《核磁共振氢谱》PPT课件 (2)
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《核磁共振氢谱》PPT课件
3. 影响化学位移的因素：
= d + p + a + s H核外只有s电子，故d 起主要作用， a 和s对也有一定的 作用。
影响化学位移的因素---诱导效应
核外电子云的抗磁性屏蔽是影响质子化学位移的主要因素。
核外电子云密度与邻近原子或基团的电负性大小密切相关， 电负性强的原子或基团吸电子诱导效应大，使得靠近它们的 质子周围电子云密度减小，质子所受到的抗磁性屏蔽（ d）
范德华效应
当两个原子相互靠近时，由于受到范德华力作用， 电子云相互排斥，导致原子核周围的电子云密度降低 ，屏蔽减小，谱线向低场方向移动，这种效应称为范 德华效应。
这种效应与相互影响的两个原子之间的距离密切相关 ，当两个原子相隔 0.17nm（即范德华半径之和）时 ，该作用对化学位移的影响约为 0.5，距离为 0 . 2 0 nm 时 影 响 约 为 0 . 2 ， 当 原 子 间 的 距 离 大 于 0.25nm 时可不再考虑。
共轭效应
在共轭效应中，推电子基使H减小，拉电子基使H增
大。
(+1.43)
H
O CH 3 H
H
(+1.29)
H
(-1.10)
H
H
(-0.59)
H
O
H
(0.00)
H
(-0.21)
H
(-0.81)
相连碳原子的杂化态影响
碳碳单键是碳原子 sp杂化轨道重叠而成的，而碳碳双键和三键分别 是 sp2和 sp杂化轨道形成的。s电子是球形对称的，离碳原子近， 而离氢原子较远。所以杂化轨道中 s成分越多，成键电子越靠近碳 核，而离质子较远，对质子的屏蔽作用较小。
芳烃的各向异 8.9；环内H 在受到高度的屏蔽作 用，故 : -1.8
核磁共振氢谱(化学位移)(共17张PPT)
不同质子的化学位移
不同质子的化学位移
LOGO
•TMS化学性质不活泼，与样品之间不发生化学反响和分子间缔合；
•TMS是一个对称结构，四个甲基的化学环境完全相同，不管在氢谱还 是碳谱都只产生一个吸收峰； •Si的电负性小(1.9)，TMS中氢核与碳核周围的电子云密度高，屏蔽效应大， 产生NMR信号所需的磁场强度比一般有机物中的氢核和碳核产生NMR信号 所需的磁场强度大得多，处于较高场，与绝大局部样品信号不发生重叠和干 扰；
不同质子的化学位移
核外电子的影响，屏蔽效应，化学位移 核磁共振氢谱(1H-NMR) ——化学位移(chemical shifts) 测定和计算方法——标准物质(通常用TMS，即四甲基硅)对照法： 四甲基硅(TMS)作为标准物质的优点： 核外电子的影响，屏蔽效应，化学位移 Produced by Jiwu Wen 核外电子的影响，屏蔽效应，化学位移 由于屏蔽效应不同导致化学环境不同的原子核共振频率不同，因而在不同的位置上出现吸收峰，这种现象称为化学位移。 TMS沸点低(27℃)，容易去除，有利于回收样品。 诱导效应：吸电子诱导效应降低原子核周围的电子云密度，化学位移向低场移动， 增大。 氢键：分子形成氢键后，氢核周围的电子云密度降低，产生去屏蔽作用，化学位移向低场移动， 增大。 (3)叁键的磁各向异性效应 核磁共振条件及面临的问题 TMS是一个对称结构，四个甲基的化学环境完全相同，不管在氢谱还是碳谱都只产生一个吸收峰； Produced by Jiwu Wen
h
h
2
B0(1
)
核共振频率不同，因而在不同的位置上出现 吸收峰，这种现象称为化学位移。
1
2
B0(1
)
化学位移的表示方法与测定
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。
核磁共振氢谱解析ppt课件
第三章 核磁共振氢谱
1. 核磁共振的基本原理 2. 核磁共振仪与实验方法 3. 氢的化学位移 4. 各类质子的化学位移 5. 自旋偶合和自旋裂分 6. 自旋系统及图谱分类 7. 核磁共振氢谱的解析
前言
过去50年，波谱学已全然改变了化学家、生物学家和 生物医学家的日常工作，波谱技术成为探究大自然中 分子内部秘密的最可靠、最有效的手段。NMR是其中 应用最广泛研究分子性质的最通用的技术：从分子的 三维结构到分子动力学、化学平衡、化学反应性和超 分子集体、有机化学的各个领域。 1945年 Purcell（哈佛大学） 和 Bloch（斯坦福大学） 发现核磁共振现象，他们获得1952年Nobel物理奖 1951年 Arnold 发现乙醇的NMR信号，及与结构的关 系 1953年 Varian公司试制了第一台NMR仪器
• 驰豫时间与谱线宽度的关系 ：即谱线宽度与驰豫 时间成反比。
• 饱和：高能级的核不能回到低能级，则NMR信号 消失的现象。
核磁共振仪
分类：按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场 按交变频率分：40 ，60 ，90 ，100 ， 200 ，500，--，800
MHZ（兆赫兹），频率越高，分辨率越高 按射频源和扫描方式不同分：连续波NMR谱仪（CW-NMR) 脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)
