第二章 核磁共振氢谱2讲解
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核磁氢谱解析ppt课件
三键,双键,苯环由于磁各项异性都会产生屏蔽区和去屏蔽区,所以 这些也是影响化学位移的重要因素，经常借此因素来区分异构体。单 键也有磁各向异性,所以C3CH>C2CH2>CCH3
4) 共轭作用和诱导作用(对不饱和烷烃影响) 对不饱和烷烃共轭作用和诱导作用要综合考虑。
共轭作用有p-π共轭给电子,π-π共轭吸电子；诱导效 应主要是吸电子效应。
2. 在有机化学中使苯环活化的邻, 对位定位基, 主要是有 p-π共轭作用. 这类有: -OH, -OR, -NH2, -NHR.
3. 第三类取代基是有机化学中使苯环钝化的间位定位基. 主要是纯在π-π共轭, 同时杂原子拉电子性, 使苯电子云密 度降低, 尤其是邻位.这类集团有: -CHO, -COR, -COOR, COOH, -CONHR, -NO2, -N=NR 等.
谢谢！
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！
2)S－P杂化 从sp3（碳碳单键）到sp2（碳碳双键）s 电子的成分从25％增加到33％，键电子 更靠近碳原子，因而对相连的氢原子有 去屏蔽作用，即共振位移移向低场. (芳 环与烯烃比饱和烷烃的化学位移低场的 原因)
3)磁各向异性 根据S-P杂化原理, 炔烃应该比烯烃更低场,苯环与烯烃相近.但实
还有些化合物在一种溶剂里不稳定,做出来的谱图比较杂,这时可 以换一种溶剂来做。
如 成盐后氮旁边的CH2会低场偏移0.5 ppm，同 样在CDCl3或DMSO做溶剂的谱图中没有成盐之前的氨活 泼氢在0.5－4.0ppm处，但成盐后活泼氢会出在10－ 12ppm处，并且是两个NH.HCl，这也是鉴定氨是否成盐 的一种方法。
下面是我们比较常见的两种结构的互变异构.在有些化合物中只表现一种 构型.有些化合物中两种构型皆有，此时在核磁管里面加入浓盐酸1－2滴，会 发现变为单一的构型，这样的方法比升温要方便。
4) 共轭作用和诱导作用(对不饱和烷烃影响) 对不饱和烷烃共轭作用和诱导作用要综合考虑。
共轭作用有p-π共轭给电子,π-π共轭吸电子；诱导效 应主要是吸电子效应。
2. 在有机化学中使苯环活化的邻, 对位定位基, 主要是有 p-π共轭作用. 这类有: -OH, -OR, -NH2, -NHR.
3. 第三类取代基是有机化学中使苯环钝化的间位定位基. 主要是纯在π-π共轭, 同时杂原子拉电子性, 使苯电子云密 度降低, 尤其是邻位.这类集团有: -CHO, -COR, -COOR, COOH, -CONHR, -NO2, -N=NR 等.
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2)S－P杂化 从sp3（碳碳单键）到sp2（碳碳双键）s 电子的成分从25％增加到33％，键电子 更靠近碳原子，因而对相连的氢原子有 去屏蔽作用，即共振位移移向低场. (芳 环与烯烃比饱和烷烃的化学位移低场的 原因)
3)磁各向异性 根据S-P杂化原理, 炔烃应该比烯烃更低场,苯环与烯烃相近.但实
还有些化合物在一种溶剂里不稳定,做出来的谱图比较杂,这时可 以换一种溶剂来做。
如 成盐后氮旁边的CH2会低场偏移0.5 ppm，同 样在CDCl3或DMSO做溶剂的谱图中没有成盐之前的氨活 泼氢在0.5－4.0ppm处，但成盐后活泼氢会出在10－ 12ppm处，并且是两个NH.HCl，这也是鉴定氨是否成盐 的一种方法。
下面是我们比较常见的两种结构的互变异构.在有些化合物中只表现一种 构型.有些化合物中两种构型皆有，此时在核磁管里面加入浓盐酸1－2滴，会 发现变为单一的构型，这样的方法比升温要方便。
氢谱-2
解答： 不饱和度UN＝1； 分子中只有两类质子，而且都是单峰，峰积分比： 1：3；1.4 是烷基，共有9个质子而且都是单峰，说 明质子之间没有偶合；可能的合理碎片是— C(CH3)3；
• 2.0 具有 3 个氢的单峰，显然是被氧去屏 蔽的甲基，可能与羰基相连，占有另一 个不饱和度，可能的合理碎片是 O=C— CH3； • 推断化合物的结构为：
CH2-O 化学位移δ3.0以上 羟基 较大的范围内变化(δ0.5~5.0) CH3 δ0.90
6. 酚
活泼酚羟基氢的化学位移变化很大(δ4.5~8.5) 苯环的电子云密度增加，芳氢的化学位移移向高场，
7. 醚
R1- CH2 -O- CH2- R2 O- CH2 化学位移δ3.50
8. 酮
各类有机物分子的核磁共振氢谱
1. 烷烃：CnH2n+2 烷烃分子中只有sp3杂化碳原子和氢原子， 化学位移为0.7~2.0的高场，通常由两组峰组成， (1) 直链烷烃[CH3-(CH2)n-CH3]
