第三章核磁共振谱
核磁共振谱
在使用氘代试剂时，由于氘代度不会是100％，在谱图中常会出现残 留质子的吸收。在13C NMR谱中也会出现相应的吸收峰。在配制样品溶液 时，除考虑溶解度以外，还要考虑可能的溶剂峰干扰。必要时可以更换 溶剂，以检查某些峰是否被溶剂峰掩盖。 表3-3列出常用溶剂产生的溶剂峰的化学位移和裂分情况。
12
13
在60MHz仪器上，某一基团相对于TMS在60Hz处共振，则 其化学位移表示为： δ 所表示的是该吸收峰距原点的距离。其单位是ppm(百 万分之一)，是核磁共振波谱技术中使用的无量纲单位。
16
核磁共振波谱和常用术语表示为：
大多数有机化合物的1H NMR信号出现在TMS的左侧，规定为正值； 少数化合物的信号出现在TMS右侧的高场区，用负号表示。 选用四甲基硅烷TMS作化学位移参比物质的原因是它的12个质子受 到硅原子的强屏蔽作用，在高场区出现一个尖锐的强峰，它在大多数 有机溶剂中易溶，呈现化学惰性；沸点低(26.5℃)因而样品易回收。 在氢和碳谱中都设为δ TMS=0。
11
在NMR谱测定时，多使用氘代试剂。在使用不同的氘代试剂和观测 谱宽时，需设置不同的观测偏置(如表3-2所列)。以使所有吸收峰出现在 谱图合适的位置上，并避免谱带的折叠。所谓谱带折叠是指观测谱宽设 置不够时，超过高场区域的峰会折叠到低场区域或超过低场区域的峰会 折叠到高场区域，干扰谱图的解析。
表3-2不同氘代试剂和谱宽时的观测偏置(KHz)(90MHz仪器)
3.2 饱和和弛豫
3.2.1 饱和
式(3-2) 表明，处于低能态和高能态核 的数目与能级差和温度有关。一般Δ E很小，约为10-6kJ.mol-1， 在1.41特斯拉磁场中，在室温下每一百万个原子核中处于低 能态的核仅比高能态的核多约6个(在较高的H0和低温下，这个 差值会增大)。 当受到适当频率的射频场照射时，原子核吸收能量，由 +1/2态跃迁到-1/2态，使n+减少而n-增加。当n+=n-时，吸收和 辐射能量相等。就不再有净吸收，核磁共振信号消失，这个 体系就处于饱和状态。 处于高能态的核可以通过某些途径把其多余的能量传递 给周围介质而重新回到低能态，这个过程叫做弛豫。 弛豫主要有自旋-晶格弛豫和自旋-自旋弛豫两种机制。
第三章：核磁共振(峰的裂分及偶合常数)
1 ↑ ↑ J/2 + J/2 = J 2 ↓ ↓ ‒J/2 + (‒J/2) = ‒J 3 ↑ ↓ J/2 + (‒J/2) = 0 4 ↓ ↑ ‒J/2 + J/2 = 0
.
氢核共振峰的裂分数目及强度比取决于干扰核的自 旋方式共有几种排列组合。
.
氢核自旋偶合干扰而裂分的小峰数（N）有如下公式：
N = 2nI + 1；氢核 I = 1/2 → N = n + 1
.
例：
CH3CH2Br中，试求CH3（Ha）及 CH2（Hb）共 振峰精细结构的小峰数（N）及各小峰的相对面积比。
解:（1）求 N N(Ha) = 2nI+1 = 2 × 2 × 1/2 + 1 = 3 N(Hb) = 2nI+1 = 2 × 3 × 1/2 + 1 = 4
H
H
H
H
H
H
H
H
1.0
1.0 ~ 1.4
1.7 ~ 2.6
6.8 ~ 8.7
H
H 8.0
H
H
10
.
