核磁氢谱
核磁共振氢谱(NMR)
代谢物变化分析
通过比较不同生理状态下的氢谱数据，可以分析代谢产物的变化，从而研究疾病 、营养状况等对生物体的影响。
药物代谢动力学研究
药物代谢过程研究
氢谱可以用于研究药物在体内的代谢过 程，了解药物在体内的转化和排泄机制 。
反应机理研究
总结词
核磁共振氢谱在反应机理研究中具有重要应用，通过监测反 应过程中谱峰的变化，可以揭示反应的中间产物和反应路径 。
详细描述
核磁共振氢谱可以实时监测反应过程中氢原子所处的化学环 境变化，从而揭示反应的中间产物和反应路径。通过分析谱 峰的变化，可以推断出反应过程中各组分的生成和消耗情况 ，有助于深入理解反应机理。
催化剂活性位点研究
总结词
核磁共振氢谱在催化剂活性位点研究中具有独特的应用价值，通过分析催化剂表面吸附物种的谱峰特 征，可以揭示催化剂的活性位点和反应机制。
详细描述
核磁共振氢谱可以用来研究催化剂表面吸附物种的结构和性质。通过分析谱峰的位置和裂分情况，可 以推断出吸附物种所处的化学环境和与催化剂表面的相互作用关系。这些信息有助于揭示催化剂的活 性位点和反应机制，对于优化催化剂性能和提高催化反应效率具有重要意义。
重要信息。
生物医学
用于研究生物大分子的 结构和功能，为疾病诊
断和治疗提供依据。
02
核磁共振氢谱的基本原理
原子核的自旋与磁矩
原子核自旋
原子核具有自旋角动量，使得原子核 具有一定的磁矩。
磁矩与磁场相互作用
能级跃迁
当外加射频场能量与能级分裂相匹配 时，原子核发生能级跃迁，释放出共 振信号。
原子核磁矩在外部磁场中受到洛伦兹 力，产生能级分裂。
核磁共振氢谱
5. 影响化学位移的因素
原子的屏蔽 (近程屏蔽) 抗磁屏蔽：以S电子为主(1H) 顺磁屏蔽：以P电子为主(13C, 19F, 31P)
诱导效应 共轭效应 磁各向异性效应 氢键效应 范德华效应 顺磁效应
核屏蔽 分子内的屏蔽 分子的屏蔽 (远程屏蔽)
溶剂效应 介质磁化率效应 分子间的屏蔽 氢键效应 顺磁效应
电子密度的效应--诱导效应
一个强的电负性原子或者基团键合于邻近的磁核上，由于 吸电子效应，使氢上的有效电荷值下降，从而产生去屏蔽 效应，使核的共振移向低场。H值就越大，反之越小。
Compound CH3X CH3H CH3I CH3Br CH3Cl CH3F
Element X
Electronegativity of X
4. 化学位移
这些磁屏蔽作用使得每个核受到的实际磁场不同于外加 磁场。
B实 =（1- ）B0
：屏蔽常数。
由于屏蔽作用的存在，氢核产生共振需要更大的外磁 场强度，来抵消屏蔽影响。
4. 化学位移
在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同（结构中不同位 置），导致共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移。 这种由于氢核的化学环境不同而产生的谱线位移称为化学位移,用 表示。
在有外加磁场时，自旋核的取向就不是任意的，即磁矩 的方向不是任意的，而是量子化的。 有2I+1个方向，每个方向代表一个能级。 磁矩与外加磁场相互作用的能量为：
E = - B0 = -PB0 = -mh/2·B0
m为磁量子数，它所能取的数值是从+I到-I(共2I+1个)。 只有相邻两个能级间的跃迁是允许的，及m=±1的跃 迁是允许的。
信号强度则往往与有关原子核在样品中存在的量有关。
核磁共振氢谱
核磁共振氢谱核磁共振氢谱（NuclearMagneticResonanceSpectroscopy，简称NMR）是一种能用来研究化合物中原子构型的分子物理学技术。
它可以用来研究物质的构造或化学结构，它也可以用来识别和鉴定分子特征。
NMR是一种能识别产生信号的分子，也是一种能探测物质内部构型的技术。
