到高度 的屏蔽作用, 环内氢 -1.8。


在非极性溶剂中,浓度越稀,越不利于形成氢 键。随着浓度减小,质子共振向高场移动;
改变测定温度或浓度,观察谱峰位置改变可确 定OH或NH等产生的信号; 分子内氢键的生成与浓度无关,相应的质子总 是出现在较低场。
(6) 溶剂效应
由于溶质分子受到不同溶剂影响而引起的化 学位移变化称为溶剂效应。例如:
19F与1H之间的耦合较强,从相隔2个键到5
个键的耦合都能观测到;31P对1H的耦合相对 较弱。
4.3.3 一级谱图的解析
1H
NMR所能提供的信息 –化学位移值 –耦合(自旋裂分峰形和耦合常数) –各峰面积之比(积分曲线高度比)
1. 对下列谱图进行指认
a CH3 O b c g e d f CH2 CH2 CH2 C OH O

(3) 活泼氢的化学位移

活泼氢是指与氧、氮及硫原子直接相连的 氢。 能形成氢键和发生交换反应,因此化学位 移值受测定时温度、样品浓度以及所用溶 剂等因素影响,在一定范围内变化。表4- 11中列出各类活泼氢 值的范围。

4.3.2
耦合作用的一般规则 和一级谱图
1.核的等价性

化学等价(化学位移等价) 分子中处于相同化 学环境的相同原子或基团。
HA X HA' HB Y HB' X HA' Y HA Y HB

2. 耦合作用的一般规则

一组磁等价的核如果与另外 n 个磁等价的核 相邻时,这一组核的谱峰将被裂分为2nI+1 个峰,如I=1/2,裂分峰数目等于n+1个, 通常称为“n+1规律”。 如某组核既与一组 n 个磁等价的核耦合,又 与另一组 m个磁等价的核耦合,且两种耦合 常数不同,则裂分峰数目为 (n+1)(m+1)。
J0: =0时的J 值,J180: =180时的J 值, J180 J0;C 为常数。
例如环己烷的 3J
两面角
耦 合 质 子
H H
3
J 计算值 /Hz 9.2
3
J 实验值 /Hz 8~14
(aa)
aa180
H H
(ae)
H
ae60 ee60
1.8
1~5
H
(ee)


因耦合而产生的多重峰相对强度可用二项式 (a+b)n 展开的系数表示,n为磁等价核的个 数; 裂分峰组的中心位置是该组磁核的化学位移 值。裂分峰之间的裂距反映耦合常数J 的大 小;


磁等价的核相互之间有耦合作用,但没有谱 峰裂分的现象。
3. 一级谱图

符合上述规则的核磁共振谱图称为一级谱图。 一般规定相互耦合的两组核的化学位移差 (以频率Hz表示)至少是它们的耦合常数的6 倍以上,即 /J 6时,得到的谱图为一级谱 图。 /J 6时为高级谱图,高级谱图中磁核之间 耦合作用不符合上述规则。
(1) 诱导效应 核外电子云的抗磁性屏蔽是影 响质子化学位移的主要因素。 邻近原子或基团的电负性大小
CH3X

X电负性 CH3X

X电负性
CH3F 4.26 4.0 CH3CH3 0.88 2.5
CH3OCH3 3.24 3.5 CH3H 0.2 2.1
CH3Cl 3.05 3.1 CH3Li -1.95 0.98
1.8
1~5
对乙烯型的 3J 而言,因为分子是一平面结构, 处于顺位的两个质子, =0;而处于反位的 两个质子, =180。所以3J反 总是大于3J顺。 二者均与取代基的电负性有关,随着电负性 增加耦合常数减小。

