大学有机化学核磁共振氢谱
核磁共振氢谱课件
脉冲频率发射器
核磁管
脉冲频率放大器
检测器
扫描发生器
核磁共振光谱仪的简单构造示意图 原理: 扫频--固定 H0，改变υ射，使υ射与H0匹配;
扫场--固定υ射，改变H0，使H0与υ射匹配;
记录仪
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三、化学位移
1.化学位移的产生
在外磁场作用下, 核外电子
11
2.核磁共振 如果以射频照射处于外磁场H0 中的核, 且照射频率υ恰好满足下列关系时 hυ= △E 或 υ= ( /2 )B0 处于低能级的核将吸收射频能量而跃迁 至高能级, 这种现象称为核磁共振现象。 由上式可知,一个核的跃迁频率与磁场 强度B0 成正比, 使1H 核发生共振, 由 自旋m = ½取向变成m = -1/2的取向。 应供给△E 的电磁波(射频)。照射频率 与外加磁场强度成正比。
H (3.75) OCH3 C=C
H (3.99)
H
乙烯
H2 C =CH2
(5.28)
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若以乙烯为标准, δ=5.28进行比较, 可知乙烯醚上由于存在 P－π共轭, 氧原子上未共用P电子对向双键方向推移, 使 H 的电子云密度增加, H 的化学位移向高场(右移)δ值减小。 δ=3.57 和3.99; 而在α.β－ 不饱和酮中, 由于存在π－π 共轭。而电负性强的氧原子把电子拉向氧一方, 使 H 的电子 云密度降低, 化学位移移向低场(左移), δ值增大, δ=5.50 , 5.87
四甲基硅烷 Si(CH3)4 （TMS）
规为什定么: 用TTMMSS作=为0 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。
第二章核磁共振氢谱
常见基团化学位移
氢核类型 环丙烷 伯烷 仲烷 叔烷 烯丙基取代 碘取代 酯基取代 羧基取代 酰基取代 炔 苯基取代 醚基取代
示例
化学位移δ ppm
0.2 RCH3 R2CH2 R3CH C＝C－CH3 I－CH3 H3C－COOR H3C－COOH H3C－COR C≡C－H 0.9 1.3 1.5 1.7 2.0－4.0 2.0－2.2 2.0－2.6 2.0－2.7 2.0－3.0 2.2－3.0 R－O－CH3 3.3－4.0
Δν/J
6.5
5.5
4.5
2.5 1.5 1.5
2.3.4一级谱图的分析
所谓的一级谱，就是核之间的偶合较弱，因而 谱线分裂较简单，并且服从(n+1)分裂规律 （I=1/2)那些NMR谱图。除此外均为高级谱。 一级谱的特征： 1。各组峰的中心为各基团相应质子化学位移 的值。（一般以TMS为原点。） 2。各组峰的面积为各基团相应质子数之比。
H F F
H
X X Ha Ha' Ha Ha'
Hb
Hb'
Y Hb
Y
Y
2.3.3自旋体系(spin system)
1.定义 相互偶合的核组成一个自旋体系.体系内 的核相互偶合但不与体系外任何一个核 偶合.在体系内部不要求一个核和它以外 所有的核都偶合.例如CH3COOC2H5分 别存在A3和A3X2两个自旋体系.
1。考察分子各原子核相对静止状 态
可用对称操作分析两个基团能否相互交 换来判断两个基团(核)是否化学等价.可 分为三种情况.X HaC Nhomakorabea
两个取代基完全相同,Ha,Hb可以用二次 对称轴C2和对称平面相互交换.具有相同 的化学位移,它们是化学等价的.
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.远离氮原子的3J则与苯环 的3J相仿.
五元杂环（呋喃、噻吩和嘧啶）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。
利用对称面法则判断氢原子的化学位移数值是否相等.
对称面法则：对于直接在同个碳原子〈以C 表示〉上的 两个相同基团〈以X表示〉来说，只有当该分子存在对称面， 且该对称面平分这个XCX 角时，这两个相同的基团才是对 映异位的.
也就是说，在测定核磁共振氢谱时，当使用非手性溶剂 时，这两个相同基团才会具有相同的化学位移数值（当使用 手性溶剂时，这两个相同基团可能具有不同的化学位移数 值) . 如果该分子存在分子内运动，则对于每一种构象来说， 都应该存在平分XCX角的对称面，这两个相同基团才是对映 异位的，在用非手性溶剂测定核磁共振谱时才会具有相同的 化学位移数值.也即化学等价.
1. 2. 1 耦合作用和耦合常数
磁性核之间才会有耦合作用.磁性核是它们的自旋量子数不 为零的原子核. 如果不是磁性核， 就不能对其他原子核产生藕合 作用， 本身也不能用核磁共振方法来测定.
由于磁性核在磁场中有不同的取向，与它(们)相邻的核(在氢 谱中指的是氢核〉的谱峰即会呈现被裂分(分裂)的多重峰.
理论上可以证明，或者从实际谱图的解析也可以知道： 只要相互耦合的基团具有不同的化学位移值，它们之间的耦 合裂分就会表现出来。反之，如果它们的化学位移数值相同 (不管是理论上应该具有相同的化学位移数值，还是它们凑巧 具有相同的化学位移数值），它们之间虽然也存在相互的耦 合作用，但是此时它们之间的耦合裂分作用表现不出来。以 上的论述对于分析核磁共振氢谱是十分重要的.