NMR可以用来检测氢原子、碳原子和其他同位素在分子中结合的形式、位置以及构型，并能定位其中自由基的存在。
它可以发现未知的结构，以及识别以相同元素为基础的化合物，帮助我们进行有效的化学研究。
NMR的工作原理是通过对模式分子中的官能团（如氢、氧、碳等）进行磁化，并将其与激发源相互作用，以计算分子中核磁共振部分所产生的信号。
果分子是不对称的，则可以通过磁场的强度及宽度，判断原子结构的结合能力及空间位置。
NMR可以通过电脑模型的研究来模拟出不同的构象，以检测分子的构象。
NMR的应用非常广泛，在科学研究、医疗以及化学工业中都有它的身影。
它不仅可以帮助我们识别和鉴定有机分子的结构，而且可以帮助我们了解有机分子的空间构型，为合成化学提供重要参考依据。
在药物分子研究中，NMR可以帮助我们了解药物分子的结构，寻找新药物的分子结构特征，以及分析药物-蛋白质相互作用的机制。
NMR同时也被用来研究有机合成中涉及的重要反应机理，协助分析过程中发生的变化，研究其机理，从而更好地控制和利用反应。
NMR是一种强大的分子物理学技术。
它的发展为化学研究带来了巨大的进步。
它可以非常准确地识别出物质中不同原子的空间位置，从而为化学研究提供重要的线索和信息。
在合成化学、药物分子研究以及其他生物化学研究中，NMR的应用日益广泛，可以帮助我们更好地了解我们所研究的物质。
核磁共振氢谱
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。
核磁氢谱原理
核磁氢谱原理核磁氢谱（Nuclear Magnetic Resonance Hydrogen-1，简称NMR）是一种广泛应用于有机化学、生物化学和药物研究领域的波谱学方法。
它通过测定原子核在磁场中的共振频率，揭示了原子核磁性的奥秘。
本文将介绍核磁氢谱的原理、技术和应用。
一、核磁氢谱原理核磁氢谱的基本原理是原子核在磁场中受到外磁场和射频辐射的相互作用。
当原子核处于外磁场中时，它们会吸收能量并产生共振。
这种共振现象可以通过调整射频辐射的频率来实现。
通过测定共振频率，可以确定原子核的性质，如自旋、磁矩和磁场强度。
在核磁氢谱中，最常见的原子核是氢原子核（1H）。
氢原子核具有1个单位自旋，即1/2。
当氢原子核受到外磁场的影响时，它们会吸收能量并产生共振。
通过测定共振频率，可以确定氢原子核所处的环境，如化合物的结构、分子运动和动力学特性。
二、核磁氢谱技术核磁氢谱技术主要包括以下几个方面：1. 磁场系统：核磁氢谱仪通常使用超导磁体，可以提供高度均匀且强大的磁场。
这种磁场强度通常在0.5-9.4特斯拉之间，足以使氢原子核产生共振。
2. 射频系统：射频系统用于产生射频辐射并调节其频率。
射频辐射的频率与氢原子核的共振频率相匹配，以便产生共振并测量共振频率。
3. 数据收集和处理：核磁氢谱仪可以实时收集并处理数据，生成图谱。
这些图谱可以显示氢原子核在不同化学环境下的分布，从而揭示化合物的结构和性质。
三、核磁氢谱的应用核磁氢谱在许多领域都有广泛的应用，包括：1. 有机化学：核磁氢谱可以用于确定化合物的结构，识别同分异构体，研究反应机制和动力学等。
2. 生物化学：核磁氢谱在蛋白质结构研究、生物大分子相互作用和生物分子动力学等方面具有重要应用。
3. 药物研究：核磁氢谱在药物设计、药物筛选和药物代谢研究等方面具有重要价值。
四、核磁氢谱的局限性尽管核磁氢谱在许多领域都有广泛的应用，但它也存在一些局限性。
首先，核磁氢谱只能用于研究含有氢原子的化合物，对于不含氢原子的化合物，如金属有机化合物和有机硫化合物，无法使用核磁氢谱进行研究。
核磁共振氢谱原理
核磁共振氢谱原理核磁共振氢谱是一种重要的分析技术，它利用核磁共振现象来研究分子的结构和性质。
核磁共振氢谱原理是基于氢原子核的磁共振行为，通过测定样品中氢原子核的共振频率和强度，可以得到关于样品分子结构和环境的信息。
