第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与解析ppt课件
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核磁共振氢谱PPT课件
•
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
.
10
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=1B1 0
• 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
.
12
I=1/2的核自旋能级裂分与B0的关系
• 由式 E = －ZB0及图可知1H核在磁场 中,由低能 级E1向高能级E2跃迁,所需能量为 △E=E2－E1= B0 －(－B0) = 2 B0
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
.
9
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
.
6
• 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。
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
.
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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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
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。
第三讲 核磁共振氢谱
53
关于自旋-自旋偶合及偶合常数
(1)偶合体系中化学位移值的读取；
d B标准-B样品 x 106
B标准
d
样品-标准 标准
x 106
(2)偶合常数的读取；
(3)数根图的熟练运用。
54
§3.5 简化1H NMR的谱的实验方法
重水交换法：与氧、氮、硫等相连的氢是 活泼氢，在溶液中它们可以进行不断的交换。如 果样品分子中含有这些基团，在作完谱图后滴加 几滴重水，振荡，然后重新作图，此时活泼氢已 被氘取代，相应的谱峰消失，由此可以完全确定 它们的存在。
N 1.03
O H 2.55 H H
H 2.93
1.80
H
H
39
9.87 2.96
OH
HH O
H H
N
H
H H 8.02
2.88
6.69 H
H 5.23 H
H
H
5.74
H 5.28 H
3.72
H
H
1.25
O
HH
O
2.05
4.12 H
O
HH
3.48
O H
2.35 N
HH H
1.26
2.53 H N
HH
19
3、相邻键的磁各向异性 （1）叁键：
20
（2）双键:
21
（3）环状共轭体系的环电流效应 苯环：环电流产生的磁力线方向在苯环上、
下方与外磁场磁力线方向相反，但在苯环侧面 (苯环的氢正处于苯环侧面)，二者的方向是相同 的。即环电流增强了外磁场，氢核被去屏蔽， 共振谱峰位置移向低场。
22
不仅是苯，所有具有4n+2个离域p电子的
关于自旋-自旋偶合及偶合常数
(1)偶合体系中化学位移值的读取；
d B标准-B样品 x 106
B标准
d
样品-标准 标准
x 106
(2)偶合常数的读取；
(3)数根图的熟练运用。
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§3.5 简化1H NMR的谱的实验方法
重水交换法：与氧、氮、硫等相连的氢是 活泼氢，在溶液中它们可以进行不断的交换。如 果样品分子中含有这些基团，在作完谱图后滴加 几滴重水，振荡，然后重新作图，此时活泼氢已 被氘取代，相应的谱峰消失，由此可以完全确定 它们的存在。
N 1.03
O H 2.55 H H
H 2.93
1.80
H
H
39
9.87 2.96
OH
HH O
H H
N
H
H H 8.02
2.88
6.69 H
H 5.23 H
H
H
5.74
H 5.28 H
3.72
H
H
1.25
O
HH
O
2.05
4.12 H
O
HH
3.48
O H
2.35 N
HH H
1.26
2.53 H N
HH
19
3、相邻键的磁各向异性 （1）叁键：
20
（2）双键:
21
（3）环状共轭体系的环电流效应 苯环：环电流产生的磁力线方向在苯环上、
下方与外磁场磁力线方向相反，但在苯环侧面 (苯环的氢正处于苯环侧面)，二者的方向是相同 的。即环电流增强了外磁场，氢核被去屏蔽， 共振谱峰位置移向低场。
22
不仅是苯，所有具有4n+2个离域p电子的
《核磁共振氢谱》课件
芳烃的氢谱解析
芳烃的氢谱特征
芳烃的氢谱峰形较复杂，有多个峰，且峰与峰之间的距离较近。