H
H 18
② π系统，如烯丙基、高烯丙基以及芳环系统中， 因电子流动性较大，故即使超过三根键，相互之 间仍可发生偶合，但作用较弱（ J远 0 ~ 3 Hz）。
H H
H
H
H
1.0 ~ -2.0 H
1.0 ~ 5.0
① 当两个氢核正好位于英文字母“W”的两端时， 虽然间隔超过了三根单键，相互之间仍可发生远 程偶合，但J远 较小，仅约为1Hz，谓之W型偶合。
H
H
H
H H
H HOH2C
有机化合物波谱解析第三章 核磁共振(NMR)
• 目的要求 • 1. 掌握核的能级跃迁与电子屏蔽效应的关系以及
影响化学位移的主要因素，能根据化学位移值初步 推断氢或碳核的类型 • 2. 掌握磁不等同的氢或碳核、1H-NMR谱裂分情况、 偶合常数
• 3. 掌握低级偶合中相邻基团的结构特征，并能初 步识别高级偶合系统
• 4. 掌握常见13C-NMR谱的类型及其特征 • 5. 熟悉发生核磁共振的必要条件及其用于有机化
合物结构测定的基本原理
• 6. 了解脉冲傅立叶变换核磁共振测定方法的原理 • 7. 了解1H-NMR及13C-NMR的测定条件以及简化图谱
的方法，并能综合应用图谱提供的各种信息初步判 断化合物的正确结构
主要内容
• 1. 核磁共振原理 • 2. 核磁共振仪器 • 3. 氢核磁共振（1H-NMR） • 碳核磁共振（13C-NMR） •
然而，要给出尖锐的NMR峰，以提高分 辨率，需要驰豫时间长，互相矛盾，最佳 半衰期范围在0.1-1秒，相应的谱线宽度为 1cps。
4）核的进动与核的共振
质子在外加磁场作用下，产生怎样的动力方式呢？ E=μHB0
ΔE0
E=-μHB0 HB00 陀螺在与重力作用方向吸偏差时，就产生摇头动力， 称为进动。核磁矩在静磁场环境中围绕B0以ω角频 率进动，称之为拉摩尔（Larmor）进动.
• BN = B0 - ·B0
• BN = B0·(1 - ) • 氢核外围电子云密度的大小，与其相邻
原子或原子团的亲电能力有关，与化学 键 子 高 ·B的 云 场0亦类密；小C型度H；有大3-共关，O，振。·氢吸B如0核收大CH外出，3-围现共Si电振在，子吸低氢云收场核密出。外度现围小在电，
B0
二、产生核磁共振的必要条件
第三章 核磁共振波谱法
第三章核磁共振波谱法⏹核磁共振（NMR）现象的发现1945 年，Stanford 大学F. Bloch （波塞尔）领导的研究小组和Harvard 大学E. M. Purcell （布洛赫）领导的研究小组几乎同时发现了核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)现象，他们分别观测到水、石蜡中质子的核磁共振信号。
⏹对NMR 作出贡献的12位Nobel得主他们二人因此获得1952 年诺贝尔物理学奖。
⏹Richard R. Ernst唯一一位因为在核磁共振方面的突出贡献获而得Nobel化学奖的科学家.⏹应用领域广泛今天，核磁共振已成为鉴定有机化合物结构及研究化学动力学等的极为重要的方法。
在有机化学、生物化学、药物化学、物理化学、无机化学及多种工业部门中得到广泛的应用。
另外，核磁共振成像技术已经普遍应用于临床。
⏹【基本要求】理解核磁共振谱的基本原理，基本概念和常用术语掌握核磁共振谱与有机化合物分子结构之间的关系掌握运用核磁共振谱解析分子结构的方法⏹【重点难点】核磁共振谱与有机化合物分子结构之间的关系核磁共振谱解析分子结构的方法⏹§1 核磁共振的基本原理1.1 原子核的自旋和自旋磁矩量子力学和实验都证明原子核的自旋运动与自旋量子数I 有关，而自旋量子数I 取决于原子的质量数(A)和原子序数(Z)：原子核是由中子与质子组成。
质子与中子数为偶数的核，其自旋量子数I=0，没有自旋运动，例如12C、18O、32S等核。
质子数与中子数其中之一为奇数I≠0，具有自旋现象，例如1H、13C、19F、31P、14N、35Cl等核。
（质子数=核电荷数=原子序数）⏹自旋量子数I ≠ 0 的原子核都有自旋运动，并且核带有一定的正电荷。
这些电荷也围绕着自旋轴旋转，从而产生循环电流，循环电流就会产生磁场。
因此凡是I ≠ 0的原子核都会产生磁矩。
其自旋磁矩μ = γ P。
μ是一个矢量，其方向与自旋轴重合；γ为磁旋比，代表磁核的性质，是核的特征常数。
第三章 核磁共振1H-NMR