下面将详细介绍核磁共振氢谱的原理。
首先，核磁共振现象是指处于外加磁场中的原子核会发生共振吸收放射的现象。
在外加磁场的作用下，原子核会产生磁偶极矩，当外加射频场的频率与原子核的共振频率相同时，原子核会吸收能量并发生共振。
在实验中，通过改变外加磁场的强度或者改变射频场的频率，可以得到原子核的共振频率和共振信号的强度。
其次，氢原子核的核磁共振行为是核磁共振氢谱的基础。
氢原子核是由一个质子组成，其核自旋为1/2，因此具有核磁矩。
在外加磁场中，氢原子核会产生核磁矩，并且具有两个取向，即沿外加磁场方向的平行取向和反平行取向。
这两种取向对应着不同的能级，其能级差由外加磁场的强度决定。
当外加射频场的频率与氢原子核的共振频率相同时，氢原子核会吸收能量并发生共振。
最后，核磁共振氢谱的原理是基于样品中氢原子核的共振行为。
在核磁共振实验中，样品会被置于外加磁场和射频场中，通过测定吸收的能量和共振信号的强度，可以得到样品中氢原子核的共振频率和共振信号的强度。
这些信息可以用来研究样品分子的结构和环境，例如化学键的性质、分子的构象和溶剂的作用等。
总之，核磁共振氢谱原理是基于核磁共振现象和氢原子核的核磁共振行为，通过测定样品中氢原子核的共振频率和共振信号的强度，可以得到关于样品分子结构和环境的信息。
这项技术在化学、生物化学、药物研发等领域具有重要的应用价值，对于研究物质的结构和性质有着重要的意义。
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。
核磁共振氢谱
核磁共振光谱仪的简单构造示意图
实现核磁共振的方法，只有以下两种： （1）B0不变，改变v 方法是将样品置于强度固定的外加磁场中，并逐步改 变照射用电磁辐射的频率，直至引起共振为止，这种方 法叫扫频（frequency sweep）。 （2）v不变，改变B0 方法是将样品用固定电磁辐射进行照射，并缓缓改变 外加磁场的强度，达到引起共振为止。这种方法叫扫场 （field sweep）。 通常，在实验条件下实现NMR多用2法。
h 2
m:磁量子数(magnetic quantum number)， m = I, I-1, I-2,…-I
对于I = 1/2的核，如1H, 13C，m = 1/2, -1/2
自旋运动的原子核与外加磁场的作用能量：
E =- B0
h E Z B0 m B0 大小： 2 1 h 1 h E1 B0 E B 1 0 I = 1/2时， 2 2 2 2 2 2
能级差：
E E
1 2
E1
2
h B0 2
h B0 2
任意两个能级的能量差：
E m
量子力学选律： m = 1的跃迁是许可跃迁 任意相邻两个能级的能量差：
h E B0 2
核磁共振现象：Larmor(拉莫）进动
当原子核的核磁矩处于外加磁场B0 中，由于核自身 的旋转，而外加磁场又力求它取向于磁场方向，在这两 种力的作用下，核会在自旋的同时绕外磁场的方向进行 回旋，这种运动称为Larmor （拉莫）进动。 近似于陀 螺在重力场中的进动 两种取向不完全与外磁场平行，相互作用, 产生进动 (拉莫进动)进动频率 ； 角速度； = 2 = B0 磁旋比； B0外磁场强度； 两种进动取向不同的氢核之间的能级差：E= B0 （磁矩）
《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
组成：磁铁、射频发生器、检测器、放大器、记录仪（放大器）、样品管
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
18
19
20
21
三、化学位移
1.化学位移的产生
的效应称为溶剂效应。
30
4.1 诱导效应
影响电子云密度的一个重要因素是与质子相连接的原子或 基团的电负性的强弱.