芳烃的氢谱解析要点
根据峰的数量和位置，确定芳烃的类型和碳原子数；根据峰的强度 和形状，确定氢原子的类型和数量。
实例分析
以苯为例，其氢谱有多个峰，分别对应于不同位置上的氢原子。
PART 04
氢谱解析中的常见问题与 解决策略
偶合常数
当两个氢原子之间的距离足够近时， 它们的核磁共振信号会发生偶合，导 致峰分裂成双重峰。偶合常数是衡量 两个氢原子之间距离的指标。
氢谱解析的一般步骤
确定峰的位置和强度
根据核磁共振氢谱中的峰位置和强度，可以推断出分子中氢原子 的类型和数量。
确定氢原子的连接关系
通过分析峰的偶合常数，可以确定氢原子之间的连接关系，从而确 定分子的结构。
峰的简化问题
总结词
峰的简化问题是指某些情况下氢谱峰的数量过多，使得解析变得复杂。
详细描述
在某些情况下，由于分子结构中存在多个等效氢原子，会产生大量的重叠峰。这增加了氢谱解析的难 度。解决策略包括利用分子对称性来简化氢谱，以及利用去偶技术来消除某些峰的干扰，从而使得氢 谱更加简洁明了。
解析中的不确定性问题
多核共振技术
总结词
多核共振技术能够同时研究多个原子核的相 互作用和动态行为，有助于更全面地了解分 子结构和化学反应过程。
详细描述
多核共振技术是一种新兴的技术，它通过同 时研究多个原子核的相互作用和动态行为， 能够提供更全面、更深入的分子结构和化学 反应过程信息。这一技术的应用，将有助于 推动化学、生物学、物理学等领域的发展， 为解决复杂体系的研究提供新的手段。
2023-2026
ONE
核磁共振氢谱PPT课件
TMS
7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0
图１：乙基苯(10% CCpplt精4 选溶版液)于100兆赫的NMR
25
2. 化学位移的表示
由于化学位移的差别范围很小(10×10-6), 所以精确测出绝对数 值比较困难。现均以相对数表示：即以被测质子共振时的磁场 强度B0样与某一标准物质的质子共振时的磁场强度B0标之差和标 准物质共振时磁场强度B0标的比值δ来表示:
ppt精选版
24
例如: 图1给出了乙基苯在100MHz时的高分辨率核
磁共振图谱. 在乙基苯的分子中, -CH3 上的三个质子, -CH2- 上的两个质子， C6H5－上的五个质子.它们在 不同的磁场强度下产生共振吸收峰, 也就是说,它们
有着不同的化学位移.
C6H5－
3H 2H
－CH3
5H
－CH2－
21
高场
低频
0
ppm
ppt精选版
28
位移的标准
四甲基硅烷 Si(CH3)4 （TMS）
规定：TMS=0
为什么用TMS作为基准?
（1 ） 12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个吸收峰；
（2）屏蔽强烈，位移最大（0）。与一般有机化合物中的质子峰 不重叠；
（3）化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。
H+
H+
H+
自旋
H+
β
能量较高 ΔE
H+
H+
H+
α 自旋
H+
能量较低
没有磁场
有磁场B0
质子在没有磁场和有磁场情况下的磁矩方向 ppt精选版
B0
《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》PPT课件.ppt
时间表示；T2 气、液的T2与其T1相似，约为1秒；
固体试样中的各核的相对位置比较固定，利于自旋-自旋间的能量交换，T2很小， 弛豫过程的速度很快，一般为10-4~10-5秒。
弛豫时间虽然有T1、T2之分，但对于一个自旋核来说，它在高能态所停 留的平均时间只取决于T1、T2中较小的一个。因T2很小，似乎应该采用 固体试样，但由于共振吸收峰的宽度与T成反比，所以，固体试样的共振 吸收峰很宽。为得到高分辨的图谱，且自旋-自旋弛豫并非为有效弛豫， 因此，仍通常采用液体试样。
z
pz
hm 2
核磁矩的能级
EZH 2hmH
*
(二） 磁性原子核在外磁场中的行为特性
1、自旋取向与核磁能级
无外加磁场时，核磁矩的取向是任意的，自旋能级相同; 有外加磁场时，核磁矩共有2I+1个取向，用磁量子数（m
）表示每一种取向 m=I，I-1，I-2 … -I+1，-I 核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，是量子化的, 不同
高能态核寿命的量度。 T1取决于样品中磁核的运动，样品流动性降低时，T1增
大。气、液（溶液）体的T1较小，一般在1秒至几秒左右； 固体或粘度大的液体，T1很大，可达数十、数百甚至上千 秒。 因此，在测定核磁共振波谱时，通常采用液体试样。
*
2) 自旋－自旋驰豫（横向驰豫）
指两个进动频率相同而进动取向不同（即能级不同）的性核， 在一定距离内，发生能量交换而改变各自的自旋取向。交换能量 后，高、低能态的核数目未变，总能量未变（能量只是在磁核之 间转移），所以也称为横向弛豫。
取向具有不同自旋能级, 这种现象称为能级分裂.