3.2 化学位移定义：在照射频率确定时，同种核因在分子中的化学环境不同而在不同共振磁场强度下显示吸收峰的现象称为化学位移。
因此一个质子的化学位移是由其周围的电子环境决定的。
3.2.1 化学位移的由来——屏蔽效应化学位移是由核外电子的屏蔽效应引起的。
H 核在分子中不是完全裸露的，而是被价电子所包围的。
因此，在外加磁场作用下，由于核外电子在垂直于外加磁场的平面绕核旋转，从而产生与外加磁场方向相反的感生磁场H ’。
这样，H 核的实际感受到的磁场强度为：若质子的共振磁场强度只与γ(磁旋比)、电磁波照射频率v 有关，那么，试样中符合共振条件的1H 都发生共振，就只产生一个单峰,这对测定化合物的结构是毫无意义的。
实验证明：在相同的频率照射下，化学环境不同的质子将在不同的磁场强度处出现吸收峰。
)1('H 0000σσ-=-=-=H H H H H 实式中：σ为屏蔽常数3.3 影响化学位移的因素凡影响电子云密度的因素都将影响化学位移。
其中影响最大的是：诱导效应和各向异性效应。
a. 双键碳上的质子烯烃双键碳上的质子位于π键环流电子产生的感生磁场与外加磁场方向一致的区域（称为去屏蔽区），去屏蔽效应的结果，使烯烃双键碳上的质子的共振信号移向稍低的磁场区，其δ= 4.5～5.7 ppm。
同理，羰基碳上的H质子与烯烃双键碳上的H质子相似，也是处于去屏蔽区，存在去屏蔽效应，但因氧原子电负性的影响较大，所以，羰基碳上的H 质子的共振信号出现在更低的磁场区，其δ= 9.4～10 ppm。
b.三键碳上的质子：碳碳三键是直线构型，π电子云围绕碳碳σ键呈筒型分布，形成环电流，它所产生的感应磁场与外加磁场方向相反，故三键上的H质子处于屏蔽区，屏蔽效应较强，使三键上H质子的共振信号移向较高的磁场区，其δ= 2～3 ppm。
3.3.3 共轭效应O）取代，由于p–苯环上的氢被给电子基（如CH3π共轭，使苯环的电子云密度增大，δ值高场位移；吸电子基（如C=O、NO）取代，由于π–π共轭，使苯2环的电子云密度降低，δ值低场位移。
第三章 核磁共振波(光)谱3
Hb
C=C Hb
C=C
Jab(tran)=12-18Hz φ=1800
Jab(cis)=7-11Hz φ=00
2) 电负性或电正性元素的取代
电负性相连 J ↙ 电正性相连 J ↗
例: ClCH2CHCl2 3J=6.0Hz
CH3CH2Cl 3J=7.3Hz
CH3CH2Li 3J=8.4Hz
刚性系统: 当电负性元素平面反迫地键合于邻位的一 个质子
Karplus 方程：
3 J 8.5cos2 0.28(00 900 ) 3 J 9.5cos2 0.28(900 1800 )
C—C单键： 刚性系统:
烯类: Ha
3J= 6-7Hz φ=600, 1200, 1800
3Jae 3Jee
2-5Hz 小些
3Jaa
9-13Hz
Ha
例：鸡蛋花素
例：吡啶并苯醌衍生物
2. 偕偶 ( 2J H-C-H )
1）相邻π 键 发生σ-π 超共轭, 交叠大， 2 J
例:
CH4
CH3
O CH3 C CH3
2J -12Hz
-14.3Hz
-14.9Hz
a. 相邻 C=O 比相邻 C=C, J 值大得多 b. 在刚性或环状结构，J 可达-16 ~ -18Hz
3.9 1H-1H 偶合常数的大小 (The magnitude of 1H-1H coupling constants）
1、邻偶 (3J H-C-C-H)
1)二面角 φ= 900 时，轨道与轨道处在直角，重叠最小 J = 0 φ= 1800 时，重叠是最充分，J 最大 φ= 0 0 时，轨道处顺叠的位置，J 很大，但小于φ= 1800
有机化合物波谱解析：第三章 核磁共振谱
Hβ
Hα
H
Cβ ＝ Cα
X
δ Cβ
δ Cα
δHβ δCβ
X H 123.3 123.3 5.28 5.28
X OMe 84.4 152.7 3.85 6.38
X COMe 129.1 138.3 6.40 5.85
p
i OCH3
mo
δC
δ↑ i 158.7 δ↓ o 113.8
m 129.4
精细结构：一般把被邻近的磁性核分裂后的NMR吸收峰称 为精细结构，通常要求不超过3个化学键的间隔
HA H1 Cl C C H2
HA HB HA C C Br
Cl Cl HA
HA HB
HA C C C
HA HM Hx