(2) 支链烷烃：
2. 烯烃
烯烃的官能团为C=C双键,官能团上的碳的杂化状态为sp2 化学位移δ 5.25附近，且各氢之间的相互偶合峰形复杂
• δ1.32三重峰和δ 4.25四重峰说明分子中有乙基， 其中亚甲基 (δ=4.25) 为酰氧基去屏蔽处于较低 场，似为乙酰基；烯氢处于6.9，也为羰基去屏 蔽。
• 推其部分结构为：
例2 根据1H-NMR谱，推断化合物C5H8O2的结构。
1：1：3：3；
解答： 不饱和度UN＝2； 4组峰积分比：1：1：3：3； B峰5.65和5.95代表2个烯氢；放大加宽后 B 和 A 都显示多重峰 , 偶合常数较小，应属烯键 的同碳偶合，甲基A峰则处于烯键的另一侧， 与烯氢彼此有远程偶合而表现小的分裂；
第二章 核磁共振氢谱2
7 .1 5 0
7 .1 0 0
7 .0 5 0
7 .0 0 0
6 .9 5 0
6 .9 0 0
6 .8 5 0
6 .8 0 0
6 .7 5 0
6 .7 0 0
6 .6 5 0
6 .6 0 0
Jo 两主峰间的距离, 8Hz Jm 两侧峰间的距离的1/2， 2Hz.
δAA′,δBB′ˊ近似估计或经验计算。
间和对-硝基苯乙酸的核磁共振氢 谱
• 由于苯环上两个取代基不同，苯环上四 个氢至少被分成两组。对于对硝基苯乙 酸，苯环上四个氢分成对称的两组，因 而谱图上是对称的两组双峰。而间硝基 苯甲酸，苯环上四个氢不再对称，因而 谱图上峰的分裂也是不规则的。另外， 硝基苯甲酸分子中除了苯环氢外，还有 羧基中羟基氢和一个亚甲基氢，3.8ppm 的单峰是亚甲基氢
• 数，因而Eu3＋位移试剂使用比较普遍。 最常见的商品位移试剂是Eu(DPM)3 （Dipivalomethanato Europium），其对 不同类型有机物分子中的特定氢分子位 移的影响有显著差异（表9.2）。 Eu(DPM)3能将胺基和羟基氢的化学位移 增加到100ppm以上，而对其它有机基团 氢的位移分别从3ppm增加到30ppm。对 硝基和卤化物、烯类和酚等酸性有机 物，位移试剂将被分解而不可用。
四旋系统
4个质子间的相互偶合, 常见的有 AX3, A2X2, A2B2, AA′ BB ′ AX3 A2B2, A2X2 一级谱
AA′BB′ˊ二级谱
例如：CH3CHO, CH3CHX-, -OCH2CH2CO- 等 一级谱处理。
A2B2系统
A2B2系统理论上18条峰，常见14条峰，A、B各自为 7条峰，峰形对称。vA = v5，v
核磁共振谱图解析-一维氢谱第二部分ppt课件
核磁共振谱图解析 一维氢谱-第二部分
曹焕岩 08-27-2019
1
氢谱溶剂
简单的核磁谱图都是在溶剂里测的，溶剂的质子一定不能有干扰。 所以测核磁的溶剂普通用氘代〔Deuterated)试剂。Deutrium = 2H, 经常写为D。 常用的有D2O(重水〕，(CD3)CO 〔氘代丙酮〕,CD3OD 〔氘代甲醇〕，(CD3)2SO 〔氘 代DMSO，DMSO-D6), CDCl3 (氘代氯仿〕。
26
自旋-自旋耦合〔spin-spiபைடு நூலகம் coupling)
耦合常数计算举例 峰形 td
J1 = (2.07302.0416) ppm X 400 = 12.6 Hz
J2 = (2.07302.0613) ppm X 400 = 4.7 Hz
报告数据时写成 2.04 〔1H，td, J = 12.6, 4.7 Hz)
21
自旋-自旋耦合〔spin-spin coupling)
峰的裂分数目〔临近的氢都一样的情况〕
由于相邻碳上质子之间的自旋巧合，因此可以引起吸收峰裂分。例如，一个质子共振 峰不受相邻的另一个质子的自旋巧合影响，那么表现为一个单峰，假设受其影响，就 表现为一个二重峰，该二重峰强度相等，其总面积正好和未分裂的单峰面积相等。 自旋巧合使核磁共振谱中信号分裂成多重峰，峰的数目等于n+1，n是指临近H的数目， 例如CH3-CHCl2中CH3的共振峰是1+1=2，由于他临近基团CHCl2上只需一个H；-CHCl2的 共振峰是3+1=4，由于他临近基团-甲基上有三个H。留意，只需当自旋巧合的临近H原 子都一样时才适用n+1规那么。
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曹焕岩 08-27-2019
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氢谱溶剂
简单的核磁谱图都是在溶剂里测的，溶剂的质子一定不能有干扰。 所以测核磁的溶剂普通用氘代〔Deuterated)试剂。Deutrium = 2H, 经常写为D。 常用的有D2O(重水〕，(CD3)CO 〔氘代丙酮〕,CD3OD 〔氘代甲醇〕，(CD3)2SO 〔氘 代DMSO，DMSO-D6), CDCl3 (氘代氯仿〕。