有机化合物的核磁共振氢谱的测定
5、常态谱线的记录
(a)按下HLEVEL的NOR键 (b)按下SET键,从检测电表中读出峰高的最大值。 (c)将AMOLTTVDF旋钮置于与电表读数相同的位置上。 (d)将键钮旋转处于CRO上,显示器观察出峰的情况。 (e)将旋钮旋转处于NOR位置。 (f)调节TMS POSITION使TMS信号对准记录仪0Hz位置。 (g)用PAPID键向B方向移至记录仪左端。 (h)调节PHASE使峰两边基线平衡。 (i)放下笔用SWEEP MODE键中NOR向F方向转动、记谱。
三、仪器与试剂
日立RH24B连续波核磁共振仪 样品管Φ5mm 有机化合物 四氯化碳(含1%四甲基硅烷)
四、操作步骤
1、在直径5mm的样品管中的0.05ml有机化合 物加入含1%TMS的CCl4;盖上样品管帽
2、把装有试样的样品放在样品贮槽中预热5 分钟。
3、用5%为TMS调节仪器分辨率(由教师事先 调好)。
6、记录积分曲线 (a)MODE: INT键 (b)调节INTEGRATOR BALANCE使基线平衡 (c)压下PEN记录和积分曲线 (d)MONE: NOR键消去INT 7、关机 (e)关上显示器电源开关 (f)关上记录仪POVEROPP OFF
五、结果处理
解释各组峰的Biblioteka 属六、思考题1、谱仪的分辨率是什么? 2 、场频联锁,匀场系统以及样品管旋转为 何能提高谱仪的分辨率? 3 、什么叫边带?如何辨认?减弱边带的方法 有哪些?
一张氢谱给出的主要参数是:化学位移、偶 合常数和积分面积。从这些 参数可以得出
有机化学核磁共振氢谱
有机化学核磁共振氢谱《有机化学核磁共振氢谱》嘿，同学们！今天咱们来聊聊有机化学里一个超级有用的东西——核磁共振氢谱。
这听起来有点高大上，但别担心，我会用咱们都能懂的方式来讲。
首先呢，咱们得知道有机化合物是由各种各样的原子组成的分子，就像用不同的小零件拼成一个大玩具一样。
这些原子之间靠化学键连接，咱们可以把化学键想象成小钩子。
共价键呢，就是原子们共用小钩子来连接，就像两个小伙伴一起拿着一个小钩子，这样就把它们拴在一起啦。
那在有机化合物里，氢原子可是很重要的角色哦。
不同环境下的氢原子就像不同性格的小朋友，各有各的特点。
这时候核磁共振氢谱就像一个神奇的“探测器”，可以把这些氢原子的不同情况给找出来。
咱们来打个比方，假如把有机分子看成是一个小区，氢原子就是住在小区里的居民。
每个氢原子的居住环境可能不一样，有的住在高楼大厦（化学环境不同），有的住在小平房。
核磁共振氢谱就像是一个调查员，能把这些居民的居住情况调查得清清楚楚。
那它是怎么做到的呢？这就涉及到核磁共振的原理啦。
咱们简单来说，就像是给这些氢原子施加一个特殊的“魔法力”（磁场），然后这些氢原子就像小磁针一样有了反应（其实就是氢原子核的自旋在磁场中的行为）。
不同环境下的氢原子反应不一样，就像不同的小磁针在这个特殊的环境里表现不同。
这时候就会产生不同的信号，就像每个氢原子发出自己独特的声音一样。
在核磁共振氢谱图上，我们会看到不同的峰，每个峰就代表着一种环境下的氢原子。
峰的面积呢，就像每个类型的居民数量一样，它能告诉我们这种环境下氢原子的相对数量。
咱们再用化学平衡来类比一下。
化学平衡就像拔河比赛，反应物和生成物就像两队人。
在核磁共振氢谱这个“小世界”里，也有类似的平衡状态。
氢原子在分子里的分布和状态是相对稳定的，就像拔河比赛达到了两边力量相等、绳子不再移动的状态（在一定条件下）。
再说说分子的极性吧。
分子的极性就像小磁针，比如水是极性分子，氧一端就像磁针南极带负电，氢一端像北极带正电。
核磁共振氢谱样品制备
核磁共振氢谱样品制备
核磁共振氢谱样品制备是一项关键的实验步骤，用于分析有机化合物的结构和化学性质。
下面介绍常见的制备方法：
1. 溶液法制备：将化合物溶解于适当的溶剂中，通常使用氘代溶剂，如CDCl3或D2O。
样品浓度应该控制在0.5-1.0 mol/L范围内，以确保信号强度。
然后将溶液放入NMR样品管中，以进行后续实验。
2. 固体法制备：对于固态化合物，可以使用液态化合物润湿表面的方法。
首先将样品粉末加入到NMR样品管中，然后加入适量的溶剂，在室温下振荡，直到样品完全润湿。
然后将样品管放入NMR样品架中进行实验。
3. 凝胶法制备：对于高分子化合物，可以使用凝胶法制备样品。
首先将高分子化合物溶解于适当的溶剂中，并加入交联剂，使溶液形成凝胶。
然后将凝胶切成小块，并将其放入NMR样品管中，以进行后续实验。
以上是常见的核磁共振氢谱样品制备方法，实验人员需要根据不同的化合物性质和实验要求选择合适的方法。
- 1 -。
核磁共振氢谱