峰的裂分数：服从 n+1律: 某个1H 核旁边有n个等同的其它1H 核 信号强度比：二项式展开( a + b )n 系数比
3.7 1H- 1H 一级偶合 (1H- 1H first-order coupling)
直偶 偕偶 Geminal coupling 邻偶 Vicinal coupling
1H- 1H 1H- C- 1H 1H- C-C - 1H
远程偶 Long rang coupling 四键以上
自旋分裂的精细结构
B
δB
v4 v3v2 v1
例：哥伦比亚甙元
gh AB自 旋 系 统 Jgh 8 Hz
if AB自 旋 系 统 Jif 9.5 Hz
ed AX 2自 旋 系 统
a : A3 b : A3
c: A
哥伦比亚甙元
3.9 1H-1H 偶合常数的大小 (The magnitude of 1H-1H coupling constants）
核磁共振氢谱
3.3.3 核磁共振氢谱图示
NMR谱仪都配备有自动积分仪，对每组 峰的峰面积进行自动积分，在谱中以积 分高度显示。各组峰的积分高度之简比， 代表了相应的氢核数目之比。(P82:图3.7)
记录NMR谱的图纸已打印好刻度。
乙苯的1H NMR图谱
3.4 影响化学位移的因素
温度：温度可能引起化合物分子结构的变化。 溶剂：一般化合物在CCl4或CDCl3中测得的
NMR谱重复性较好，在其它溶剂中测试，值 会稍有所改变，有时改变较大。这是溶剂与溶 质间相互作用的结果。这种作用称溶剂效应。
3.4.6 各类质子的化学位移及经验计算
1．烷烃 利用表3．1的数据及Shoolery公式可计
原子或原子团的亲电能力有关，与化学 键的类型有关。如CH3-Si，氢核外围电 子云密度大，·B0大，共振吸收出现在 高场；CH3-O，氢核外围电子云密度小， ·B0亦小；共振吸收出现在低场。
3.3.2 化学位移
为了克服测试上的困难和避免因仪器不 同所造成的误差，在实际工作中，使用 一个与仪器无关的相对值表示。即以某 一标准物质的共振吸收峰为标准（B标或 标），测出样品中各共振吸收峰（B样或 样）与标样的差值B或（可精确到 1Hz），采用无因次的值表示，值与核 所处的化学环境有关，故称化学位移。
＝ 0.23 + Ci (3.19)
例如：BrCH2C1(括号内为实测值) ＝ 0.23 + 2.33 + 2.53 ＝ 5.09 ppm(5.16
ppm)
诱导效应是通过成键电子传递的，随着 与电负性取代基距离的增大，诱导效应 的影响逐渐减弱，通常相隔3个以上碳的 影响可以忽略不计。例如：
算X—CH＜YZ中质子的值(见3．4．1)。 烷基化合物(RY)的化学位移见表3．2。 利用表3．2，可直接查出相对于取代基
核磁氢谱
氢键的影响
氢键的形成可以削弱对氢键质子的屏蔽， 使共振吸收移向低场
醇羟基
0.5~5
酚
4~7
胺
羧酸
二聚体形式（双分子的氢键）
0.5~5 10~13
分子内氢键同样可以影响质子的共振吸收
-二酮的烯醇式可以形成分子内氢键 该羟基质子的化学位移为11~16
分子内（间）氢键
氢核交换对化学位移的影响
小结：影响化学位移大小的因素
核磁共振谱图
化学位移 化学环境
峰面积 质子数
教学内容
1. 基本原理 2. 核磁共振仪 3. 化学位移 4. 各类化合物的化学位移 5. 自旋偶合和自旋裂分 6. 氢谱解析
化学位移
化学位移的由来-屏蔽效应 化学位移是由核外电子
的屏蔽效应引起的。
实验证明：在相同的频率照射下，化学环境不同的质 子将在不同的磁场强度处出现吸收峰。
峰面积的大小与质子数目成正比。 峰面积高度之比 = 质子个数之比。
4cm(2H)
2cm(1H)
化合物
(CH3)4Si (CH3)3-Si(CD2)2CO2－Na+ CH3I CH3Br CH3Cl CH3F CH3NO2 CH2Cl2 CHCl3
氢核的化学位移 0.00 0.00 2.2 2.6 3.1 4.3 4.3 5.5 7.3
化学键的各向异性
1. 双键碳上的质子
烯烃双键碳上的质子位于π键环流电子产生的感生
显然，核外电子云密度越大，屏蔽效应越强，要发 生共振吸收就势必增加外加磁场强度，共振信号将移向 高场区；反之，共振信号将移向低场区。
低场
屏蔽效应 ，共振信号移向高场 去屏蔽效应 ，共振信号移向低场
因此，H核磁共振的条件是：