*
当置于外磁场H0中时，相对于外磁场，有（2I+1）种 取向： m为磁量子数，取值范围：I，I-1，…，-I， 共（2I+1）种取向。
固体试样中的各核的相对位置比较固定，利于自旋-自旋间的能量交换，T2很小， 弛豫过程的速度很快，一般为10-4~10-5秒。
弛豫时间虽然有T1、T2之分，但对于一个自旋核来说，它在高能态所停 留的平均时间只取决于T1、T2中较小的一个。因T2很小，似乎应该采用 固体试样，但由于共振吸收峰的宽度与T成反比，所以，固体试样的共振 吸收峰很宽。为得到高分辨的图谱，且自旋-自旋弛豫并非为有效弛豫， 因此，仍通常采用液体试样。
z
pz
hm 2
核磁矩的能级
EZH 2hmH
*
(二） 磁性原子核在外磁场中的行为特性
1、自旋取向与核磁能级
无外加磁场时，核磁矩的取向是任意的，自旋能级相同; 有外加磁场时，核磁矩共有2I+1个取向，用磁量子数（m
）表示每一种取向 m=I，I-1，I-2 … -I+1，-I 核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，是量子化的, 不同
高能态核寿命的量度。 T1取决于样品中磁核的运动，样品流动性降低时，T1增
大。气、液（溶液）体的T1较小，一般在1秒至几秒左右； 固体或粘度大的液体，T1很大，可达数十、数百甚至上千 秒。 因此，在测定核磁共振波谱时，通常采用液体试样。
*
2) 自旋－自旋驰豫（横向驰豫）
指两个进动频率相同而进动取向不同（即能级不同）的性核， 在一定距离内，发生能量交换而改变各自的自旋取向。交换能量 后，高、低能态的核数目未变，总能量未变（能量只是在磁核之 间转移），所以也称为横向弛豫。
取向具有不同自旋能级, 这种现象称为能级分裂.
*
当置于外磁场H0中时，相对于外磁场，有（2I+1）种 取向： m为磁量子数，取值范围：I，I-1，…，-I， 共（2I+1）种取向。
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：
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
大学有机化学核磁共振氢谱ppt课件
大学有机化学核磁共振氢谱
6
大学有机化学核磁共振氢谱
7
大学有机化学核磁共振氢谱
8
核磁共振条件
(1) 核有自旋(磁性核)；
(2) 外磁场, 能级裂分;
(3) 照射频率与外磁场的关系：
2
H0
核——原子核自旋 I≠0
磁——外加磁场H0 诱导产生自旋能级分裂
共振——1= 0 能级跃迁
大学有机化学核磁共振氢谱
吸收峰的峰面积，可用自动积分仪对峰面积进行自 动积分，画出一个阶梯式的积分曲线。
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)
8cm(4H)
14cm(7H)
大学有机化学核磁共振氢谱
25
五、自旋偶合与自旋裂分
高分辨率核磁共振谱仪测定CH3CH2―I 或 CH3CH2OH时，CH3―和―CH2―的共振吸 收峰都不是单峰，而是多重峰。
低 场
屏 蔽 效 应 ， 共 振 信 号 移 向 高 场 H 0 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：
2H实2H（ 01）
大学有机化学核磁共振氢谱
14
2. 化学位移的表示方法
化学位移的差别约为百万分之十，精确测量十分
困难，现采用相对数值。以四甲基硅（TMS）为标准 物质，规定它的化学位移为零，然后，根据其它吸收
大学有机化学核磁共振氢谱
3
一、基本原理
1. 原子核的自旋 核象电子一样，也有自旋现象，从而有自旋角动量。
旋进轨道
自旋轴 自旋的质子
核的自旋角动量(ρ) 是量子化的，不能任 意取值，可用自旋量 子数(I)来描述。
第三讲-核磁共振氢谱_PPT幻灯片
16
1、诱导效应（取代基电负性） 由于电负性，取代基电负性越强，与取代基
连结于同一碳原子上的氢的共振峰越移向低场， 反之亦然。
17
2、相连碳原子的s-p杂化(hybridization) 与氢相连的碳原子s成分增加，键电子更
靠近碳原子，因而对相连氢原子有去屏蔽作用， 即共振位置移向低场。
单从这一点考虑的话，化学位移顺序： sp3 < sp2 < sp
11
Cotton原子轨道能级图
原 子 顺 磁 性 的 判 断
12ห้องสมุดไป่ตู้
2、化学位移(Chemical shift) d
