2核磁共振H谱(12)
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70年代后期起，NMR与计算机的理论和技术日趋成熟， NMR的重大进展主要方向：①为提高灵敏度与分辨率，仪器 向更高磁场仪器发展。一般磁铁的磁场强度，上限约为2.5 T(100 MHz仪器)，要想提高场强必须采用超导磁体(励磁线圈 需放在液氦中冷却)，最高可达14 T(约600 MHz仪器)。因此， 80年代以来相继出现200~500 MHz仪器使核间偶合关系简化， 波谱易于解析。②二维核磁共振谱(2D-NMR)的出现，可以了 解核间相关与偶合关系，如C—H与H—H相关谱等。③可进行 多核研究，原则上具备了测定各种磁性核NMR的条件。④ NMR成象技术实现与完善，使NMR可以用于医疗诊断。
与UV、IR比较
共同点都是吸收光谱
吸收 能量
跃迁 类型
UV-Vis
IR
NMR
无线电波
紫外可见 光
红外光
1~100m波长最 长，能量最小,
780nm~1000 不能发生电子
200~780nm
m
振动转动能级
跃迁
电子能级 振动能级 自旋原子核发
跃迁
跃迁
生能级跃迁
NMR发展简史
1946年哈佛大学的Purcell与斯坦福大学的Bloch等人发现, 1952年获诺贝尔物理奖 。
7-2 基本原理
一、原子核的自旋
同位素——Z相同N不同的核素
1. 原子核的组成与自旋
质子数 （核电荷数）
原子核 = 质子 + 中子
A Z
X
N
A N Z
质量数 （核子数）
中子数
B0
研究原子光谱精细结构——发现自旋
自旋产生磁矩（微观磁矩）
核自旋的特征用自旋量子数 (spin quantum number) I 来 描述
Mg,2173
Al
偶 奇奇
1
2 1
H,
6 3
Li,
14 7
N
2
58 27
Co
3
10 5
B
能级分裂数目少，共振谱线简单； 电荷分布均匀，共振谱线窄。
能级分裂数目多 共振谱线复杂
2. 核磁矩
原子核存在自旋，产生 核磁性偶极矩：
自旋角动量： p h I (I 1) 2
核 磁 矩： p
磁旋比
Ｉ≠1/2的
第 2 章核磁共振1H谱
(proton nuclear magnetic resonance ; 1H NMR )
2-1 概述 2-2 基本原理 2-3 核磁共振波谱仪 2-4 化学位移
2-5 自旋偶合与自旋系统 2-6 一级图谱与图谱解析 2-7 高级图谱与简化方法
2-1 概述
UV、IR——官能团信息，但官能团之间的连接？
60年代初期出现了100 MHz仪器，相继出现脉冲Fourier变换 NMR(PFT-NMR或简称 FT-NMR)技术。
由于计算机的发展及1965年Coaley等提出的快速Fourier 变换运算方法，使 PFT-NMR技术得以成为现实。这是NMR 技术的一次革命性飞跃，它的出现，使天然丰度很低的13C及 15N等的NMR信号的测定成为可能。
每一种取向可用磁量子数m来表示。m的取值为
I，I－1，I－2，…，－I +1，－I，共 2I +1个。
z
z
z
m=1/2 H0
m=-1/2 I=1/2 I=1
1951年Arnold等发现乙醇的核磁共振谱由三组峰（CH3、CH2、 OH）组成，发现了化学位移，进而发现了偶合现象，从而 NMR开始被化学家所重视。
1953年，出现了第一台30 MHz连续波核磁共振波谱仪 (CW-NMR)商品，
1958年出现了60 MHz仪器，而使1H-NMR、19F-NMR及 31P-NMR得到迅速发展。
核磁共振波谱图可提供物质结构的下列信息
峰 的 组 数: 了解分子中有多少种化学环境不一样的质子 峰的强度(面积)比: 每种质子的数目(相对)是多少 峰 的 位 置(δ): 每种质子所处的化学环境、分子中的位置 峰 的 裂 分 数 : 相邻碳原子上质子数； 偶 合 常 数 (J): 确定化合物构型。
原子核基态的自旋量子数有如下规律
A ZN
I
例
偶 偶偶
0
12 6