3-核磁共振与EPR2
12. 氢谱中的信号峰都成双地代表基团，推知是苯的对称二取代 化合物。
综上所述，分子中具有下列结构单元：
考虑到分子只有4个氧，所以(A)和(B)应合并得到：
在碳谱的芳碳区仅有3个峰，推知未知物是对称的邻二 取代苯。至此可以确定的结构单元是：
从分子式中减去这两部分，尚余C4H8。由于6个不饱 和数已全部用在上述结构中，因此尚余的C4H8只能是插 在上述结构单元中间的甲基。分子既然是对称的，因而
的衍生物。
8.δH=4.08ppm为4个H，二重峰，表明分子中有两个等同的OCH2CH，这与碳谱一致。
9.δH=1.3ppm为18H，多重峰，可能为环境相近的饱和烷基氢。 10. δH=0.91ppm为12个H，三重峰，可能是4个CH2CH3结构单
元中的CH3信号。 11. 低场区无质子信号，说明在碳谱中羰基的信号不是出自羧基
3.7 ESR在高分子研究中的应用
❖ 3.7.1 研究引发体系的初级自由基
(2) 过硫酸铵(NH4)2S2O8(APS)和脂肪环胺引发体 系引发机理的研究
脂肪环叔胺N-甲基吗啡啉(NMMP)和脂肪环仲胺吗啡啉 (MP)与APS的引发体系产生的自由基是不同的，用MNP分别 捕捉自由基，用ESR测量。
CH3 CH3 C NO
CH3
MNP
3.7 ESR在高分子研究中的应用
❖ 3.7.1 研究引发体系的初级自由基
NMMP－APS在甲醇溶液中，用MNP作为捕捉剂，得到 ESR谱图。3组九重峰。 证实了下列自由基的存在
由此推断被捕捉前的自由基 为N-取代甲基碳自由基，反应 途径为：
3.7 ESR在高分子研究中的应用
CH3 CH3 C NO
第3-4章 核磁共振-2016年修订
磁量子数ｍ＝－1/2;
波谱分析
( 核磁共振现象)
两种取向不完全与外磁场平行，＝54°24’ 和 125 °36’
相互作用, 产生进动(拉莫进动)
进动频率 0； 角速度0； 0 = 2 0 = H0 磁旋比； H0外磁场强度；
两种进动取向不同的氢核之间
的能级差：E= H0 （磁矩）
a. δ3.38和δ 1.37 四重峰和三重峰 —CH2CH3相互偶合峰
b. δ 3.38含有—O—CH2 —结构 结构中有三个氧原子，可能具有(—O—CH2 —)3 c. δ 5.3CH上氢吸收峰，低场与电负性基团相连
O CH2CH3
正确结构： HC O CH2CH3
O CH2CH3
波谱分析
谱图解析与结构(3)
由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的 信息，进一步确定化合物结构。
波谱分析
四、核磁共振波谱仪
1．永久磁铁：提供外磁 场，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。 60MHz或100MHz。
3 ．射频信号接受器（检
电负性
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,
-O-H，
-C-H，
大
小
低场
高场
波谱分析
各向异性
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。
波谱分析
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。
第三章核磁共振氢谱
通过计算处于低能级核数目仅比高能级多百 万分之16
• 处于低能级的核数目仅比高能级的核数目 多出百万分之十六！当低能级的核吸收了 射频辐射后，被激发至高能态，同时给出 共振吸收信号。但随实验进行，只占微弱 多数的低能级核越来越少，最后高、低能 级上的核数目相等--------饱和-----从低到高 与从高到低能级的跃迁的数目相同---体系 净吸收为0-----共振信号消失！ • 幸运的是，上述“饱和”情况并未发生！
• 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。
h hI p I I 1 2 π 2
• 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。
2μ B h
hν 2 B0 1 σ ） B μ （ 0 2 (1 σ ) μ h 2ν B0 1 σ ） （ B0 2 (1 σ )