核所处的化学环境不同，则s不同，出峰 位置也不同。因s总是远远小于1，所以峰的 位置不易精确测定。故在实验中采用某一标准 物质为基准，一般以基准物的峰为核磁图的原点。 不同官能团的原子核谱峰位置相对于原点的距离， 反映了它们所处的化学环境，称为化学位移。
（3）TMS的沸点仅为27 oC，很易于从除去， 便于样品回收。
（4）TMS与样品之间不会发生分子缔合。
一般，在氢谱或碳谱中都规定dTMS = 0。
15
§3.3 影响化学位移的因素
一、影响化学位移的因素 基本原则：若结构上的变化或介质的影响
使氢核外电子云密度降低，将使谱峰的位置移 向低场(谱图的左方)，这称作去屏蔽(deshielding) 作用；反之，屏蔽作用则使峰的位置移向高场。
产生电场，这将影响分子内其余部分的电子云 密度，从而影响其它核的屏蔽常数。
b、当所研究的氢核和邻近的原子间距小于 范德华半径之和时，氢核外电子被排斥，共振 移向低场。
26
27
（6）浓度、温度、溶剂对d值的影响
a、浓度：活泼氢(OH、NH、SH)，由于 分子间氢键的存在，浓度增大，缔合程度增大，
1、诱导效应（取代基电负性） 由于电负性，取代基电负性越强，与取代基
连结于同一碳原子上的氢的共振峰越移向低场， 反之亦然。
17
2、相连碳原子的s-p杂化(hybridization) 与氢相连的碳原子s成分增加，键电子更
靠近碳原子，因而对相连氢原子有去屏蔽作用， 即共振位置移向低场。
单从这一点考虑的话，化学位移顺序： sp3 < sp2 < sp
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Cotton原子轨道能级图
原 子 顺 磁 性 的 判 断
12ห้องสมุดไป่ตู้
2、化学位移(Chemical shift) d
核所处的化学环境不同，则s不同，出峰 位置也不同。因s总是远远小于1，所以峰的 位置不易精确测定。故在实验中采用某一标准 物质为基准，一般以基准物的峰为核磁图的原点。 不同官能团的原子核谱峰位置相对于原点的距离， 反映了它们所处的化学环境，称为化学位移。
（3）TMS的沸点仅为27 oC，很易于从除去， 便于样品回收。
（4）TMS与样品之间不会发生分子缔合。
一般，在氢谱或碳谱中都规定dTMS = 0。
15
§3.3 影响化学位移的因素
一、影响化学位移的因素 基本原则：若结构上的变化或介质的影响
使氢核外电子云密度降低，将使谱峰的位置移 向低场(谱图的左方)，这称作去屏蔽(deshielding) 作用；反之，屏蔽作用则使峰的位置移向高场。
产生电场，这将影响分子内其余部分的电子云 密度，从而影响其它核的屏蔽常数。
b、当所研究的氢核和邻近的原子间距小于 范德华半径之和时，氢核外电子被排斥，共振 移向低场。
26
27
（6）浓度、温度、溶剂对d值的影响
a、浓度：活泼氢(OH、NH、SH)，由于 分子间氢键的存在，浓度增大，缔合程度增大，
核磁共振氢谱图课件
号的灵敏度。
由于超导材料的零电阻特性，超 导核磁共振技术具有高稳定性、 高信噪比和高质量的实验数据。
超导核磁共振技术主要应用于高 分辨率的核磁共振实验，如蛋白
质结构解析等。
代谢组学中的核磁共振应用
代谢组学是一种研究生物体内代谢过程的学科。
核磁共振技术在代谢组学中具有广泛的应用，包括代谢产物的检测、代谢过程的解析等。
峰的位置
峰的移动
峰的强度与对称性
峰的强度
峰的强度反映了产生共振的氢原子的数量。一般来说，峰的强度越高，产生共振 的氢原子数量越多。通过对峰强度的分析，可以获得关于分子中氢原子分布的信 息。
峰的对称性
峰的对称性反映了氢原子在分子中的构型或构象。某些分子可能具有多个构型或 构象，这些构型或构象可以通过氢谱的峰对称性来区分。通过对峰对称性的分析， 可以获得关于分子构型或构象的信息。
核磁共振技术能够提供代谢产物的分子结构和含量信息，有助于深入了解代谢过程的变化和 疾病的发生机制。
CHAPTER
氢谱图实验操作与注意事项
实验操作流程与规范
实验准备 数据处理与分析
数据采集
样品处理 仪器调整
数据处理与分析方法
01
数据导入
02
基线校正
03
峰识别与标注
04
定量分析
实验误差与注意事项
氢谱图的发展与新技术
三维核磁共振技术
三维核磁共振技术是一种利用核磁共振现象对样品进行多维度分析的实验技术。 它能够提供分子的更多细节信息，包括分子的空间构型、相互作用等。
三维核磁共振技术广泛应用于结构生物学、化学、医学等领域。
超导核磁共振技术
超导核磁共振技术利用超导材料 作为射频线圈，提高核磁共振信