电负性强的取代基, 它们通过诱导效应使与其相邻接的核 外电子密度降低, 从而减少电子云对核的屏蔽 作用叫做电子的屏蔽效应). 使核的共振频率向低场移动.
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.
3H C6H5－
2H
－CH3
5H
－CH2－
TMS
7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0
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。
核磁共振氢谱的操作方法
核磁共振氢谱的操作方法核磁共振氢谱（Proton Nuclear Magnetic Resonance，简称1H NMR）是一种常用的分析技术，用于确定化合物的结构和分析样品的组成。
下面是1H NMR的操作方法，包括样品制备、仪器设置和数据分析等步骤。
1. 样品制备：a. 准备适量的待测化合物，通常为液体样品。
确保样品纯度高，无杂质干扰。
b. 使用干燥剂（例如无水氯化钙或无水硫酸铜）除去样品中的水分。
c. 将样品溶解在适当的溶剂中，常用的溶剂包括氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺等。
溶剂选择要避免与待测化合物相互作用或干扰信号。
2. 仪器设置：a. 打开核磁共振仪，确保仪器处于正常工作状态。
b. 调节仪器的温度控制，一般选择室温或其他适当的温度。
c. 选择适当的核磁共振频率，通常为300 MHz至800 MHz，具体取决于仪器性能和需求。
3. 样品装填：a. 使用适当的样品管（通常为NMR试管）装填样品。
确保样品管干净，无杂质。
b. 使用移液器将样品转移至样品管中，通常需要10-15毫升样品。
c. 安装样品管到核磁共振仪的样品槽中，确保样品正确安装并固定。
4. 参数设置：a. 打开核磁共振软件，设置相关参数。
包括扫描数目、扫描时间、脉冲宽度等。
b. 设置核磁共振仪的基线校正，确保仪器的信号稳定和准确。
5. 数据采集：a. 点击软件中的"开始"按钮，启动数据采集过程。
b. 仪器会发送一系列脉冲和信号来激发样品中的氢原子。
c. 接收到的信号将被转换为频谱图，并在计算机屏幕上显示。
6. 数据分析：a. 在频谱图上观察峰的位置和强度。
每个峰对应于样品中的不同氢原子环境。
b. 使用参考物质（例如三氯甲烷或二氯乙烷）作为内部标准，可以确定峰的化学位移（chemical shift）。
c. 使用积分曲线测量峰的面积，可以确定不同类型氢原子的相对数量。
d. 通过与已知化合物进行比较，可以确定待测化合物的结构和组成。
核磁共振氢谱解析
核磁共振氢谱解析
核磁共振氢谱（NMR）是一种分析有机分子结构的技术。
在该技术中，核磁共振仪会对样品中的氢原子进行激发，使其产生共振信号，然后测量该信号的频率和强度。
利用核磁共振氢谱技术可以确定分子中不同类型氢原子的相对数量和结构。
每种氢原子所产生的信号的位置、强度和形状均有所不同，可以通过与已知的标准进行比较，从而确定分子结构中每个氢原子的位置和数目。
在解析核磁共振氢谱时，可以通过以下步骤进行：
1. 确定信号的化学位移：信号的化学位移是指共振信号在谱图中所处位置的数值。
该数值可以通过将信号的频率与参考化合物的信号频率进行比较得出。
2. 确定信号的数量：每种不同类型的氢原子所产生的信号数量是确定的，可以通过比较谱图中各个信号的峰的面积或积分来确定每种氢原子的相对数量。
3. 确定信号的形状：不同类型氢原子产生的信号的形状可以有所不同，可能是单峰、双峰或多峰。
该信号形状可以提供分子结构的信息。
4. 确定化合物的结构：通过确定化学位移、数量和形状，可以确定化合物中氢原子的位置和数目，从而确定化合物的结构。
总之，核磁共振氢谱解析是一种能够确定有机分子结构的技术，对有机化学和药物化学等领域具有重要的应用价值。