B 把B B0 (1 ）代入得 2
由于氢核具有不同的屏蔽常数σ，引起外磁场或 共振频率的移动，这种现象称为化学位移。固定 照射频率, σ大的原子出现在高磁场处, σ小的原子 出现在低磁场处
• 原子实际上受到的磁场强度B等于外加磁 场强度B0 减去外围电子产生的次级磁场强 度（σB0） • B= B0-σB0=B0(1-σ) • σ为屏蔽常数， σB0为感应产生的次级磁场 强度，B为氢核真正受到的有效外磁场强 度 • 外电子云产生感应磁场,抵消一部分磁场,产 生共振向高场方向移动
•
• 思考下面问题： • 我们知道，大多数有机物都含有氢原子(1H 核)，从前述公式 可以看出，在B0一定的 磁场中，若分子中的所有1H都是一样的性 质，即H都相等，则共振频率0一致，这 时只将出现一个吸收峰 • 也就是说，无论这样的氢核处于分子的何 种位置或处于何种基团中，在核磁共振图 谱中，只产生一个共振吸收峰。 • 这样的图谱有意义吗？
化合物结构表征课件第三章核磁共振谱
核磁共振谱可以用于检测化合物 中的杂质和控制化学过程。
3
共振吸收
当外加磁场的频率与原子核的自旋频率相匹配时，原子核会发生共振吸收现象。
核磁共振仪的工作原理
核磁共振仪利用强大的磁场和射频脉冲来实现核磁共振谱的测量和分析。
核磁共振谱的基ห้องสมุดไป่ตู้原理
核磁共振谱的基本原理包括化学位移、耦合常数和积分峰面积等。
谱峰的解析与解释
谱峰的位置、形状和强度提供了关于化合物结构和化学环境的重要信息。
核磁共振谱在化合物结构分析中的应 用
分子识别
通过核磁共振谱可以确定未知化合物的结构和组成。
质量控制
核磁共振谱可以用于监测和验证化合物的纯度和质量。
反应监测
核磁共振谱可以监测化学反应的进程和产物。
实例分析
有机化合物
通过核磁共振谱可以确定有机化 合物的官能团和分子结构。
药物分析
杂质检测
通过核磁共振谱可以分析药物的 结构和纯度，确保安全和有效性。
化合物结构表征课件第三 章核磁共振谱
核磁共振谱是一种重要的结构分析方法，通过测量化合物中原子核的共振信 号来推断分子结构。
核磁共振谱简介
核磁共振谱是利用原子核的自旋与外加磁场相互作用的现象研究化合物结构 的一种技术。
原理和背景知识
1
自旋磁矩
原子核具有自旋，类似于一个微小的磁矩。
2
塞曼效应
在外加磁场下，原子核的自旋会与磁场产生相互作用，使原子核能级分裂。
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第三章核磁共振谱一、选择题1．下列哪一组原子核的核磁矩为零；不产生核磁共振信号的是（）A 2H、14NB 19F、12C C 1H、13CD 16O、12C 2．在外磁场中，其核磁矩只有两个取向的核是( )A 2H 19F 13CB 1H、2H、13C C 13C、19F、31PD 19F 31P 12C 3．在外磁场中，质子发生核磁共振的条件为( )A 照射频率等于核进动频率B 照射电磁波的能量等于质子进动的能量C 照射电磁波的能量等于质子进动的两个相邻能级差D 照射电磁波的能量等于使核吸收饱和所需的能量4. 不影响化学位移的因素是（）A 核磁共振仪的磁场强度B 核外电子云密度C 磁的各向异性效应Ｄ内标试剂5．自旋量子数I=1/2的原子核在磁场中，相对于外磁场，有多少种不同的能量状态？（）A 1B ２C ４D 06. 下列五个结构单元中的质子δ最大的是（）A Ar-HB Ar-CH3C HC-C=OD RCOOCH３7．下面四个化合物中在核磁共振谱中出现单峰的是（）A CH3CH2ClB CH3CH2OHC CH3CH3D CH3CH(CH3)2 8．下面四个化合物质子的化学位移最小的者是（）A CH3FB CH4C CH3ClD CH3Br9. 使用60MHz 核磁共振仪，化合物中某质子和四甲基硅烷之间的频率差为120Hz，其化学位移值δ为（）A 120B 1.20C 0.20D 2.010. 某化合物中两种相互偶合质子，在100兆周的仪器上测出其化学位移δ差为 1.1，偶合常数(J)为5.2Hz，在200兆周仪器测出的结果为( )。