C,
16 8
O,
32 16
S
奇
奇偶
1/2
1 1
H,163
C,
15 7
N,199
F,
29 14
Si,
31 15
P
or or
3/2
11 5
B,
33 16
S,1375
Cl,
39 19
K,
79 35
Br,
81 35
Br
偶奇
5/2
17 8
O,
25 12
NMR应用
1. 在有机物质结构研究方面
可测定化学结构及立体结构(构型、构象)、研究互变现象等， 是有机化合物结构测定最重要的手段之一。
氢谱(1H-NMR)主要可给出三方面结构信息：
（1）质子类型(—CH3、—CH2— 、 CH 、 =CH、 CH、
Ar—、—OH、—CHO、…)及质子的化学环境； （2）氢分布； （3）核间关系。 缺点：①不能给出不含氢基团，如羰基、氰基等的核磁共振 信号。②对于含碳较多的有机物（如甾体等)中化学环境相近 的烷氢，用氢谱常常难以鉴别。但氢谱仍然是目前应用最普 及的核磁共振谱。
原子核
P
m(v
r)
Q(v r) 2 c
μ Q P 2 mc
Ｉ＝1/2的
原子核
二、原子核的自旋能级和共振吸收 （一）核自旋能级分裂
1. 空间量子化 对于氢核
Baidu NhomakorabeaH0外加磁场
m= -1/2 E2= B0
无磁场
△E = 2 B0 m= +1/2 E1= －B0
＝54°24’ 和 125 °36’
原子核在外磁场中的自旋取向数为： 自旋取向数＝2 I + 1
碳谱 (13C-NMR spectrum；CNMR)
弥补了氢谱的不足，可给出丰富的碳骨架信息。特别对于含碳 较多的有机物，具有很好的鉴定意义。峰面积与碳数一般不成 比例关系，是其缺点。因而氢谱和碳谱可互为补充。
氮-15NMR (15N-NMR)
用于研究含氮有机物的结构信息，是生命科学研究的有力工具。
2. 物理化学研究方面
可以研究氢键、分子内旋转及测定反应速度常数等。
3. 在定量分析方面
可以测定某些药物的含量及纯度检查。例如，英国药典1988年 版规定庆大霉素用NMR法鉴定。
4. 医疗与药理研究
由于核磁共振法具有能深入物体内部，而不破坏样品的 特点，因而对活体动物、活体组织及生物化学药品也有广泛 的应用。如酶活性、生物膜的分子结构、癌组织与正常组织 的鉴别、药物与受体间的作用机制等。近年来，国内一些大 医院已配备了核磁共振仪，用于诊察人体疾病，成像功能优 于X光透视，而且不损伤身体。
与UV、IR比较
共同点都是吸收光谱
吸收 能量
跃迁 类型
UV-Vis
IR
NMR
无线电波
紫外可见 光
红外光
1~100m波长最 长，能量最小,
780nm~1000 不能发生电子
200~780nm
m
振动转动能级
跃迁
电子能级 振动能级 自旋原子核发
跃迁
跃迁
生能级跃迁
NMR发展简史
1946年哈佛大学的Purcell与斯坦福大学的Bloch等人发现, 1952年获诺贝尔物理奖 。
7-2 基本原理
一、原子核的自旋
同位素——Z相同N不同的核素
1. 原子核的组成与自旋
质子数 （核电荷数）
原子核 = 质子 + 中子
A Z
X
N
A N Z
质量数 （核子数）
中子数
B0
研究原子光谱精细结构——发现自旋
自旋产生磁矩（微观磁矩）
核自旋的特征用自旋量子数 (spin quantum number) I 来 描述
Mg,2173
Al
偶 奇奇
1
2 1
H,
6 3
Li,
14 7
N
2
58 27
Co
3
10 5
B
能级分裂数目少，共振谱线简单； 电荷分布均匀，共振谱线窄。
能级分裂数目多 共振谱线复杂
2. 核磁矩
原子核存在自旋，产生 核磁性偶极矩：
自旋角动量： p h I (I 1) 2
核 磁 矩： p
磁旋比
Ｉ≠1/2的
第 2 章核磁共振1H谱
(proton nuclear magnetic resonance ; 1H NMR )
2-1 概述 2-2 基本原理 2-3 核磁共振波谱仪 2-4 化学位移