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》课件
《核磁共振氢谱》课件课程目标：1. 理解核磁共振氢谱的基本原理2. 学会分析核磁共振氢谱图3. 掌握核磁共振氢谱在有机化学中的应用第一部分：核磁共振氢谱的基本原理1. 核磁共振现象核磁共振的定义核磁共振的产生条件核磁共振的物理过程2. 核磁共振氢谱的化学位移化学位移的定义化学位移的影响因素化学位移的计算方法3. 核磁共振氢谱的耦合常数耦合常数的定义耦合常数的影响因素耦合常数的计算方法4. 核磁共振氢谱的积分强度积分强度的定义积分强度的影响因素积分强度的计算方法第二部分：核磁共振氢谱的解析1. 核磁共振氢谱图的解读谱线的数量和位置谱线的形状和积分强度谱线的耦合情况2. 等效氢的判断等效氢的定义等效氢的判断方法等效氢的例外情况3. 核磁共振氢谱的应用实例简单有机化合物的分析复杂有机化合物的分析手性化合物的分析第三部分：核磁共振氢谱的实验操作1. 核磁共振氢谱的样品制备样品的选择和制备方法样品的纯化和干燥样品的装载和测试2. 核磁共振氢谱的仪器操作核磁共振仪的基本结构核磁共振仪的操作步骤核磁共振氢谱的获取和保存3. 核磁共振氢谱的数据处理核磁共振氢谱的数据分析核磁共振氢谱的峰拟合核磁共振氢谱的定量分析第四部分：核磁共振氢谱的实践练习1. 练习题目简单有机化合物的核磁共振氢谱分析复杂有机化合物的核磁共振氢谱分析手性化合物的核磁共振氢谱分析2. 练习解答分析过程和思路核磁共振氢谱的解析步骤最终答案和讨论总结：核磁共振氢谱是一种重要的有机化学分析方法，通过对氢原子的核磁共振现象进行研究，可以得到有机化合物的结构和性质信息。
通过对核磁共振氢谱的基本原理、解析方法和实验操作的学习，可以更好地理解和应用核磁共振氢谱，为有机化学研究和教学提供有力的工具。
科学性：1. 内容准确：课件中的概念、原理和实验操作应基于有机化学和核磁共振氢谱的现有科学知识，确保无误。
2. 信息更新：课件中所引用的文献和数据应是最新的，以保证教学内容的时效性。
核磁共振氢谱原理
核磁共振氢谱原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种重要的分析技术，广泛应用于化学、生物化学、医学等领域。
其中，核磁共振氢谱是NMR技术中最常见的应用之一，它通过观察样品中氢原子的信号来获取样品的结构和性质信息。
本文将介绍核磁共振氢谱的原理，帮助读者更好地理解这一重要的分析技术。
首先，我们需要了解氢原子在外加磁场下的行为。
在外加磁场作用下，氢原子核会产生一个自旋角动量，并具有一个磁矩。
当外加磁场方向发生变化时，氢原子核的磁矩也会跟随变化。
如果我们向样品中加入射频脉冲，使得氢原子核的磁矩发生共振吸收，那么就可以得到氢原子核的共振信号。
这就是核磁共振氢谱的基本原理。
接下来，我们来看一下核磁共振氢谱的谱图。
在核磁共振氢谱谱图中，横轴表示化学位移，纵轴表示吸收峰的强度。
化学位移是一种描述氢原子在分子中化学环境的参数，不同化学环境的氢原子会有不同的化学位移数值。
谱图中的吸收峰对应着不同化学环境的氢原子，通过分析吸收峰的位置和强度，我们可以确定样品中不同类型的氢原子数量和它们的化学环境。
此外，核磁共振氢谱还可以提供氢原子之间的耦合信息。
在分子中，不同氢原子之间会存在相互作用，这种相互作用会导致氢原子的共振频率发生变化，从而在谱图中出现耦合峰。
通过分析耦合峰的位置和强度，我们可以推断出不同氢原子之间的相互作用关系，进而推断出样品分子的结构。
最后，我们需要注意到核磁共振氢谱的解释并不是一件简单的事情。
在实际应用中，我们需要综合考虑样品的化学结构、溶剂效应、温度效应等因素，才能准确地解释谱图。
因此，对于初学者来说，掌握核磁共振氢谱的原理和解释是一个需要持续学习和实践的过程。
总之，核磁共振氢谱作为一种重要的分析技术，对于化学、生物化学、医学等领域具有重要的应用价值。
通过深入理解核磁共振氢谱的原理，我们可以更好地应用这一技术，为科学研究和实际应用提供有力的支持。