核磁共振谱在有机化学结构的测定中，核磁共振（NMR）谱有着广泛的应用。
核磁共振谱是由具有磁距的原子核，受辐射而发生跃迁所形成的吸收光谱。
在有机化学中，研究的最多，应用最广的是氢原子核（即质子）的核磁共振谱。
这种核磁共振谱又叫做质子磁共振（PMR）谱。
质子像电子一样，可以自旋而产生磁距。
在磁场中，质子自旋所产生的磁距可以有两种取向，或者与磁场方向一致（↑），或者相反（↓）。
质子磁距的两种取向相当于两个能级。
磁距的方向与外界磁场方向相同的质子的能量较低，不相同的则能量较高。
用电磁波照射磁场中的质子，当电磁波的能量等于两个能级的能量差时，处于低能级的质子就能吸收能量，跃迁到高能级（辐射能吸收的量子化）。
这种现象叫做核磁共振。
（与电子的跃迁相似）用来测定核磁共振的仪器叫做核磁共振仪。
理论上讲，可以把物质放在恒定的磁场中，由逐渐改变辐射频率来进行测定。
当辐射频率恰好等于能级差时，即可发生共振吸收。
此时核磁共振仪就能接收到信号。
但实际上，因磁感应强度与能引起核磁共振的辐射频率具有一定的比例关系，为了操作方便，采用的是保持辐射频率不变，而逐渐改变磁感应强度的方法。
当磁场达到一定强度时，即可发生共振吸收。
核磁共振仪收到信号时，就以吸收能量的强度为纵坐标，磁感应强度为横坐标绘出一个吸收峰。
由此得到波谱图，就是核磁共振谱。
质子的能级差时一定的，因此有机分子中的所有质子，似乎都应该在同一磁感应强度下吸收能量。
这样，在核磁共振图谱中，就应该只有一个吸收峰。
但有机化合物分子中的质子，其周围都是有电子的。
在外加磁场的作用下，电子的运动能产生感应磁场。
因此质子所感应的磁感应强度，并非就是外加磁场的磁感应强度。
一般来说，质子周围的电子使质子所感应到的磁感应强度要比外加磁感应强度弱些。
也就是说，电子对外加磁场有屏蔽作用。
屏蔽作用的大小与质子周围电子云密度的高低有关。
电子云密度越高，屏蔽作用越大，该质子的信号就要在越高的磁感应强度下才能获得。
大学有机化学核磁共振氢谱教案
课时安排：2课时教学目标：1. 了解核磁共振氢谱（NMR）的基本原理和应用。
2. 掌握NMR氢谱中化学位移、积分面积和峰形等参数的意义。
3. 学会根据NMR氢谱推断有机化合物的结构。
4. 培养学生运用NMR氢谱分析有机化合物结构的实践能力。
教学内容：1. 核磁共振氢谱的基本原理2. NMR氢谱的化学位移、积分面积和峰形3. NMR氢谱在有机化合物结构分析中的应用教学过程：第一课时：一、导入1. 介绍核磁共振氢谱（NMR）在有机化学中的应用背景。
2. 引导学生思考：NMR氢谱如何帮助我们确定有机化合物的结构？二、基本原理1. 介绍NMR的基本原理，包括核磁矩、外磁场、射频脉冲等。
2. 解释NMR氢谱的原理，即氢核在外磁场中的进动和共振现象。
3. 介绍NMR氢谱的谱图特点，如化学位移、积分面积和峰形等。
三、化学位移、积分面积和峰形1. 解释化学位移的概念，说明化学位移与氢核周围的电子云密度有关。
2. 介绍积分面积的意义，即积分面积与氢核的相对含量成正比。
3. 分析峰形，如单峰、双峰、三峰等，说明峰形与氢核的化学环境有关。
四、NMR氢谱在有机化合物结构分析中的应用1. 举例说明NMR氢谱在有机化合物结构分析中的应用，如确定官能团、推断碳骨架、分析构象等。
2. 引导学生分析实际NMR氢谱图，培养学生的实践能力。
第二课时：一、复习1. 回顾第一课时的内容，巩固学生对NMR氢谱基本原理和参数的理解。
二、案例分析1. 选择几个典型的有机化合物，展示其NMR氢谱图。
2. 分析NMR氢谱图，引导学生推断化合物的结构。
3. 强调化学位移、积分面积和峰形在结构分析中的重要性。
三、实践操作1. 组织学生进行NMR氢谱分析实验，如对简单有机化合物进行NMR氢谱测定。
2. 指导学生分析实验结果，培养学生的实验操作和数据分析能力。
四、总结1. 总结NMR氢谱在有机化合物结构分析中的应用，强调其重要性。
2. 强调化学位移、积分面积和峰形在结构分析中的关键作用。
核磁共振氢谱在有机物分子结构确定中的应用
核磁共振氢谱在有机物分子结构确定中的应用
核磁共振氢谱是一种非常有效的有机化学研究手段，它可以准确地推断出有机
物的结构分子。
它能够在经典的晶体技术非常费时费力的情况下，非常快速准确地揭示出有机分子的结构组成。
核磁共振氢谱（NMR）是一种实验中被广泛应用的技术，广泛用于有机物结构
确定方面。
此方法主要是通过在低或中磁场条件下改变核磁共振激发能量对激发谱图进行扫描，获得核磁共振的比较不同的氢原子的信号，然后通过将谱图信号与化学结构相联系，实现有机物结构的表征和确定。