A δ差为2.2，J为10.4HzB 共振频率差为220Hz，J为5.2HzC δ差为 1.1，J为0.4HzD 共振频率差为110Hz，J为5.2Hz11. 常见的碳谱是一条条单峰；这是因为 ( )A 个相邻的碳同为13C的几率很少，它们不会偶合，所以都是单峰B 除A的原因外，碳氢之间会相互偶合，使图谱相当复杂，常见的碳谱是全去偶得到的谱图C 除A的原因外，碳氢之间是不同类型的原子核不会偶合，所以都是单峰D 除A原因外，碳氢之间偶合常数很小，无法观察，所以一般碳谱都为单峰12. HF 的质子共振谱中可看到（ ）A 质子的双峰B 质子的单峰C 质子的三峰D 质子和19F 的两个双峰13. 一化合物分子式为 C 5H 8，在它的氢谱中仅有一个单峰，它的结构可能是（ ）AB C C H2 D14. 有一样品，从它的氢谱中得知，有两种不同的羟基氢：分别为δ5.2和10.5，结构为（ ）A OH O OCH 3OH P h B O CH 3P hOH OH ＣO CH 3P h OH OH ＤO OCH 3OH OH P h15. 某化合物中三种质子相互耦合成AM 2X 2系统J AM =10Hz ，J XM =4Hz ，它们的峰形为（）A A 为单质子三重峰，M 为双质子4重峰，X 为双质子三重峰B A 为单质子三重峰，M 为双质子6重峰，X 为双质子三重峰C A 为单质子单峰，M 为双质子6重峰，X 为双质子三重峰D A 为单质子二重峰，M 为双质子6重峰，X 为双质子三重峰16. 下列化合物结构中标记的质子化学位移归属正确的为（ ）C H 31OH 4H 3H 2A δ1 在1.5 - 2.0， δ2 和δ3 在1.8 - 3， δ4 在9 - 10B δ1 在1.5 - 2.0， δ2 和δ3 在5.5 – 7.5， δ4 在10 - 15C δ1 在0 - 1， δ2 和δ3 在5.5 – 7.5， δ4 在9 - 10D δ1 在1.5 - 2.0， δ2 和δ3 在5.5 – 7.5， δ4 在9 – 1017. 在下列三个结构式中，标记的质子的屏蔽常数大小顺序是（ ）R CH 3H 1RR H H 2R ROH H 3R A 1>2>3 B 2>1>3 C 3>2>1 D 3>1>218. 在100MHz 仪器中，某质子的化学位移δ＝l ，其共振频率与TMS 相差（ ）A 100HzB 60HzC 1HzD 200Hz19. 若外加磁场的磁场强度H 0逐渐增大时，使质子从低能级E 1跃迁至高能级E 2所需的能量A 不发生变化B 逐渐变小C 逐渐变大D 不变或逐渐变小20. 下述哪一种核磁共振技术不能简化图谱（ ）A 加大磁场强度B 化学位移试剂C 去偶法D 改变内标试剂21. 用下列哪一个或几个参数可以确定分子中基团的连接关系（ ）A 化学位移B 偶合常数C 偶合裂分峰数D B+C22. 在化合物 Br O CH 3H aH bH cH d 中偶合常数最小的是（ ）A J abB J bcC J adD J bc23. 影响偶合常数的主要因素是( )A 浓度B 键角C 核磁共振仪的磁场强度D 温度24. 下列系统中，哪种质子和其它原子之间能观察到自旋裂分现象( )abA 19F-HB 35Cl-HC 75Br-HD 127I-H25. 不影响邻位偶合常数的因素是( )A 两面角B 核磁共振仪的磁场强度C 取代基的电负性D 取代基的空间取向26. 在CH 3CH 2CH 2的NMR 谱上，CH 2质子受CH 3质子偶合分裂成( )A 二重峰B 三重峰C 四重峰D 七重峰27 化合物Cl —CH 2—O —CH 3中，H a 和 H b 质子峰的裂分数及强度分别为（ ）A H a ：5和l:4:6:4:1， H b ：3和1:2:1B H a ：2和1:1，H a ：2和1:1C H a ：4和1:3:3:1，H b ：3和1:2:1D H a ：1和2, H b :1和328. 某化合物的分子式为C 4H 8Br 2，核磁共振谱图给出以下信息：δ4.2多重峰，δ3.6三重峰，δ2.3四重峰，δ1.8双峰；丛低场到高场积分线高度比为1：2：2：3。
这些信息与下列结构吻合的是( )A CH 3—CHB r —CH 2—CH 2—B r B CH 2B r —CHBr 2—CH 2—CH 3C CH3—CHB r—CHB r— CH3D CH3—CHB2—CH2—CH329. 测定13C核磁共振谱，宜用下列哪种核磁共振仪 ( )A 高分辨核磁共振仪B 傅立叶变换核磁共振仪C 连续波核磁共振仪(扫频法)D 连续波核磁共振仪(扫场法)30. HF的质子共振谱中可看到（）A 质子的单峰B 质子的双峰C 质子和19F的两个双峰D 质子三重峰二、填空题1．NMR波谱是由处于___________中的自旋原子核吸收_________区的电磁波而发生核能级跃迁所产生的。