希望本文能够帮助读者对核磁共振氢谱有一个更清晰的认识。
核磁氢谱基础知识
核磁氢谱基础知识
核磁氢谱是一种通过测量物质中氢原子核的能级跃迁来研究分子结构和化学环境的技术。
以下是核磁氢谱的一些基础知识：
1. 核磁共振（NMR）：核磁共振是指在外部磁场中，原子核的自旋能级可以发生跃迁的现象。
核磁共振技术利用了这一现象。
2. 原子核自旋：氢原子核由一个质子组成，其自旋量子数为1/2。
自旋可以理解为核旋转的量子性质。
3. 磁场：核磁共振实验需要一个强磁场，通常使用超导磁体产生高强度均匀的静态磁场。
4. 共振频率：在外部磁场中，氢原子核的自旋会在特定的频率下发生能级跃迁，这个频率称为共振频率。
5. 化学位移：不同分子中氢原子核的共振频率会因化学环境的差异而有所改变，这种差异被称为化学位移。
化学位移是核磁氢谱中最常见的参数之一，用来确定分子中不同氢原子核的位置和化学环境。
6. 种子核：在核磁共振实验中，通常使用一种参比物（如三甲基硅烷）作为种子核，其共振频率被定义为零点。
其他分子中的氢原子核的共振频率与种子核的共振频率之差即为化学位移。
7. 脉冲序列：为了激发和检测氢原子核的共振信号，核磁共振实验中通常使用一系列特定的脉冲序列，如单脉冲、连续波脉冲或自旋回波脉冲等。
8. 谱图解析：通过测量不同化学位移处的信号强度和形状，可以获得核磁氢谱图。
解析核磁氢谱可以提供关于分子结构、官能团和
化学环境的信息。
这些是核磁氢谱的一些基础知识，希望对您有所帮助。
核磁共振氢谱
核磁共振氢谱
核磁共振氢谱（Nuclear Magnetic Resonance Hydrogen Spectrum）是一种用于分析和确定化合物结构的技术。
在核磁共振谱仪中，氢原子的核自旋和核磁矩与外加磁场相互作用，产生共振信号。
核磁共振氢谱通过测量氢原子的化学位移（Chemical Shift），研究化合物中氢原子的周围环境及化学结构。
化学位移是一个相对于参考标准（通常为四氢呋喃或二甲基硅烷）的数值，由ppm（部分百万）表示。
不同化学环境下的氢原子具有不同的化学位移，提供了有关它们周围结构的信息。
此外，核磁共振氢谱还提供了关于氢原子的耦合信息。
氢原子之间的耦合是由相邻氢原子间的相互作用引起的，称为耦合常数（Coupling Constants）。
通过分析这些耦合常数，可以确定化合物中各个氢原子的相对位置和它们之间的化学键。
核磁共振氢谱在有机化学、药物学、化学生物学等领域广泛应用，可以帮助确定物质的结构、研究反应机理、鉴定化合物等。
产生核磁共振氢谱的条件
产生核磁共振氢谱的条件核磁共振氢谱（NMR）是指原子核磁共振（NMR）的应用，用来检测氢原子的化学环境。
它是一种重要的分析方法，可以用来确定有机化合物的结构，组成，纯度和含量。
NMR可以提供关于有机化合物的重要信息，这些信息是化学家在研究有机化合物时非常重要的。
要产生NMR氢谱，必须具备以下条件：一、磁场：NMR氢谱反应的核必须处于非常强的磁场中，这种磁场的强度通常在2.5-7.5 Tesla之间。
二、样品：NMR氢谱的反应必须使用纯度较高的有机样品。
NMR只能测量有机样品，因为它只能测量包含氢原子的样品。
三、温度：NMR氢谱的反应必须在温度较低的条件下进行，通常在20-25摄氏度之间。
四、溶剂：NMR氢谱反应通常使用液体溶剂，如水、甲醇、乙醇和石油醚等。
溶剂的种类取决于要测量的样品类型。
五、核磁共振仪：NMR氢谱反应必须使用核磁共振仪，它可以用来测量样品中的核磁共振信号。
六、数据处理：NMR氢谱测量完成后，数据必须经过处理，以便能够解释和理解氢谱的结果。
NMR氢谱的反应受到众多因素的影响，其中最重要的是上述六个条件，这些条件必须具备，才能产生NMR氢谱。
首先，NMR氢谱的反应必须在非常强的磁场中进行，磁场的强度一般在 2.5-7.5 Tesla之间，这是因为磁场越强，使得原子核共振更加强烈，可以更准确地测量出样品中的氢原子。