NMR技术与其他物理和化学实验技术相比，具有许多优点，例如节约时间成本、易于测量、可在非水介质中进行研究以及可以通过图像谱获取直观信息等。
核磁共振氢谱是一种低侵入性的技术，有助于改进晶体实验，它可以准确地表征晶体分子的氢键结构和有机化合物的烷烃分子的分子结构，给化学家和尤其是有机化学家提供了极大的理论支持。
此外，核磁共振氢谱具有良好的针对性和记忆功能，可以直击而精准地推断新
的分子结构，在有机物结构确定技术中占有重要地位。
总之，核磁共振氢谱是一种有效的有机物分子结构确定技术，它具有灵敏性强、精度高、检测快捷等特点。
其在有机物结构确定以及分子构型研究中发挥了重要作用，值得进一步重视和推广。
核磁共振氢谱（PMR或1HNMR）
核磁共振氢谱（PMR或1HNMR）核磁共振氢谱(PMR或1HNMR)核磁共振技术是20世纪50年代中期开始应⽤于有机化学领域，并不断发展成为有机物结构分析的最有⽤的⼯具之⼀。
它可以解决有机领域中的以下问题：（1）结构测定或确定，⼀定条件下可测定构型和构象；（2）化合物的纯度检查；（3）混合物分析，主要信号不重叠时，可测定混合物中各组分的⽐例；（4）质⼦交换、单键旋转、环的转化等化学变化速度的测定及动⼒学研究。
NMR的优点是：能分析物质分⼦的空间构型；测定时不破坏样品；信息精密准确。
NMR通常与IR并⽤，与MS、UV及化学分析⽅法等配合解决有机物的结构问题，还⼴泛应⽤于⽣化、医学、⽯油、物理化学等⽅⾯的分析鉴定及对微观结构的研究。
⼀、基本概念核磁共振（简称为NMR）是指处于外磁场中的物质原⼦核系统受到相应频率（兆赫数量级的射频）的电磁波作⽤时，在其磁能级之间发⽣的共振跃迁现象。
检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。
因此，就本质⽽⾔，核磁共振波谱是物质与电磁波相互作⽤⽽产⽣的，属于吸收光谱（波谱）范畴。
根据核磁共振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分⼦结构。
发展历史1．1946 年美国斯坦福⼤学的F. Bloch 和哈佛⼤学E.M .Purcell领导的两个研究组⾸次独⽴观察到核磁共振信号，由于该重要的科学发现，他们两⼈共同荣获1952 年诺贝尔物理奖。
NMR发展最初阶段的应⽤局限于物理学领域，主要⽤于测定原⼦核的磁矩等物理常数。
2．1950 年前后W .G. Proctor等发现处在不同化学环境的同种原⼦核有不同的共振频率，即化学位移。
接着⼜发现因相邻⾃旋核⽽引起的多重谱线，即⾃旋—⾃旋耦合，这⼀切开拓了NMR 在化学领域中的应⽤和发展。
3．20 世纪60 年代，计算机技术的发展使脉冲傅⾥叶变换核磁共振⽅法和谱仪得以实现和推⼴，引起了该领域的⾰命性进步。
随着NMR 和计算机的理论与技术不断发展并⽇趋成熟，NMR ⽆论在⼴度和深度⽅⾯均出现了新的飞跃性进展，具体表现在以下⼏⽅⾯：1）仪器向更⾼的磁场发展，以获得更⾼的灵敏度和分辨率，现⼰有300、400、500、600MHz，甚⾄1000MHz 的超导NMR 谱仪；2）利⽤各种新的脉冲系列，发展了NMR 的理论和技术，在应⽤⽅⾯作了重要的开拓；3）提出并实现了⼆维核磁共振谱以及三维和多维核磁谱、多量⼦跃迁等NMR 测定新技术，在归属复杂分⼦的谱线⽅⾯⾮常有⽤。
核磁共振氢谱(1)
由永久磁铁到电磁铁再到超导磁体
60 MHz 300 MHz 600 MHz
1.4092 T 7.046 T 14.092 T
2
B0
0
超导磁铁磁场稳定，磁场高，做出谱图的 分辨率高，灵敏度高，便于分析。
第三阶段 1980 年代：Two-dimensional (2D) NMR 诞生（COSY，碳骨架连接顺 序，非键原子间距离，生物 大分子结构，……）
应用领域广泛
核磁共振谱 有机化学、生物化学、药物化学、 物理化学、无机化学研究，以及多 种工业部门 ，……
核磁共振成像 临床医学
第五章 核磁共振氢谱
0 MHz
1.6 核自旋驰豫
激发到高能态的核必须通过适当的途径将其 获得的能量释放到周围环境中去,使核从高能态回 到原来的低能态,这一过程称为自旋驰豫
• 驰豫过程是核磁共振现象发生后得以保持的必要条 件
自发辐射的概率近似为零
• 高能态核
低能态核
通过一些非辐射途径回到 这种过程叫核自旋驰豫
（将自身的能量传递给周围环境或其它低能级态）
异核偶合 JH-13C
例四 利用某些材料在低温下出现超导现象的原理，制成了超导磁铁。
邻近质子自旋磁矩间的相互作用
CH3
1 核磁共振氢谱的解析步骤
相同基团不是化学等价的。
裂分峰之间的距离相等
m = I, I −1, · · ·, −I 等。
Jab = Jba = 7.