频率扫描（扫频）：固定磁场强度，改变射频频率 磁场扫描（扫场）：固定射频频率，改变磁场强度 实际上多用后者。 各种核的共振条件不同，如：在1.4092特斯拉的磁场,各 种核的共振频率为：
1H
60.000 MHZ
13C
15.086 MHZ
19F
56.444 MHZ
31P
24.288 MHZ
对于1H 核，不同的频率对应的磁场强度：
1. 核磁共振的基本原理 2. 核磁共振仪与实验方法 3. 氢的化学位移 4. 各类质子的化学位移 5. 自旋偶合和自旋裂分 6. 自旋系统及图谱分类 7. 核磁共振氢谱的解析
前言
过去50年，波谱学已全然改变了化学家、生物学家和 生物医学家的日常工作，波谱技术成为探究大自然中 分子内部秘密的最可靠、最有效的手段。NMR是其中 应用最广泛研究分子性质的最通用的技术：从分子的 三维结构到分子动力学、化学平衡、化学反应性和超 分子集体、有机化学的各个领域。 1945年 Purcell（哈佛大学） 和 Bloch（斯坦福大学） 发现核磁共振现象，他们获得1952年Nobel物理奖 1951年 Arnold 发现乙醇的NMR信号，及与结构的关 系 1953年 Varian公司试制了第一台NMR仪器
• 驰豫时间与谱线宽度的关系 ：即谱线宽度与驰豫 时间成反比。
• 饱和：高能级的核不能回到低能级，则NMR信号 消失的现象。
核磁共振仪
分类：按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场 按交变频率分：40 ，60 ，90 ，100 ， 200 ，500，--，800
MHZ（兆赫兹），频率越高，分辨率越高 按射频源和扫描方式不同分：连续波NMR谱仪（CW-NMR) 脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)
频率扫描（扫频）：固定磁场强度，改变射频频率 磁场扫描（扫场）：固定射频频率，改变磁场强度 实际上多用后者。 各种核的共振条件不同，如：在1.4092特斯拉的磁场,各 种核的共振频率为：
1H
60.000 MHZ
13C
15.086 MHZ
19F
56.444 MHZ
31P
24.288 MHZ
对于1H 核，不同的频率对应的磁场强度：
核磁共振氢谱2化学位移PPT教案
H2C
H2C
CH2 0.30 CH2 0.90
CH2 1.30
CH2 2.70
CH2 3.81
对番烷
H
H
HH H
H2.99H
HH H
H
H 9.28
H
H
H
HH
第26页/共55页
18轮烯
sp3杂化原子上的质子：单键 C-C单键的σ电子产生的各向异性较小。
第27页/共55页
四、 Van der Waals效应
第33页/共55页
2、苯对二甲基甲酰胺1H-NMR谱的影响 由于共轭效应，赋予N-CO 键以部分双键性质，氮上 两个甲基是不等价的。
在苯中，苯与二甲基甲酰胺形成复合 物，苯环较多地靠近带正电荷的氮而 远离带负电荷的氧，使α-甲基受到苯 环的屏蔽，所以向高场位移。
第34页/共55页
在CDCl3-C6D6混合溶剂中，随着苯溶剂 的增加，α-甲基的化学位移逐渐移向 高场，最后越过β-甲基。
四、 活泼氢 • 常见的活泼氢：-OH，-NH2，-SH。 • 在溶剂中活泼氢交换速度较快，浓度、温度、溶
剂对δ值影响较大。 • 高温使OH、NH等氢键程度降低, δ值减小。 • 识别活泼氢可采用重水交换。
第45页/共55页
完
第46页/共55页
重氢环己烷C6D11H 的低温1H-NMR谱
第31页/共55页
八、 溶剂效应 • 溶剂不同使化学位移改变的效应。 • 原因：溶剂与化合物发生相互作用。
如形成氢键、瞬时配合物等。 • 一般化合物在CCl4和CD3Cl中NMR谱重现性好。
在苯中溶剂效应则较大。
第32页/共55页
苯的溶剂效应: 1、苯对环己酮衍生物1H-NMR谱的影响 在氯仿与苯中测定的化学位移差值Δ(δCDCl3-δC6H6)对环 己酮羰基邻位的直立氢或直立甲基为正值(屏蔽)，而对 邻位平伏氢或甲基氢则为很小的正值或负值(去屏蔽)。
H2C
CH2 0.30 CH2 0.90
CH2 1.30
CH2 2.70
CH2 3.81
对番烷
H
H
HH H
H2.99H
HH H
H
H 9.28
H
H
H
HH
第26页/共55页
18轮烯
sp3杂化原子上的质子：单键 C-C单键的σ电子产生的各向异性较小。
第27页/共55页
四、 Van der Waals效应
第33页/共55页
2、苯对二甲基甲酰胺1H-NMR谱的影响 由于共轭效应，赋予N-CO 键以部分双键性质，氮上 两个甲基是不等价的。
在苯中，苯与二甲基甲酰胺形成复合 物，苯环较多地靠近带正电荷的氮而 远离带负电荷的氧，使α-甲基受到苯 环的屏蔽，所以向高场位移。
第34页/共55页
在CDCl3-C6D6混合溶剂中，随着苯溶剂 的增加，α-甲基的化学位移逐渐移向 高场，最后越过β-甲基。
四、 活泼氢 • 常见的活泼氢：-OH，-NH2，-SH。 • 在溶剂中活泼氢交换速度较快，浓度、温度、溶