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自旋-自旋耦合〔spin-spiபைடு நூலகம் coupling)
耦合常数计算举例 峰形 td
J1 = (2.07302.0416) ppm X 400 = 12.6 Hz
J2 = (2.07302.0613) ppm X 400 = 4.7 Hz
报告数据时写成 2.04 〔1H，td, J = 12.6, 4.7 Hz)
21
自旋-自旋耦合〔spin-spin coupling)
峰的裂分数目〔临近的氢都一样的情况〕
由于相邻碳上质子之间的自旋巧合，因此可以引起吸收峰裂分。例如，一个质子共振 峰不受相邻的另一个质子的自旋巧合影响，那么表现为一个单峰，假设受其影响，就 表现为一个二重峰，该二重峰强度相等，其总面积正好和未分裂的单峰面积相等。 自旋巧合使核磁共振谱中信号分裂成多重峰，峰的数目等于n+1，n是指临近H的数目， 例如CH3-CHCl2中CH3的共振峰是1+1=2，由于他临近基团CHCl2上只需一个H；-CHCl2的 共振峰是3+1=4，由于他临近基团-甲基上有三个H。留意，只需当自旋巧合的临近H原 子都一样时才适用n+1规那么。
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核磁共振氢谱(1H-NMR)
第二章核磁共振氢谱(1H-NMR)§1 概述基本情况1H天然丰度：99.9844%,I=1/2，γ=26.752(107radT-1S-1)共振频率：42.577 MHz/Tδ: 0～20ppm§2 化学位移1.影响δ值的因素A.电子效应(1)诱导效应a电负性电负性强的取代基使氢核外电子云密度降低，其共振吸收向低场位移，δ值增大b.多取代有加和性c.诱导效应通过成键电子传递，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（2）.共轭效应氮、氧等杂原子可与双键、苯环共轭。
苯环上的氢被推电子基取代，由于p-π共轭,使苯环电子云密度增大, δ值向高场移动苯环上的氢被吸电子基取代，由于p-π共轭或π-π共轭,使苯环电子云密度降低, δ值向低场移动(3). 场效应在某些刚性结构中,一些带杂原子的官能团可通过其电场对邻近氢核施加影响,使其化学位移发生变化.这些通过电场发挥的作用称为场效应(4). 范德华(Van der Waals)效应在某些刚性结构中,当两个氢核在空间上非常接近，其外层电子云互相排斥使核外电子云不能很好地包围氢核，相当于核外电子云密度降低，δ值向低场移动B.邻近基团的磁各向异性某些化学键和基团可对空间不同空间位置上的质子施加不同的影响，即它们的屏蔽作用是有方向性的。
磁各向异性产生的屏蔽作用通过空间传递，是远程的。
（1）芳环在苯环的外周区域感应磁场的方向与外加磁场的方向相同（顺磁屏蔽），苯环质子处于此去屏蔽区，其所受磁场强度为外加磁场和感应磁场之和，δ值向低场移动。
（2）双键>C=O, >C=C<的屏蔽作用与苯环类似。
在其平面的上、下方各有一个锥形屏蔽区（“+”），其它区域为去屏蔽区。
（3）三键互相垂直的两个π键轨道电子绕σ键产生环电流，在外加磁场作用下产生与三键平行但方向与外加磁场相反的感应磁场。
三键的两端位于屏蔽区（“+”），上、下方为去锥形屏蔽区（“-”）δ值比烯氢小。
三核磁共振氢谱2化学位移
3.3 化学位移
一、 化学位移的定义： 氢核由于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，称为化学位移。
二、 化学位移的由来 ：
核外电子的屏蔽效应
在外加磁场作用下，由
于核外电子在垂直于外加磁
Байду номын сангаас
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B’。
第1页/共46页
H核的实际感受到的磁场强度为：
第14页/共46页
化合物 δ
CH4 0.23
CH3Cl CH2Cl2 CHCl3
3.05
5.33
7.27
化合物 电负性
δ
C－CH3 C: 2.5 0.7～1.9
N－CH3 N: 3.0 2.1～3.1
O－CH3 O: 3.5 3.2～4.2
第15页/共46页
CH3—CH2—CH2—X
γ βα
0.93 1.53 3.49 —OH 1.06 1.81 3.47 —Cl
Beff = B0 -σ·B0 = Bo(1-σ)
σ 为屏蔽常数
核的共振频率为：
=
2
·B0(1-σ)
• 核外电子云密度高，屏蔽作用大(σ 值大)，核的 共振吸收向高场（或低频）移动，化学位移减小。
• 核外电子云密度低，屏蔽作用小(σ 值小) ，核的 共振吸收向低场（或高频）移动，化学位移增大。