1.65 1.04 0.9
2.35 7.06 7.14
第五章 核磁共振波谱法
Nuclear Magnetic Resonance
图谱解析 核磁共振图谱-氢谱
图4.7 自旋原子在(a) 在地球磁场中进动 (b) 在外加磁场中的进动.
14
SKLF
, 同外加磁场的强度成比例；外加磁场强度越大，
进动的速率越大. • 由于原子核带有电荷，原子核进动将产生同样频率的振 荡电场。 • 如果有相同频率的射线照射进动质子，此时射线的能量 将被吸收.
＝60 MHz
36
SKLF
4.11 局部的磁场屏蔽
σH σB 00
H0 B0
图4.20 由价电子引起的局部反磁场屏蔽
37
SKLF
A.电负性作用
取代基的电负性越强，它屏蔽质子的能力越强，因此，这些质子的 化学位移越大。 多重取代比单取代的效果要强。 碳原子上电负性的取代基降低相连质子的局部反磁场屏蔽效应，因 为他们降低了这些质子周围的电子云密度。 表 4.4 CH3X 化学位移同取代基 X的关系
21
SKLF
这种共振频率的差异是十分小的。
例如， CH3Cl, CH3F, 72Hz (1.41Tesla, 60MHz) 要想达到这种精确度，检测到精确的频率是十分困难 的;因此，不要试图测量每一个质子的精确的共振频率 标准的参照物： (CH3)4Si, TMS; 直接测量共振频率的 差异。 参照TMS，特定质子的共振频率同外加磁场的强度密 切相关。
自旋状态+1/2 具有较 低的能量，因为其磁 矩与磁场方向相同； 自旋状态1/2具有较 高的能量，因为其磁 矩与磁场方向相反.
图4.2 条形磁铁的顺磁和逆磁排列
7
SKLF
因此，当有外加磁场存在时，简并的磁旋状态被分 为能量不同的两种
-1/2 和磁场方向相反
+1/2
E
+1/2 和磁场方向相同
核磁共振波谱法-氢谱
级E1向高能级E2跃迁,所需能量为： △E=E2－E1= B0 -(-B0) = 2 B0 △E与核磁矩及外磁场强度成正比，外加磁场 B0越大，能级分裂越大，△E越大。
无磁场 (简并） m= -1/2 E2= +B0 △E=2 B0 m= +1/2 E1= - B0
由式 E = -B0及图可知1H核在磁场 中，由低能
= 0.99999
处于低能级的核数比高能态核数多十万分之一, 而NMR信号就是靠这极弱过量的低能态核产生的
若以合适的射频照射处于磁场的核，核吸收能量 后，由低能态跃迁到高能态，其净效应是吸收能 量，产生共振信号。 若高能态核不能通过有效途径释放能量回到低能 态，低能态的核数越来越少，一定时间后， N(-1/2)=N(+1/2)，这时不再吸收，核磁共振信号消失， 这种现象为“饱和”。 必须通过核自旋弛豫来保持低能态的核的数目占 微弱多数。 据波尔兹曼定律，提高外磁场强度，降低工作温 度，可减少 N(-1/2) / N(+1/2)值,，提高观察NMR信号 的灵敏度。
仪器组成：
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。 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至600MHz或 更高。 3、射频信号接受器（检测 器）：当质子的进动频率与辐 射频率相匹配时，发生能级跃 迁，吸收能量，在感应线圈中 产生毫伏级信号。
26.75 6.73 -2.71 25.18 10.84
核自旋能级分布和驰豫：
(一)核自旋能级分布
1H核在磁场作用下,被分裂为m=+1/2和
m=-1/2两个能级，处在低能态核和处于高能态 核的分布服从波尔兹曼分布定律：
核磁共振氢谱确定有机化合物结构
1-benzene 1 -C(=O)OC 1 -C(=O)OC general corrections
methylene 1 alpha -C 1 alpha -OC(=O)-1:C*C*C*C*C*C*1 general corrections
(2) 将待测样品管外部擦拭干净后再插入转子中，放在深度规中测量好高度，高 度不当会可能导致探头受损。
(3) 将仪器调节至可做常规氢谱的状态。 (4) 建立一个新的实验数据文件，修改合适的保存路径 (5) 输入 LOCK 指令锁场以内锁场方式观察样品溶液中氘信号进行锁场 (6) 输入 EDA 指令调匀场（本实验只调节 Z1 和 Z2）. (7) 设置采样参数，一般只修改采样次数与扫描宽度。其他数据已经设置好，不
1.37 0.00 2.92 0.01
0.86 0.44
-0.01 0.86
0.44 -0.01
1-benzene 1 -C(=O)OC 1 -C(=O)OC general corrections
1-benzene 1 -C(=O)OC 1 -C(=O)OC general corrections
二、实验基本原理
1.核磁共振现象
将有磁矩的原子核放入磁场后，用适当频率的电磁波照射，它们会吸收能量，发 生原子核能级的跃迁，同时产生核磁共振现象，得到核磁共振谱，此方法称为核磁共 振波谱法。
在静磁场中，原子核绕其自旋轴旋转，自旋轴与和磁矩μ方向相同，自旋轴又围 绕着静磁场运动，且两者之间始终保持一定的夹角，即θ角，称之为拉莫尔进动如图 所示
4.核磁共振现象的三要素是什么？
核磁共振的三要素：具有自旋磁矩的原子核、在适当频率的电磁波照射下吸收能 量、原子核能级跃迁。
核磁共振氢谱的原理
核磁共振氢谱的原理
核磁共振氢谱是一种用于分析化合物中氢原子的技术。