剂对δ值影响较大。 • 高温使OH、NH等氢键程度降低, δ值减小。 • 识别活泼氢可采用重水交换。
第45页/共55页
完
第46页/共55页
重氢环己烷C6D11H 的低温1H-NMR谱
第31页/共55页
八、 溶剂效应 • 溶剂不同使化学位移改变的效应。 • 原因：溶剂与化合物发生相互作用。
如形成氢键、瞬时配合物等。 • 一般化合物在CCl4和CD3Cl中NMR谱重现性好。
在苯中溶剂效应则较大。
第32页/共55页
苯的溶剂效应: 1、苯对环己酮衍生物1H-NMR谱的影响 在氯仿与苯中测定的化学位移差值Δ(δCDCl3-δC6H6)对环 己酮羰基邻位的直立氢或直立甲基为正值(屏蔽)，而对 邻位平伏氢或甲基氢则为很小的正值或负值(去屏蔽)。
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
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〕。
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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》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。
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。
《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。
核磁共振氢谱图课件
环境，从而确定有机化合物的分子结构。
确定碳原子的类型和连接方式
02
结合氢谱图和碳谱图，可以推断出碳原子的类型和连接方式，
进一步确定有机化合物的骨架结构。
判断手性分子构型
03
通过氢谱图可以确定手性分子的构型，对于不对称合成和手性
识别具有重要意义。
蛋白质结构的解析
确定氨基酸序列
通过氢谱图结合其他谱图，可以解析蛋白质的一级结构，即氨基 酸的排列顺序。
误差控制
采取适当的措施，控制实 验误差，提高实验结果的 准确性。
安全注意事项
了解氢谱图实验的安全风 险，如高磁场、射频辐射 等，注意安全操作规程。
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峰的耦合
在某些情况下，氢原子之间可能存在耦合作用。这种耦合作用可能导致相邻氢原子的共振频率发生改变。通过对 耦合现象的分析，可以获得关于分子中氢原子耦合作用的信息。
CHAPTER 04
氢谱图的应用
有机化合物结构的鉴定
确定氢原子的类型和数目
01
通过氢谱图，可以清晰地显示出不同类型氢原子的数目和化学
确定蛋白质三级结构
通过氢谱图分析蛋白质分子内部氢原子的相互作用和运动，有助于 解析蛋白质的三级结构。
研究蛋白质相互作用
氢谱图可以用来研究蛋白质之间的相互作用，如配体与受体之间的 结合方式以及结合常数等。
药物分子的结构研究
确定药物分子的化学结构
氢谱图是研究药物分子化学结构的重要手段之一，可以确定药物 分子中氢原子的类型和数目以及它们的连接方式。
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。
核磁共振氢谱2
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。
(3)重氢交换
• 如果化合物中含有与O,N,S相连的氢，在溶液中可以进行重水交 换，相应的峰消失。其顺序是OH >NH >SH.这样可以简化图谱。 通 NH常、溶-S剂H是和D-C2OO.O重H氢等交活换性是氢用原氘子代有试机剂物中分的子D中取的代H含，有这-一OH技、术-是 向 振已摇测后定再核测磁定共核振磁氢共谱振的。有若机有物核样磁品共管振中峰，消加失少或量减重少水现（象D，2就O）可， 以推断相应的化学位移处是有-OH、-NH、-SH或-COOH活性氢 原子的。同样，用氘氧化钠（NaOD）等试剂可以将一些有机物 分子中的甲基或亚甲基上的H换成D，这样就使原本能自旋偶合 的相邻H被D阻隔而相互不再发生峰分裂。从而不仅确定了重氢 交换处相关氢的位置，而且也对重氢交换相邻处氢的判断提供了 依据。重氢交换方法非常简单易行，因此，在核磁共振氢谱的测 定过程中经常被运用。
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。
7 .4 5 0
7 .4 0 0
7 .3 5 0
7 .3 0 0
7 .2 5 0
7 .2 0 0
7 .1 5 0
7 .1 0 0
7 .0 5 0
7 .0 0 0
P-CH3OC6H4CH2Cl 芳氢核磁共振吸收的展开图
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11
亚甲基与次甲基的δ计算
对于亚甲基可以用Shoolery公式加以计 算
δ=1.25 +Σσ (2-1) 式中σ为取代基的经验屏蔽常数.表中给
出其数值.