增强，δ值向低场移动。
第17页/共46页
H
OH
C=O
H
7.27
H
6.73
H
7.81
5.25
H
H
C=C
H
H
4.03
H
一、 化学位移的定义： 氢核由于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，称为化学位移。
二、 化学位移的由来 ：
核外电子的屏蔽效应
在外加磁场作用下，由
于核外电子在垂直于外加磁
Байду номын сангаас
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B’。
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H核的实际感受到的磁场强度为：
第14页/共46页
化合物 δ
CH4 0.23
CH3Cl CH2Cl2 CHCl3
3.05
5.33
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化合物 电负性
δ
C－CH3 C: 2.5 0.7～1.9
N－CH3 N: 3.0 2.1～3.1
O－CH3 O: 3.5 3.2～4.2
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CH3—CH2—CH2—X
γ βα
0.93 1.53 3.49 —OH 1.06 1.81 3.47 —Cl
Beff = B0 -σ·B0 = Bo(1-σ)
σ 为屏蔽常数
核的共振频率为：
=
2
·B0(1-σ)
• 核外电子云密度高，屏蔽作用大(σ 值大)，核的 共振吸收向高场（或低频）移动，化学位移减小。
• 核外电子云密度低，屏蔽作用小(σ 值小) ，核的 共振吸收向低场（或高频）移动，化学位移增大。
增强，δ值向低场移动。
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H
OH
C=O
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H
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H
H
C=C
H
H
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氢谱2
化合物的结构为： 化合物的结构为：
例8. 一个化合物的分子式为 C12H17O2N , 其NMR谱图如下 谱图如下 图所示，试推断该化合物的结构。 图所示，试推断该化合物的结构。
解：从分子式计算该化合物的不饱和度为： 从分子式计算该化合物的不饱和度为：
＝5 ，
可以考虑该化合物含有一个苯环或一个吡啶环。 可以考虑该化合物含有一个苯环或一个吡啶环。 从积分曲线可知各种氢原子数之比为 1：1：1：1：2：8：3， ： ： ： ： ： ： ， 其数值之和正好与分子式中氢原子数目符合。 其数值之和正好与分子式中氢原子数目符合。由氢谱中各峰组所 对应的氢原子数目及峰形知分子无对称性。 对应的氢原子数目及峰形知分子无对称性。 δ 7.55～9.55 ppm 范围，超过苯环的 δ 值，从它们裂分情况看， 范围， 从它们裂分情况看， ～ 存在两个较大的偶合常数，因此可知，分子内存在着吡啶环， 存在两个较大的偶合常数，因此可知，分子内存在着吡啶环，由 5个不饱和度知分子还应有一个双键或一个脂肪环。 个不饱和度知分子还应有一个双键或一个脂肪环。 个不饱和度知分子还应有一个双键或一个脂肪环 值较高， Ⅰ峰组为单峰，说明它无邻碳氢；其 δ 值较高，说明该氢处于 峰组为单峰，说明它无邻碳氢； 位的去屏蔽取代基团之间。 吡啶环 N 原子和 β 位的去屏蔽取代基团之间。 较小， 值较高， Ⅱ峰组的峰形为 d×d，3J 和 4J 较小，其 δ 值较高，因此可推 × ， 断出它为吡啶环 N 原子另一侧 的 α-氢。 氢
峰是单峰，推断为甲基信号；很可能是CH3－CO－。 ②d 峰是单峰，推断为甲基信号；很可能是 －。 因为： 单峰 并有3个质子 单峰， 个质子； 化学位移在 因为：ⅰ.单峰，并有 个质子；ⅱ.化学位移在 δ 2.0～2.6 ～ Ppm范围内；ⅲ.分子式含氧，不会是 CH3－O－基，因为 范围内； 分子式含氧 分子式含氧， 范围内 － 之间。 其δ 3.0～3.8 ppm 之间。 ～ 6）解析低场信号：无大于8 ppm 的信号。 ）解析低场信号：无大于 的信号。 7）重水交换无变化，证明氧原子上无质子相连，即不存 ）重水交换无变化，证明氧原子上无质子相连， 型质子。 在 OH 型质子。 8）已解析出有 C6H5－和CH3－CO－，还剩下 C2H4O的 ） －，还剩下 －， 的 归属未找到。 归属未找到。从 b组峰和 c 组峰的峰形看，两个亚甲基 组峰和 组峰的峰形看， 应相连， －。一端与苯相连 一端与氧相连 一端与苯相连， 相连。 应相连，即－ CH2－CH2－。一端与苯相连，一端与氧相连。 －