其次，NMR氢谱的反应必须使用纯度较高的有机样品。
NMR只能测量有机样品，因为它只能测量包含氢原子的样品。
因此，样品的纯度越高，NMR的测量精度也就越高。
第三，NMR氢谱的反应必须在较低的温度下进行，通常在20-25摄氏度之间。
这是因为如果温度过高，可能会干扰NMR测量结果，影响测量结果的准确性。
第四，NMR氢谱反应通常使用液体溶剂，如水、甲醇、乙醇和石油醚等。
溶剂的种类取决于要测量的样品类型。
例如，如果要测量碳氢化合物，可以使用甲醇或乙醇，而如果要测量烃，则可以使用石油醚。
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核磁共振试验样品的制备
做1H谱时，常用外径为6mm的薄壁玻璃管。测 定时样品常常被配成溶液，这是由于液态样品可以 得到分辨较好的图谱。要求选择采用不产生干扰信 号、溶解性能好、稳定的氘代溶剂。溶液的浓度应 为5-10%。如纯液体粘度大，应用适当溶剂稀释或 升 温 测 谱 。 常 用 的 溶 剂 有 CDCl3 、 (CD3)2SO 、 (CD3)2CO、C6D6等等。
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。
第三章 核磁共振谱
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
概述
核磁共振（NMR）波谱的基本原理
氢原子核的自旋会沿着它的自转轴产生一个微小的 磁场，它本身就好象一个小磁铁。
Nuclear magnetic dipole moment caused by spinning nucleus
hν= γ h 2π
H0
低能态
H'
ms = + 1/2
两种取向的能量差E可表示为:
E H0 (H0 ) 2H 0
2r
( h
2
)
(
1 2
)
H
0
r
( h
2
)
H0
若外界提供一个电磁波，波的频率适当， 能量恰好等于核的两个能量之差，h=E， 那么此原子核就可以从低能级跃迁到高能级， 产生核磁共振吸收。
各类质子的化学位移
烯质子
烯质子的值一般在4.5-8.0之间，其中非共轭的 值在4.5-5.7之间，共轭体系的烯质子有较大的值
具有给电子共轭效应的取代基，可使同碳 质子化学位移远远大于邻碳质子；
具有吸电子共轭效应的取代基则相反
3
1
1
2
4
2
3
各类质子的化学位移
炔质子
三键的各向异性效应致使炔质子的化学位移介于 烷质子和烯质子之间 1.6-3.4ppm
各类质子的化学位移
醛基氢
醛基由于受到羰基的去屏蔽作用，化学位移出 现在低场 脂肪醛9-10ppm，芳香醛9.5-10.5ppm
各类质子的化学位移
芳香质子
芳环的各向异性使得芳环氢受到去屏蔽影响，其化 学位移在低场。 苯环未被取代时，在7.26ppm呈单峰 苯环被取代时，各位质子的化学位移就有了差异
峰面积的大小与质子数目成正比。 峰面积高度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)与样品不反应、不缔合。
大 低场 屏蔽小
小 高场 屏蔽大
屏蔽效应
核磁共振
甲醇（CH3-OH）的核磁共振谱
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。
诱导效应
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：
原子的杂化状态 电子云密度（吸电诱导、共轭、插烯规则等） 磁各向异性 氢键
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
各类质子的化学位移
烷基质子
质子与SP3杂化C原子相连，β位亦是SP3杂化C
原子时，
= 0.9-1.5 ppm
= 7.26 + ∑Si
8.22 7.48 7.61
6.79 7.24 6.73
稠环芳氢因大π键去屏蔽效应增强，芳环氢向低场 位移
各类质子的化学位移