它基于氢原子核自旋的性质，利用外加磁场和射频辐射的作用，观察氢原子核的吸收和发射特征，从而可以得到有关化合物结构和环境的信息。
核磁共振氢谱仪由一个强磁场、射频信号源、检测系统和数据处理装置组成。
首先，物质样品被放置在强磁场中，使得氢原子核的自旋方向与磁场方向产生耦合。
不同的环境（如化学键的不同、分子结构的不同）会导致氢原子核的共振频率发生变化。
接下来，通过射频信号源提供一个与氢原子核共振频率相同的辐射频率。
当射频场作用于样品中的氢原子核时，它们会吸收能量，并从低能级跃迁到高能级。
这个过程称为共振吸收。
在这个过程中，吸收的射频能量与氢原子核的共振频率相关，可以用来鉴定化合物中不同类型的氢原子核。
不同类型的氢原子核吸收能量不同，因此可以观察到不同的信号峰。
根据信号强度、化学位移和耦合常数等信息，可以推断出氢原子核所处的环境。
最后，检测系统将吸收的射频信号转换为电信号，并经过处理后传送给数据处理装置。
数据处理装置会对收集到的信号进行分析、解谱，并绘制出核磁共振氢谱图。
通过核磁共振氢谱，我们可以获取化合物的结构信息、功能团
的存在与否、分子间的相互作用等重要信息。
它是现代化学中的一种重要分析工具，被广泛应用于有机合成、材料科学、药物研发等领域中。
核磁共振氢谱确定有机化合物结构
核磁共振氢谱确定有机化合物结构核磁共振氢谱（NMR）是一种常用的技术，用于确定有机化合物的分子结构和确定它们之间的相互作用。
在核磁共振氢谱中，氢原子通过吸收和释放电磁辐射的方式，提供了关于化合物的丰富信息，包括它们的官能团、它们所处的环境以及它们之间的关联和构型。
核磁共振氢谱仪的原理基于核磁共振现象。
核磁共振现象是指在外加磁场的作用下，原子核自旋导致的现象。
在核磁共振氢谱中，氢原子的核自旋所导致的现象被用来研究其分子结构。
核磁共振氢谱用于测量氢原子由磁场的低能态向高能态转换时吸收或释放的能量。
在核磁共振氢谱中，峰的位置和强度提供了关于化合物结构的信息。
每个氢原子的化学环境以及相邻的原子可以通过峰的位置来确定。
在核磁共振氢谱中，峰的位置用化学位移（δ）值表示。
化学位移是一个相对值，相对于参考化合物（通常是脱氯苯或甲基三氯硅烷）来确定。
化学位移的单位是ppm（parts per million），通常以δ值表示。
化学位移的数值通常在0到10之间，更大的数值表示更大的化学位移。
化学位移与原子所处环境的化学性质有关。
不同官能团和化学基团对化学位移有不同的影响。
例如，芳香环上的氢原子通常有较低的化学位移，而烷烃链上的氢原子通常有较高的化学位移。
此外，邻近的官能团和化学基团也会对化学位移产生影响。
除了化学位移，核磁共振氢谱还提供了关于化合物结构的其他信息。
峰的强度表示了相应氢原子的数量。
峰的形状和宽度提供了关于化合物的热动力学性质的信息。
峰的耦合模式提供了关于化合物化学键之间的相互作用和构型的信息。
耦合是指一个氢原子受到邻近的氢原子的影响，导致峰分裂成多个子峰。
耦合模式可以帮助确定化合物的官能团和它们之间的相互作用。
通过综合分析核磁共振氢谱提供的信息，可以确定化合物的分子结构。
首先，根据化学位移确定化合物中每个氢原子的化学环境和官能团。
然后，根据峰的强度和数量确定化合物中不同官能团的相对含量。
接下来，根据峰的形状和宽度分析化合物的热动力学性质。
大学有机化学核磁共振氢谱
只有当I ＞ O，才能发生共振吸收，产生共振信号。 2.自旋核在外加磁场中的取向 （在没有外电场时，自旋核的取向是任意的）。
1H核 ：自 旋 取 向 数=2× 1/2+1=2
H'
H'
即 ： H核 在 外 场 有 两 个 自 旋 方 向 相 反 的 取 向 。
一致H0相反
3. 磁共振的产生
核在外加磁场中的取向：每一个取向都代表 一个能级状态
18双键碳上的质子烯烃双键碳上的质子位于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优秀课件精彩无限
核磁共振氢谱
Nuclear Magnetic Resonance (1HNMR)
核磁共振是指具有磁矩的原 子核在恒定磁场中由电磁波 引起的共振跃迁现象。
a bc
C3HC2HC2HC l
红外光谱的八个峰区
4 C3H6O2 IR
=1 NMR
3400cm-1 1700cm-1 11.3 (单峰 1H) 2.3 (四重峰 2H) 1.2 (三重峰 3H)
答案：CH3CH2COOH
C7H8O IR 3300，3010，1500，1600，730，690cm-1
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
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）
试 样 的 共 振 频 率
标 准 物 质 T M S 的 共 振 频 率
有机物核磁共振氢谱峰数
有机物核磁共振氢谱峰数有机物的核磁共振氢谱峰数是一项重要的实验技术，通过观察样品中的氢原子在强磁场中的行为，可以得到有关有机化合物结构的信息。
在核磁共振氢谱峰数的测定中，需要考虑到一系列因素，如有机分子的结构、化学环境、取代基等。
本文将介绍有机物核磁共振氢谱峰数的相关知识。
首先，有机物的核磁共振氢谱峰数是由样品中不同氢原子的环境引起的。
根据核磁共振现象，每个氢原子会产生一个共振峰，而这些峰的数量取决于样品中不同化学环境的氢原子个数。
例如，苯环上的氢原子会产生一个峰，而甲基上的氢原子会产生三个峰，因为它们的化学环境不同。