2．原子核的自旋现象是由其自旋量子数I来决定的，I值又与核的_____和_____有关，I_____的核具有自旋性质，是核磁共振研究的对象。
3．根据共振条件，可通过_____法和_____法来实现核磁共振，获得NMR谱图。
4．对质子来说，若仪器的磁场强度为1.4092T，则激发自旋核用的射频频率为_____。
5．进行核磁共振实验时，样品要置于磁场中，使原子核_____________。
6．在核磁共振实验中，测定质子的化学位移，常用的参比物质是_____。
将其质子的化学位移定为____________，在图谱__________端。
7．自旋偶合是经过___________传递的。
在饱和烃类化合物中自旋偶合效应只能传递_______根键。
相互偶合的质子，其_____相等。
8．有A，B，C三种质子，它们的屏蔽常数大小顺序为σa>σb>σc，试推测其共振磁场H。
的大小顺序为_____。
9．有A，B，C三种质子，它们的共振磁场大小顺序为H o(A)>H o(B)>H o(c)，则其化学位移δ的大小顺序为_____。
10．在化合物CHX3中,随着卤原子X的电负性增加，质子共振信号将向_____磁场方向位移。
11．影响质子化学位移的诱导效应是通过_____起作用,而磁各向异性效应是通过_____起作用12．处于双键平面上的质子是处于_____区，δ向_____磁场方向位移，处于苯环平面上下方的质子是处于_____区，δ向_____磁场方向位移。
13．预测下面化合物在NMR谱上将出现的信号数目：乙烷(CH3CH3) _____个，苯_____个，CH3CHBrCH2Br＿＿＿＿个。
14．化合物的分子式为C8H10，NMR谱上只有A和B两个信号，积分高度分别为6.8cm和10.2cm，则对应的质子数目A有_____个、B有_____个。
15．一种烃类化合物，其中某一质子的信号分裂为三重峰，面积比为1:2:1，则与之偶合的质子数目是_____个。
16．有两种芳烃，其NMR谱极为相似，都只有两个单峰，δ值也大致相同，但化合物(1)的信号面积比为5:3，结构式为_____，化合物(2)信号面积比5:2，结构式为_____。
17．有两个化合物，分子式都是C10H14，NMR谱上都有五个信号，化合物(1)的信号面积比为5:2:2：2:3，结构式为_____；化合物(2)信号面积比为5:1:2:3:3，结构式为_____。
18．分子式为C2H6O的两个化合物，在NMR谱上出现单峰的是_____，出现三个信号的_____。
19．预测CH3CH2CH2NO2的一级图谱中，CH3质子将裂分为_____重峰，与其相邻的 CH2质子将裂分为_____重峰。
20．标出下列化合物的自旋系统符号：CH3CH3 ；CH3CH2COOH_____________；CH3CH2CHO______________；BrBr________________；ClCH2CH2OH________________21. 虽然自然界有磁矩的同位素有100多种，但迄今为止，只研究了其中几种核的共振行为。
除_____________谱外，目前研究最多、应用最广的是___________谱，其次是__________谱、__________谱和___________谱。
22. 四甲基硅烷(TMS)是测定核磁共振谱图理想的标准试样；它的_____________都是等同的，共振信号_________。
此外，它的__________低、易于__________。
23. 在核磁共振谱中，有相同___________的核具有_____________，将这种_________的核称为化学等价。
24. 磁等价是指分子中的_________，其__________，且对组外任何一个原子核的___________也相同。
25. __________等价的核_____________________等价的，而_________等价的核则_____________________等价。