H C C X
H H
取代基 3J 顺
3J 反
-Li -CH3 -F 19.3 10.0 4.7 23.9 16.8 12.
.. CH3 b C N H CH3 a O
O
+ CH3 b C N H CH3 a
- 在氘代氯仿溶剂中,b2.88;a2.97。 - 逐步加入各向异性溶剂苯,a和b甲基的化学 位移逐渐靠近,然后交换位置。
­ £ O
b
£ C H3C « H N CH3
a
由于存在溶剂效应,在查阅或报道核磁共振 数据时应注意标明测试时所用的溶剂。如使用 混合溶剂,还应说明两种者的比例。
羧 酸
烯 醇 醛 芳香烃
烯烃
炔烃 XCHn CCHn 2 1 0
14 13 12 11 10
9
8
7
6
5
4
3
(2)1H化学位移的数据表和经验公式
利用数据表和经验公式可得到某一化学环 境中质子化学位移比较准确的数值。
烷烃和取代烷烃 –表 4 - 6 和 4 - 7 –式(4-21)(shoolery公式)和表4-8 烯氢 式(4-22)和表4-9 芳烃 式(4-23)和表4-10
结果在核磁共振谱图上,只观测到一个平均 的活泼氢信号,信号的位置与溶液中羧酸和水 的摩尔比有关: 观测=Naa+Nbb
2.各类1H的化学位移
(1) 各种基团中质子化学位移值的范围 化学位 移是利用核磁共振推测分子结构的重要依据, 了解并记住各种类型质子化学位移分布的大致 情况,对于初步推测有机物结构类型十分必要。
两个电负性基团分别通过共价键和氢键产生吸 电子诱导作用,使共振发生在低场。 分子间氢键的形成与样品浓度、测定温度以及 溶剂等有关,因此相应的质子 不固定,如醇 羟基和脂肪胺基的质子 一般在0.5~5,酚羟 基质子则在4~7。
氢键形成对质子化学位移的影响规律:

氢键缔合是放热过程,温度升高不利于氢键形 成,能形成氢键的质子谱峰向高场移动;
(7) 交换反应
当一个分子有两种或两种以上的形式,且各 种形式的转换速度不同时,会影响谱峰位置和 形状。如N,N-二甲基甲酰胺在不同温度下甲基 信号的变化:
分子之间的交换反应
-OH、-NH2等活泼氢可在分子间交换。如羧 酸水溶液中发生如下交换反应:
RCOOH(a)+HOH(b) RCOOH(b)+HOH(a)

b' c'
fH
例 2:
g
H
C C
H
e
d
C O CH 2 O
c a b CH2 CH2 CH3
f
2. 1H NMR谱图解析步骤



根据分子式计算化合物的不饱和度f。 测量积分曲线的高度,进而确定各峰组对应的 质子数目。 根据每一个峰组的化学位移值、质子数目以 及峰组裂分的情况推测出对应的结构单元。 计算剩余的结构单元和不饱和度。 将结构单元组合成可能的结构式。 对所有可能结构进行指认,排除不合理的结构。 如果依然不能得出明确的结论,则需借助于其 他波谱分析方法
HA X HA' HB Y HB' X HA' Y HA Y HB

一般规律 –甲基上的三个氢或饱和碳上三个相同基团 化学等价; –固定环上CH2的两个H不化学等价; –与手性碳直接相连的CH2上两个H不化学等价; –单键不能自由旋转时,连在同一碳上的两 个相同基团不化学等价。
磁等价 不仅化学位移相同,而且还以相同的 耦合常数与分子中的其他核耦合。
核磁共振氢谱解析
低场

高场
横坐标为化学位移值,代表谱峰位置; 台阶状的积分曲线高度表示对应峰的面积。 在1H谱中峰面积与相应的质子数目成正比; 谱峰呈现出的多重峰形是自旋-自旋耦合引 起的谱峰裂分。
第一节
1H
的化学位移
1.影响化学位移的因素
2. 各类1H的化学位移
1.影响化学位移的因素
(3) 远程耦合 远程耦合是指超过三个化学键以上的核 间耦合作用; 只有当两个核处于特殊空间位置时,跨 越四个或四个以上化学键的耦合作用才 能检测到; 耦合常数很小。

(4) 质子与其他核的耦合
有机化合物含有其他的自旋量子数不等 于零的核,如2D、13C、14N、19F、31P等。这 些核与1H也会发生耦合作用,使吸收峰发生裂 分。
CH3
I b c 0.9 2.6
II 0.9 +0.35=1.25 1.3+0.3=1.6
3.1H NMR谱图解析时的注意事项

区分杂质峰、溶剂峰和旋转边带等非样 品峰;


注意分子是否有对称性;
注意分子中活泼氢产生的信号;

注意不符合一级谱图的情况。
来。如环己烷直立氢(Hax)和平伏氢(Heq) 的化学位移值不同。
环己烷C-1上的氢, 2-3键和5-6键 的作用使直立氢(Hax)处于屏蔽区,而 平伏氢(Heq)处于去屏蔽区,两者的化 学位移差HeqHax0.5ppm。
(5) 氢键的影响
R R O H

O C R
H O CH C R
H O

4.影响耦合常数的因素
相关文档
最新文档