由于超导材料的零电阻特性，超 导核磁共振技术具有高稳定性、 高信噪比和高质量的实验数据。
超导核磁共振技术主要应用于高 分辨率的核磁共振实验，如蛋白
质结构解析等。
代谢组学中的核磁共振应用
代谢组学是一种研究生物体内代谢过程的学科。
核磁共振技术在代谢组学中具有广泛的应用，包括代谢产物的检测、代谢过程的解析等。
峰的位置
峰的移动
峰的强度与对称性
峰的强度
峰的强度反映了产生共振的氢原子的数量。一般来说，峰的强度越高，产生共振 的氢原子数量越多。通过对峰强度的分析，可以获得关于分子中氢原子分布的信 息。
峰的对称性
峰的对称性反映了氢原子在分子中的构型或构象。某些分子可能具有多个构型或 构象，这些构型或构象可以通过氢谱的峰对称性来区分。通过对峰对称性的分析， 可以获得关于分子构型或构象的信息。
核磁共振技术能够提供代谢产物的分子结构和含量信息，有助于深入了解代谢过程的变化和 疾病的发生机制。
CHAPTER
氢谱图实验操作与注意事项
实验操作流程与规范
实验准备 数据处理与分析
数据采集
样品处理 仪器调整
数据处理与分析方法
01
数据导入
02
基线校正
03
峰识别与标注
04
定量分析
实验误差与注意事项
氢谱图的发展与新技术
三维核磁共振技术
三维核磁共振技术是一种利用核磁共振现象对样品进行多维度分析的实验技术。 它能够提供分子的更多细节信息，包括分子的空间构型、相互作用等。
三维核磁共振技术广泛应用于结构生物学、化学、医学等领域。
超导核磁共振技术
超导核磁共振技术利用超导材料 作为射频线圈，提高核磁共振信
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23
解析
ΔvAB/ J 值不是太小时，可近似作为一级谱处
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]
JAM=3.5, JMX=1.8, JAX= ~1Hz
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
21
解析
ABX 系统
常见的二级谱。 ABX系统最多出现14条峰，AB部分8条峰， X部分4条峰，两条综合峰。
AB部分的8条峰相互交错，不易归属， 裂距不等于偶合常数。
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
22
解析
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
15
解析
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
16
解析
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]}
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
17
解析
例： 2，6-二甲基吡啶的1HNMR谱(60MHz)如下:
7
解析
三、二旋系统
AX, AB(>C=CH2,X-CH=CH-Y,C*-CH2-等), A2
AX
v1 v2
AB
AB
v3 v4
A2
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
8
解析
AB 系统
D JA B
[1-2] =[3-4]=JAB [1-3]=[2-4]=D
Δv AB=
D2
J
2 AB
v中心
=
1 2
[
v
v1 ~ v8 依次为456， 449.5， 447， 440.5， 421.5，420.5， 414， 412.5Hz
由上式计算得 δA=7.45ppm,δB=6.96ppm, JAB=7.8Hz
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
18
解析
AMX 系统：
AMX系统，12条峰
A (dd 1H JAM JAX)
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
13
解析
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
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与 解析
CH3 CH3
B
B A
NO2
14
随着ΔvAB/J 值的降低，二者化
学位移接近，综合峰强度增大。
1
解析
3.8 常见的自旋系统