2-5 自旋偶合与自旋系统 2-6 一级图谱与图谱解析 2-7 高级图谱与简化方法
2-1 概述
UV、IR——官能团信息，但官能团之间的连接？
60年代初期出现了100 MHz仪器，相继出现脉冲Fourier变换 NMR(PFT-NMR或简称 FT-NMR)技术。
由于计算机的发展及1965年Coaley等提出的快速Fourier 变换运算方法，使 PFT-NMR技术得以成为现实。这是NMR 技术的一次革命性飞跃，它的出现，使天然丰度很低的13C及 15N等的NMR信号的测定成为可能。
每一种取向可用磁量子数m来表示。m的取值为
I，I－1，I－2，…，－I +1，－I，共 2I +1个。
z
z
z
m=1/2 H0
m=-1/2 I=1/2 I=1
1951年Arnold等发现乙醇的核磁共振谱由三组峰（CH3、CH2、 OH）组成，发现了化学位移，进而发现了偶合现象，从而 NMR开始被化学家所重视。
1953年，出现了第一台30 MHz连续波核磁共振波谱仪 (CW-NMR)商品，
1958年出现了60 MHz仪器，而使1H-NMR、19F-NMR及 31P-NMR得到迅速发展。
核磁共振波谱图可提供物质结构的下列信息
峰 的 组 数: 了解分子中有多少种化学环境不一样的质子 峰的强度(面积)比: 每种质子的数目(相对)是多少 峰 的 位 置(δ): 每种质子所处的化学环境、分子中的位置 峰 的 裂 分 数 : 相邻碳原子上质子数； 偶 合 常 数 (J): 确定化合物构型。
原子核基态的自旋量子数有如下规律
A ZN
I
例
偶 偶偶
0
12 6
C,
16 8
O,
32 16
S
奇
奇偶
1/2
1 1
H,163
C,
15 7
N,199
F,
29 14
Si,
31 15
P
or or
3/2
11 5
B,
33 16
S,1375
Cl,
39 19
K,
79 35
Br,
81 35
Br
偶奇
5/2
17 8
O,
25 12
NMR应用
1. 在有机物质结构研究方面
可测定化学结构及立体结构(构型、构象)、研究互变现象等， 是有机化合物结构测定最重要的手段之一。
氢谱(1H-NMR)主要可给出三方面结构信息：
（1）质子类型(—CH3、—CH2— 、 CH 、 =CH、 CH、
Ar—、—OH、—CHO、…)及质子的化学环境； （2）氢分布； （3）核间关系。 缺点：①不能给出不含氢基团，如羰基、氰基等的核磁共振 信号。②对于含碳较多的有机物（如甾体等)中化学环境相近 的烷氢，用氢谱常常难以鉴别。但氢谱仍然是目前应用最普 及的核磁共振谱。
原子核
P
m(v
r)
Q(v r) 2 c
μ Q P 2 mc
Ｉ＝1/2的
原子核
二、原子核的自旋能级和共振吸收 （一）核自旋能级分裂
1. 空间量子化 对于氢核
Baidu NhomakorabeaH0外加磁场
m= -1/2 E2= B0
无磁场
△E = 2 B0 m= +1/2 E1= －B0
＝54°24’ 和 125 °36’
原子核在外磁场中的自旋取向数为： 自旋取向数＝2 I + 1
碳谱 (13C-NMR spectrum；CNMR)
弥补了氢谱的不足，可给出丰富的碳骨架信息。特别对于含碳 较多的有机物，具有很好的鉴定意义。峰面积与碳数一般不成 比例关系，是其缺点。因而氢谱和碳谱可互为补充。
氮-15NMR (15N-NMR)
用于研究含氮有机物的结构信息，是生命科学研究的有力工具。
2. 物理化学研究方面
可以研究氢键、分子内旋转及测定反应速度常数等。
3. 在定量分析方面
可以测定某些药物的含量及纯度检查。例如，英国药典1988年 版规定庆大霉素用NMR法鉴定。
4. 医疗与药理研究
由于核磁共振法具有能深入物体内部，而不破坏样品的 特点，因而对活体动物、活体组织及生物化学药品也有广泛 的应用。如酶活性、生物膜的分子结构、癌组织与正常组织 的鉴别、药物与受体间的作用机制等。近年来，国内一些大 医院已配备了核磁共振仪，用于诊察人体疾病，成像功能优 于X光透视，而且不损伤身体。