核磁共振氢谱解析2
3.05
电负性大的原子越多， 影响越大
Br CH3 2.68
I CH3 2.60
距离越远，影响越小
H3C Br H3CH2C Br CH3(CH2)2 Br
2.68
1.65
1.04
CH3(CH2)3 Br 0.90
• 电负性大的取代基（吸电子基团），可使邻近氢 核的电子云密度减少（去屏蔽效应），导致该质 子的共振信号向低场移动，δ值增大。
蔽作用很强，一般化合物的峰大都出现在TMS峰 的左边，即一般化合物的δ均为正值 • TMS沸点仅27℃，很易于从样品中除去，便于样 品回收 • TMS与样品之间不会发生分子缔合 • 在氢谱、碳谱中都规定δTMS=0
低场 δC 200 去屏蔽 δH 10
高场 屏蔽
CH3CH2OH: δ(CH2) =148Hz/60MHz×106 =247Hz/100MHz×106 =2.47
HH
CCH
HH
CH3 C CH3 H
1:6:15:20:15:6:1
1:1
1H核与两组等价1H核相邻时，裂分峰数：（n+ n´+1) 个；
1H核与几组不等价1H核相邻时，裂分峰数： （n+1)( n´+1)……个；
Hb Ha Hc CCC
C
Hd
(nb+1)(nc+1)(nd+1)=2×2 × 2=8 Ha裂分为8重峰
H3C C
~3.0
~1.8
H 3C N H3C C C
~3.7 H H3C O
H CC
~0.9 H3C C
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 化学位移 δ(ppm)
核磁共振氢谱 (2)
I 1, 2 H 1 ,14 N 7 , I 3,10 B5
讨论:
(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 22 S等 ，无自 旋，没有磁矩，不产生共振吸收 (2) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I 这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布 不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少； (3)Ｉ＝1/2的原子核
atomic nuclear spin
若原子核存在自旋，产生核磁矩： h I ( I 1) 自旋角动量： p 2 p 核 磁 矩： 1 H 2.79270 13 0.70216 磁旋比 ；自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩
C
质量数（a） 原子序数（Z） 自旋量子（I） 奇数 偶数 偶数
1H，13C，19F，31P
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自 旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有 机化合物的主要组成元素。
18:35:41
z B0
z m=1/2 m=1 m=0 m= -1
z m=2 m=1 m=0 m= -1 m= -2
m=-1/2 I=1 I=1/2
18:35:41
美国化学家Paul C. Lauterbur和英国物理 家Peter Mansfield 因为在核磁共振成像 技术（Magnetic Resonance Imaging, MRI ）领域的奠基性的成就，以及该技术在 医学领域的广泛应用而一同分享了2003 年生理学医学奖。
一、 原子核的自旋
(2)与外磁场相反，能量高，磁量 子数ｍ＝－1/2;
18:35:41
谱图分析课件第2章核磁共振氢谱
表示不同氢原子核之间的相互作用， 通过测量偶合常数可以了解分子内部 的结构和相互位置关系。
峰的裂分与自旋系统
峰的裂分
由于相邻氢原子核的相互作用，一个峰可能会分裂成多个小峰。根据裂分的程 度和规律，可以推断出分子内部的氢原子排列方式和相互位置关系。
自旋系统
表示一组相互作用的氢原子核，根据自旋系统的类型，可以判断分子内部的结 构和对称性。
05
氢谱的局限性与发展趋势
氢谱的局限性
分辨率较低
由于氢原子在分子中的分布较为 广泛，导致氢谱的分辨率较低， 难以区分相近的化学环境。
受样品限制
氢谱分析需要使用液体样品，对 于固体样品和不易溶解的物质， 氢谱分析存在局限性。
对仪器要求高
氢谱分析需要高精度和高灵敏度 的核磁共振谱仪，仪器成本较高， 普及程度有限。