其次，有机物分子中的取代基也会对核磁共振氢谱峰数产生影响。
取代基的存在会改变氢原子的化学环境，从而导致峰数的变化。
以甲基取代苯环为例，取代基会引入额外的氢原子，因此在核磁共振氢谱中会出现更多的峰。
此外，有机物分子的结构也是决定核磁共振氢谱峰数的关键因素。
不同结构和键的有机分子会产生不同数目的峰。
例如，饱和烃分子中的氢原子只会产生一个峰，而不饱和烃分子中的氢原子可能会产生多个峰，这是由于不饱和键的存在导致的。
在实际测定核磁共振氢谱峰数时，我们通常会利用仪器进行分析。
仪器会产生一条曲线谱图，其中的峰数会直观地展示有机物分子中氢原子的个数和环境。
通过观察这些峰的位置、强度和形状，可以进一步推断有机物的结构和化学性质。
综上所述，有机物的核磁共振氢谱峰数是由样品中不同氢原子的化学环境和分子结构所决定的。
在实验测定中，需要考虑到取代基的影响、化学环境的影响以及分子结构的影响。
通过准确测定和分析核磁共振氢谱峰数，可以为有机物的结构解析提供重要的信息。
有机物核磁共振氢谱峰数
有机物核磁共振氢谱峰数
摘要：
1.核磁共振氢谱峰数与有机化合物的结构关系
2.核磁共振氢谱峰数的计算方法
3.核磁共振氢谱峰数的应用
正文：
核磁共振氢谱(NMR) 是一种用于分析有机化合物结构的有效方法。
在核磁共振氢谱中，每个不同的氢原子都会产生一个特定的信号，称为峰。
峰的数量和位置可以提供有关分子结构的信息。
有机化合物的结构与其核磁共振氢谱峰数密切相关。
不同类型的氢原子在核磁共振氢谱中产生不同数量的峰。
例如，甲基氢原子通常产生一个峰，而乙基氢原子通常产生两个峰。
因此，通过分析核磁共振氢谱峰数，可以推断有机化合物中不同类型的氢原子的数量和位置。
核磁共振氢谱峰数的计算方法通常基于分子中氢原子的数量和它们在分子中的环境。
对于一个给定的有机化合物，可以根据其分子结构计算出其预期的核磁共振氢谱峰数。
这个计算方法通常涉及到分子轨道理论和量子化学计算。
核磁共振氢谱峰数在有机化合物的结构分析中有广泛的应用。
它们可以用于确定分子中不同类型的氢原子的数量和位置，以及分子的构象和立体化学。
此外，核磁共振氢谱峰数还可以用于分析反应机理和分子动力学。
核磁共振氢谱峰数是分析有机化合物结构的重要工具。
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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。
H0
h I ( I 1) I＝0、1/2、1…… 2 I = 0，ρ=0， 无自旋，不能产生自旋角动量，不会
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。
小结：
特征质子的化学位移值
CHCl3 (7.27)
6—8.5 0.5(1)—5.5 2—4.7
• 60多年来，超过14位科学家因推动核磁技术的发展而 获诺贝尔奖. 1946年，由美国斯坦福大学F. Block和哈佛大学E. M. Purcell各自独立发现的核磁共振, 两人获得1952年 Nobel奖。
*1953年，Varian公司研制成功世界上第一台商品化 的核磁共振仪。 *1957年，利用核磁共振仪测定了13C核磁共振谱。 *1964年，用超导磁体代替电磁铁，使用了脉冲傅立 叶变换技术（Pulse Fourier Transformation). *1991年 R. R. Ernst（瑞士）发展高分辨核磁共振波 谱学方法；瑞士科学家库尔特· 维特里希因“发明了 利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的 方法”而获得2002年诺贝尔化学奖。
D
OH NH2 NH
1.7—3
10.5—12 9—10 4.6—5.9 8 7 6 5 4 3 2 0.2—1.5 1 0
13
12
11
10
9
RCOOH
R H
CR2=CH-R CH2F CH2Cl CH2Br CH2I CH2O CH2NO2
RCHO
CH2Ar CH2NR2 CH2S CCH CH2C=O CH2=CH-CH3
H0 (3) 照射频率与外磁场的关系： 2
核——原子核自旋 磁——外加磁场H0 I≠0 诱导产生自旋能级分裂
共振——1= 0
能级跃迁
信号 吸 收 能 量 0 低 场 H0 高 场
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。
结论：该化合物的结构应为：
a b c
CH3CH2CH2Cl
红外光谱的八个峰区
4
C3H6O2
=1
IR NMR
3400cm-1
1700cm-1 2.3 (四重峰 2H)
11.3 (单峰 1H) 1.2 (三重峰 3H)
答案：CH3CH2COOH
C7H8O IR 3300，3010，1500，1600，730，690cm-1
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
峰与零点的相对距离来确定它们的化学位移值。
低场 9 高场
8 7 6 6 5 4 3 2 1 零 点 -1 -2 -3
TMS
化学位移用表示，以前也用表示， 与的关系为： = 10-
试样的共振频率
标准物质TMS的共振频率
试样 TMS 106 0
化学位移
感生磁场 H'非常小，只有 外加磁场的百万分之几， 6 为方便起见，故× 10
为什么选用TMS(四甲基硅烷)作为标准物质?