杂环芳质子
杂环芳质子化学位移受溶剂的影响较大，一般α位 的芳杂环氢的吸收峰在较低场
各类质子的化学位移
活泼氢
常见的活泼氢，如-OH,-NH-,-SH,-COOH等基团的 质子，在溶剂中交换很快，并受测定条件的影响， 值不固定在某一值上，而在较宽的一个范围内变化。 一般而言，羧酸、酰胺类缔合峰为宽峰，醇酚类峰 形较钝，氨基、巯基峰形较尖。 用重水交换可以鉴别出活泼氢的吸收峰。（加重水 后活泼氢的峰消失）
高场
低场
Hb Ha βC αC I
屏蔽效应： Hb Ha
拉电子基团越多, 这种影响越大
Cl CH2 H Cl2 CH H Cl3 C H
3.05 5.30 7.27
基团距离越远，受到的影响越小
CH3 CH2 CH2 Br
1.25 1.69 3.30
高场
Ha
低场
C O Hb
屏蔽效应： Ha Hb
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
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。
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。
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
2.三键碳上的质子：
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。
3. 芳环体系
随着共轭体系的增大， 环电流效应增强，即环平 面上、下的屏蔽效应增强， 环的外周去屏效应增强。
外场
E
=
hν= γ h 2π
H0
低能态
H'
ms = + 1/2
其他原子核的自旋
1、 原子核的质量数（A）和质子数（Z）都为偶数时， 原子核作为整体没有自旋(自旋量子数I=0)。如:
AXZ
12C6
16O8
2、A 和/或 Z为奇数时，原子核有自旋，I≠0. 如:
1H1 2H1 13C6 14N7 19F9 31P15 对于1H1 和 13C6 ，I=1/2。在外磁场的取向有
2I+1=2种。
磁性核的自旋取向表明
它在外加磁场中的取向
它的某个特定能级状态（用 磁量子数ms表示）。取值为
–I … 0 … +I。
如：1H核：∵ I＝1/2 ∴ ms为 －1/2 和 +1/2
ν=
γH0 2π
高能态
H'
ms = _ 1/2
γ— 磁旋比(物质的特征常数) E = hν H0
外场
E=
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：
2
H实
2
H（0 1 ）
H0 高场
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 收峰与零点的相对距离来确定它们的化学位移值。
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
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。
3210
CH2Ar CH2NR2 CH2S CCH CH2C=O
CH2=CH-CH3
C3CH C2CH2 C-CH3
环烷烃
课后习题2
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
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。
+
Direction of Spin of hydrogen
nucleus
Energy Levels
高能量
低能量
电磁波辐射
在一定的的Ho下，要使氢核跃迁，必须使用相应值的射频。如 Ho=14092Gs时，要使氢核跃迁，必须使用60MHz的无线电波。
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。