氢谱的表示方法
氢谱通常以频率或波数表示，横 坐标为化学位移，纵坐标为信号
强度。
化学位移表示氢原子核所处的化 学环境，即周围的官能团类型， 通过化学位移可以推断出氢原子
所属的化合物类型。
信号强度表示该化学环境下氢原 子核的数量，信号强度越大，表
示该类型的氢原子数量越多。
02
氢谱的组成与特征
峰的位置与化学位移
注意事项
确保实验过程中样品温度和磁场稳定性，避免外界干扰，及时记录异常情况。
数据处理与分析方法
数据处理
对采集的原始数据进行预处理，如基线校正、相位调整等，以提 高谱图质量。
峰识别与标注
根据峰的位置、强度和形状，识别和标注不同氢原子类型。
数据解析与推断
结合化学位移、耦合常数等信息，解析氢原子所处的化学环境， 推断分子结构。
人工智能技术在数据处理和分析方面具有 优势，与核磁共振技术结合有望提高氢谱 分析的效率和准确性。
峰的裂分与自旋系统
峰的裂分
由于相邻氢原子核的相互作用，一个峰可能会分裂成多个小峰。根据裂分的程 度和规律，可以推断出分子内部的氢原子排列方式和相互位置关系。
自旋系统
表示一组相互作用的氢原子核，根据自旋系统的类型，可以判断分子内部的结 构和对称性。
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氢谱的局限性与发展趋势
氢谱的局限性
分辨率较低
由于氢原子在分子中的分布较为 广泛，导致氢谱的分辨率较低， 难以区分相近的化学环境。
受样品限制
氢谱分析需要使用液体样品，对 于固体样品和不易溶解的物质， 氢谱分析存在局限性。
对仪器要求高
氢谱分析需要高精度和高灵敏度 的核磁共振谱仪，仪器成本较高， 普及程度有限。
氢谱的表示方法
氢谱通常以频率或波数表示，横 坐标为化学位移，纵坐标为信号
强度。
化学位移表示氢原子核所处的化 学环境，即周围的官能团类型， 通过化学位移可以推断出氢原子
所属的化合物类型。
信号强度表示该化学环境下氢原 子核的数量，信号强度越大，表
示该类型的氢原子数量越多。
02
氢谱的组成与特征
峰的位置与化学位移
注意事项
确保实验过程中样品温度和磁场稳定性，避免外界干扰，及时记录异常情况。
数据处理与分析方法
数据处理
对采集的原始数据进行预处理，如基线校正、相位调整等，以提 高谱图质量。
峰识别与标注
根据峰的位置、强度和形状，识别和标注不同氢原子类型。
数据解析与推断
结合化学位移、耦合常数等信息，解析氢原子所处的化学环境， 推断分子结构。
人工智能技术在数据处理和分析方面具有 优势，与核磁共振技术结合有望提高氢谱 分析的效率和准确性。
核磁共振氢谱[1] (2) (1)
![核磁共振氢谱[1] (2) (1)](https://img.taocdn.com/s3/m/e52d2a23b4daa58da0114a1f.png)
CH3COOH + H2O 1:1
残留H2O对活泼质子信号的影响：活 泼H信号不固定
影响化学位移的因素
⑦ 溶剂效应：溶剂不同使化学位移改变的效应 溶剂效应的产生是由于溶剂的磁各向异性造成或者是由 于不同溶剂极性不同,与溶质形成氢键的强弱不同引起的.
第二节 核磁共振氢谱
4、有机化合物中质子化学位移规律：
② 磁各向异性
双键
CH3CH3 CH2=CH2 0.96 5.25
A α=1.27，β=0.85
B α=1.23，β=0.72
C α=1.17，β=1.01
② 磁各向异性
单键
影响化学位移的因素
③ 共轭效应(C效应):
当芳环、C=C与-OR，=C=O，-NO2等吸电 、供电基团相连时，d值发生相应的变化 例：
用惰性溶剂稀释时，δ↓ -OH ： 0.5~5 ； -CONH2 ： 5~8 ； -COOH ： 10~13
O R C CH2
O C R' R
OH
O R' R
O
H
O R'
C CH C 11~16 ppm
影响化学位移的因素
⑥活泼质子交换:
酸性 H( 与 O 、 N 、 S 相连的 H) ，存在 H交换反应：
饱和碳原子上的质子的 d 值：叔碳 > 仲碳 > 伯碳
与H相连的碳上有电负性大的原子或吸电子基团（N, O, X, NO2, CO等）， d 值变大。电负性越大，吸电子能力越强 ， d 值越大。 d 值：芳氢 > 烯氢 > 烷氢
有机化合物中各种质子的化学位移值
核磁共振之氢谱_图文
偶
偶
原子序数（Z ）
奇或偶
奇
偶
I
半整数 整数 0
I=1/2,3/2,5/2… I= 1, 2…
I=0
I=1/2: 1H1 13C6
15N7
19F9
31P15
57Fe26 77Se34 195Pt78 199Hg80 …
I=3/2: 7Li3 9Be4 11B5 23Na11 33S16
39K19 63Cu29 65Cu29 35Cl17 37Cl17 79Br35 81Br35 ...