(1) 屏蔽效应强，共振信号在高场区(δ值规定为0)，绝
大多数吸收峰均出现在它的左边。 (2) 结构对称，是一个单峰。 (3) 容易回收(b.p低)，与样品不反应、不缔合。
ν= γ H0 高能态 H' ms = _ 1/2 外 场 H' ms = + 1/2
2π E = hν H0
γ — 磁旋比(物质的特征常数)
E = hν = γ
h H0 2π
低能态
1H受到一定频率（v）的电磁辐射，且提供的能
量 =ΔE，则发生共振吸收，产生共振信号。
核磁共振条件
(1) 核有自旋(磁性核)； (2) 外磁场, 能级裂分;
实例分析
（2）
D. CH3CH2CH2NO2 E. CH3CH2I F. (CH3)2CHNO2
A. CH3COOCH2CH3 B. p-CH3CH2C6H4I C. CH3COOCH(CH3)2
D
乙醇的
1 HNMR
图
Ho
3 个H
2个H 1 个H TMS
积分曲线示意图
四、决定质子数目的方法
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。
2cm(1H) 8cm(4H) 4cm(2H) 14cm(7H)
谱图上只有一个单峰，说明分子中所有氢核的化学环境完 全相同。结合分子式可断定该化合物为丙酮。
根据分子式计算不饱和度，其经验公式为：
2 2n4 n3 n1 U 2
式中：n1、n3、n4分别代表分子中一价、三价和四 价原子的数目。
例：苯甲醛（C7H6O）不饱和度的计算
2 27 6 U 5 2
5
=4
NMR 7.2 (多重峰 5H) 4.5 (单峰 2H) 3.7 (单峰 1H)
答案： C6H5-CH2-OH
实例分析（1）
A. CH3COOCH2CH3 B. p-CH3CH2C6H4I C. CH3COOCH(CH3)2 E
D. CH3CH2CH2NO2 E. CH3CH2I F. (CH3)2CHNO2
不饱和度意义：
U 0 分子中无双键或环状结 构 U 1 分子中可能含一个双键 或一个环 U 2 分子中可能含两个双键 ，或一个双键 环，或一个叁键 U 4 分子中可能含苯环 U 5 分子中可能含苯环 一个双键
3. 某化合物分子式为C3H7Cl，其NMR谱图如下图所示：
产生共振信号。
只有当I ＞ O，才能发生共振吸收，产生共振信号。 2.自旋核在外加磁场中的取向 （在没有外电场时，自旋核的取向是任意的）。
H'
1
H'
H 核：
自旋取向数 = 2×1/2 + 1 = 2 一 致 H0 相 反
即：H核在外场有两个自旋方向相反的取向。
3. 磁共振的产生
核在外加磁场中的取向：每一个取向都代表 一个能级状态 如：1H核
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 H0 高场
因此，H核磁共振的条件是：
H实 H（ ） 0 1 2 2
2. 化学位移的表示方法
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。
吸 收 强 度 OH
CH3 CH2
乙醇的
1 HNMR
图
Ho
二、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。
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。
七、谱图解析
1.
一张谱图可提供关于有机分子结构的如下信息:
1. 由吸收峰的组数，可以判断有几种不同类型的H核； 2. 由峰的强度（峰面积或积分曲线高度），可以判断各
类H的相对数目；
3. 由峰的裂分数目，可以判断相邻H核的数目；
4. 由峰的化学位移（δ值），可以判断各类型H所处的
化学环境。
2.分子式为C3H6O的某化合物的核磁共振谱如下，试确定其结构。
Ha Ha C Ha
Hb C Hb I
Hb
β
Ha
α
C
C
I
高 场 Ha C O Hb Hb 低 场
屏蔽效应： Ha
注意：
*自旋偶合与相互作用的两个H核的相对位置有关。 *当相隔单键数≤3时，可以发生自旋偶合；相
隔三个以上单键，J 值趋于0，即不发生偶合。
* 磁等性H核之间不发生自旋裂分。如： CH3—CH3只有一个单峰。
3 2 2
试推断该化合物的结构。
解： 由分子式可知，该化合物是一个饱和化合物； 由谱图可知：
(1) 有三组吸收峰，说明有三种不同类型的 H 核； (2) 该化合物有七个氢，有积分曲线的阶高可知a、 b、 c各组吸收峰的质子数分别为3、2、2； (3) 由化学位移值可知：Ha 的共振信号在高场区，其 屏蔽效应最大，该氢核离Cl原子最远；而 Hc 的屏蔽 效应最小，该氢核离Cl原子最近。
三、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。 (1) 电负性的影响 元素的电负性↑，通过诱导效应，使H核的核外电子 云密度↓，屏蔽效应↓，共振信号→低场。例如：
高 场
低 场
Hb
β
Ha
α
C
C
I
Ha
屏蔽效应： Hb
高 场 Ha C O Hb Hb 低 场
C3CH C2CH2 C-CH3
环烷烃
三、共振吸收峰（信号）的数目
一个化合物究竟有几组吸收峰，取决于分子 中H核的化学环境。 有几种不同类型的H核，就有几组吸收峰。 例如：