一、 核磁共振氢谱谱图的分类 (一级谱图 二级谱图)
二、 自旋系统的分类与命名 三、 常见的自旋系统
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
2
解析
一、 核磁共振氢谱图的分类 一级谱图
相互耦合的两组质子的化学位移之差远大于其耦合场数
裂分峰数目符合（n+1）或(2nI+1)规律。
裂分峰强度符合二项展开式的系数。
裂距等于耦合常数。
二级谱图
一级谱的特征在二级谱中不表现出来。 （1）裂分峰数目超出（n+1）规律 （2）裂分峰的相对强度关系复杂 （3）化学位移和第耦三章合核磁共常振解氢析数谱4-不自旋系能统与直接读出，需计3 算
二、 自旋系统的分类与命名
自旋系统： 相互偶合的核构成一自系统，
第三章 核磁共振氢谱
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ຫໍສະໝຸດ 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
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
1+
v
4]
=
1 2
[
v
2+
v 3]
vA
=
v中心 +
2
（v A
>
v
B）
vB = v中心
2
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
9
解析
常见的AB系统
HA HB
HB
HA
HA
HB
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与 解析
HA HB
10
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)
四旋系统 X-CH2-CH2-Y ，二取代苯， 一取代吡啶等。
五旋系统 CH3-CH2-X , 一取代苯等。
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
5
解析
自旋系统的命名
AX系统, AMX系统, AX2系统, A2X2系统 AB系统, AB2系统, ABX系统, ABC系统 A2B2系统, AAˊBBˊ系统, AAˊBBˊC系统
M (dd 1H JAM JMX)
X (dd 1H JAX JMX)
在A，M，X各4条谱线中，[1-2]=[3-4] 等于一种偶合常数，[1-3]=[2-4]等于另 一种偶合常数，化学位移值约等于4条谱
线的中心。
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
19
解析
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
20
解析
例：解释α-呋喃甲酸甲酯的1HNMR谱.
不与系统外的核偶合。
一个分子可由一个或一个以上的自旋系统组成。
如 C6H5CH2CH2OCOCH=CH2 由三个自旋系统组成
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
4
解析
自旋系统的分类
二旋系统 >C=CH2, X-CH=CH-Y, C*-CH2- 等。
三旋系统 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)
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
11
解析
例 CHCl2CH2Cl的1HNMR谱如下，AX2 系统
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
12
解析
AB2 系统
AB2 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。
若ΔvAB/ J 值太小，需进行较复杂的计算。
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
24
解析
ABC系统
随着ΔvAB/J 值的降低，AMX→ABX → ABC
第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与
6
解析
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。 第三章 核磁共振氢谱4-自旋系统与