常规记谱900脉冲, M0 正好从Z轴转向xy平 面, 接收到的FID信号最大.
MYˊ 在xy平面上的衰减( T2过程 )
Free Induction Decay,FID
脉冲傅立叶变换 NMR
FID → ADC F(t) → DAC F(ν)
Fourier Transform: F(t)
I = 1/2的自旋核，共有2种取向 （+1/2，-1/2）
I = 1的自旋核，共有3种取向 （+1，0， -1）
在B0中：
自旋角动量在Z轴（B0轴）上的投影
：
PZ = m
磁矩在Z轴（B0轴）上的投影：
Z = ·PZ = · m
磁矩与磁场相互作用能E：
E = -Z·B0=- · m ·B0
核磁共振之氢谱_图文.ppt
第一节 核磁共振基本原理
核自旋, 核磁矩 核磁共振 核弛豫
一、核自旋和核磁矩
原子核是带正电的微粒（由质子 +中子组成），大 多数原子核都具有自旋现象。 核的自旋现象，用自旋量子数I表示，I值与原子核
的质量A和核电荷数（质子数或原子序数）Z有关。
偶
原子序数（Z ）
奇或偶
奇
偶
I
半整数 整数 0
I=1/2,3/2,5/2… I= 1, 2…
I=0
I=1/2: 1H1 13C6
15N7
19F9
31P15
57Fe26 77Se34 195Pt78 199Hg80 …
I=3/2: 7Li3 9Be4 11B5 23Na11 33S16
39K19 63Cu29 65Cu29 35Cl17 37Cl17 79Br35 81Br35 ...
常规记谱900脉冲, M0 正好从Z轴转向xy平 面, 接收到的FID信号最大.
MYˊ 在xy平面上的衰减( T2过程 )
Free Induction Decay,FID
脉冲傅立叶变换 NMR
FID → ADC F(t) → DAC F(ν)
Fourier Transform: F(t)
I = 1/2的自旋核，共有2种取向 （+1/2，-1/2）
I = 1的自旋核，共有3种取向 （+1，0， -1）
在B0中：
自旋角动量在Z轴（B0轴）上的投影
：
PZ = m
磁矩在Z轴（B0轴）上的投影：
Z = ·PZ = · m
磁矩与磁场相互作用能E：
E = -Z·B0=- · m ·B0
核磁共振之氢谱_图文.ppt
第一节 核磁共振基本原理
核自旋, 核磁矩 核磁共振 核弛豫
一、核自旋和核磁矩
原子核是带正电的微粒（由质子 +中子组成），大 多数原子核都具有自旋现象。 核的自旋现象，用自旋量子数I表示，I值与原子核
的质量A和核电荷数（质子数或原子序数）Z有关。
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7 .4 5 0
7 .4 0 0
7 .3 5 0
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7 .2 5 0
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7 .0 0 0
P-CH3OC6H4CH2Cl 芳氢核磁共振吸收的展开图
S a t A p r 2 2 0 9 :0 8 :0 0 2 0 0 0 : (u n title d ) W 1 : 1 H A x is = p p m S c a le = 3 .7 7 H z / c m
为复杂。对于对位取代，苯环上四个氢将分成 Ha=Ha’和Hb=Hb’两组，而且两组氢会发生偶合
作用，在谱图上表现为两组双重峰。对于邻位和
间位取代，苯环上四个氢完全不同，依据两个取 代基的情况，会分成2－4组各自分裂的峰 。
双硝基不同位置取代苯的核磁共 振谱图
• 对硝基苯谱图只有单峰，表明苯环上四个 氢一致。间硝基苯谱图有三组分裂的峰， 表明苯环上四个氢在两个硝基的作用下分 成三组各自偶合的峰。而邻硝基苯谱图上 有一个分裂的双重峰，表明苯环上四个氢 分成能偶合的两组。顺便一提：由于两个 硝基强大的吸电子和共轭作用，苯环上氢 的化学位移δ值大大增加，已达到8.0ppm以 上。
X
X
Ha
Ha' Ha
Ha'
Hb
Hb' Hb
Hb'
Hc
X'
苯环单 取代
苯环对位双 取代
Ha
Hb
X
Hb'
X'
Ha'
苯环邻位双 取代
X
Hb
Ha
Hc
X'
Hb'
苯环间位双 取代
• 1。苯环单取代，苯环上还有5个氢，这5个 氢在核磁共振谱图上是否发生分裂，取决 于取代基X的吸斥电子和共轭等效应的大小。
• A)若X为烃基，-Cl,Br等则Ha，Ha’，Hb， Hb’和Hc五个氢没有明显的差别，在核磁共 振谱图上表现为单一的宽峰。
• B)但X为O、N和S等杂原子或是，则5个氢 可以分成三组，即Ha，Ha’；Hb，Hb’和 Hc。分为较高场的邻对位三个氢峰组 和相 对低场的间位二个氢。间位氢显示3J偶合三 重峰。属于这类取代基的有－OH,-OR,NH2, NHR,-NRR’,SH,SR等。
• 对于苯环双取代，若两个取代基相同（X=X’）， 则对位取代苯环上的四个氢Ha=Ha’=Hb=Hb’，
在核磁共振谱图上表现为单峰。若邻位取代，苯 环上四个氢分成Ha，Ha’和Hb，Hb’两类，在核
磁共振谱图上表现为双峰。若间位取代，苯环上 四个氢分成Ha；Hb，Hb’和Hc三类，而且这三类
氢还会发生偶合作用，因而在核磁共振谱图上表 现位三组分裂的多重峰（参见图9.5a）。当苯环 双取代的两个取代基不同（X≠ X’）时，情况更
间和对-硝基苯乙酸的核磁共环上四 个氢至少被分成两组。对于对硝基苯乙
酸，苯环上四个氢分成对称的两组，因
而谱图上是对称的两组双峰。而间硝基
苯甲酸，苯环上四个氢不再对称，因而
谱图上峰的分裂也是不规则的。另外，
硝基苯甲酸分子中除了苯环氢外，还有 羧基中羟基氢和一个亚甲基氢，3.8ppm 的单峰是亚甲基氢
7 .1 5 0
7 .1 0 0
7 .0 5 0
7 .0 0 0
6 .9 5 0
6 .9 0 0
6 .8 5 0
6 .8 0 0
6 .7 5 0
6 .7 0 0
6 .6 5 0
6 .6 0 0
Jo 两主峰间的距离, 8Hz
Jm 两侧峰间的距离的1/2， 2Hz.
δAA′,δBB′ˊ近似估计或经验计算。
Hb
Hb
苯环上氢的核磁共振
• 苯由于产生感应磁场而导致化学位移值 达到7ppm左右。许多有机物分子中都含 有苯环，因而核磁共振氢谱图上，苯环 的峰非常特征，易于判断。正常的苯环 上6个氢的化学位移δ值在7.18ppm，但有 机物分子中的苯环上的氢至少被一个基 团取代，最多能被六个取代基取代（此 时不再有苯环氢，7ppm左右无峰）。常 见的是单取代和双取代 .
ABC
随着ΔvAB/J 值的降低，AMX→ABX → ABC
ABC系统更加复杂，最多出现15条峰， 峰的相对强度差别大，且相互交错，难 以解析
提高仪器的磁场强度，ΔvAB /J 值
增大，使二级谱转化为一级谱 ABC → ABX →AMX
例如：60兆赫兹的谱图中属于ABC系统，但 220兆赫兹的谱图可用AMX系统处理
常见一级自旋体系
Ha
Hb
C
C
Ha
Hb
C
C
Hb
Hb
Ha
Hb
CC
C
Ha
Hb
C
C
Hb
Hb
Hb Ha
Hb
Hb
C
C
C
Hb
Hb
Hb
常见一级自旋体系
Jab = Jab’
Ha
Hb
C
C
Hb’
Jab
Jab
Hb’
Ha
Hb
CC
C
td
Hb’
Ha
CC
Hb C Hb
Jab’
Hc’
Ha
CC
Hc Ha CC
qd
Hb
C
Hb’
Hb
C
AAˊBBˊ系统:
理论上出现28条峰，AA′，BB′各自14条峰。 例如：
A X
B
C
A'
B'
A B
X
A OH
B
Y
A' B'
OH
B'
A'
A Cl
B
B' Cl
A'
邻二氯苯的谱图如下：
F ri A p r 2 1 2 1 :1 5 :2 3 2 0 0 0 : (u n title d ) W 1 : 1 H A xis = p p m S c a le = 2 .9 6 H z/ c m
例如：β-氯乙醇
Fri A p r 2 1 1 8 :5 4 :0 6 2 0 0 0 : (u n title d ) W 1 : 1 H A xis = p p m S c a le = 4 .5 9 H z/ c m
4.150 4.100 4.050 4.000 3.950 3.900 3.850 3.800 3.750 3.700 3.650 3.600 3.550 3.500 3.450
四旋系统
4个质子间的相互偶合, 常见的有 AX3, A2X2, A2B2, AA′ BB ′
AX3 A2X2
一级谱
A2B2, AA′BB′ˊ二级谱
例如：CH3CHO, CH3CHX-, -OCH2CH2CO- 等 一级谱处理。
A2B2系统
A2B2系统理论上18条峰，常见14条峰，A、B各自为
7条峰，峰形对称。vA = v5，v B = v5ˊ，JAB = 1/2[1-6]
Spin System in Pople notation---AMX System