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12
表2.2 Shoolery 公式中的经验屏蔽常数(σ)
σ 取代基
R
0.0
C=C-
0.8
0.9
Ph
CC
1.3
Cl
2.0
5.0-7.0 ppm 双键区域 . 氢直接与C=C 双键相连.
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9
7.0-8.0 ppm 芳环质子区域. 磁各向异性作用， 导致芳环质子处于去屏蔽区。同样现象发生在 醛由于羰基地磁各向异性，醛质子化学位移在
9-10 ppm -OH 可以出现在任何位置，谱线的性质由多重 因此影响H的交换：pH.浓度，温度，溶剂等。 一般芳环酚羟基更趋于低场。
•m 1-
•1-3 0,6-
3
1,0
•p 01
编•1辑1,-8p4pt1,3-
18
•1-2 2,02,6 •1-3 1,52,2 •1-4 1,82,3 •2-3 2,84,0
•1-2 4,95,7 •1-3 1,62,6 •1-4 0,71,1 •1-5 0,20,5 •2-3 7,28,5 •2-4 1,41,9
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3
常见基团化学位移
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4
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5
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6
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7
对于大部分有机化合物来说氢谱的化学位 移值在0-13 ppm. 大致可分以下几个区
0-0.8 ppm 很少见，典型化合物; 环丙烷，硅烷，以及
金属有机化合物。
0.8-1.5 ppm 烷烃区域. 氢直接与脂肪碳相连，没有强电
Hb
Ha
CH2Br
Ha=5.25+Z同（－CO2R)+Z顺（ CH2Br)+Z反（－H)
=5.25+0.8+0.11+0=6.16(实际测定6.10）
Hb=5.25+Z同（－CH2Br)+Z顺（ CO2R)+Z反（－H)
=5.25+0.70+1.18+0=7.13(实际测定7.10)
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15
苯环质子化学位移的计算
取代苯环的氢化学位移可按照下式计算:
δ=7.26+Σ Zi 7.26是未取代的苯环的δ值, Zi是取代参
数. Zi的值取决于取代基地种类以及取代 基相对于苯环氢的位置。 计算苯环化学位移的经验参数参照林永 成有机化合物结构鉴定与有机波谱学 P40
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16
2.2.偶合常数
偶合常数反映有机化合物结构的信息,特 别是反映立体化学的信息.当自旋体系存 在自旋－自旋偶合时，核磁共振谱线发 生分裂。由分裂所产生的裂距反映了相 互偶合作用的强弱，称之为偶合常数 （Coupling constant）.用J表示。J以 赫兹（Hz）(周/秒)为单位。偶合常数J 反映的是两个核之间作用的强弱，故其 数值与仪器的工作频率无关
第二章 核磁共振氢谱
核磁共振氢谱主要是通过测定有机物分 子中氢原子的位置来推断有机物的结构 的。从一张有机物的核磁共振氢谱图上， 我们可得到有机物分子中氢原子的种类 （根据化学位移δ值）和氢原子的数量 （根据峰面积）。即核磁共振氢谱图上 有多少个峰，就表明有机分子中有多少 种类的氢，各个峰的面积积分比表示各 种氢原子的数目的比例。
Br
1.9
I
1.4
OH
1.7
-OR
1.5
-OPh
2.3
-OCOR
2.7
-OCOPh
2.9
NH2
1.0
NR2
1.0
NO2
3.0
SR
1.0
-CHO
1.2
-COR
1.2
-COOH
0.8
-COOR
0.7
CN
1.2
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13
对于次甲基的δ值依然可以用Shoolery 经验公式计算,但常数项改为1.5.
大多数的-NHR, -NH2和醇一样，可被交换，在 2-3 ppm 区域显示宽峰。 -CO2H 可交换,象醇 (>11 ppm)
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10
化学位移的计算
某些基团或化合物的质子化学位移可以 用经验公式计算.这些经验公式是根据取 代基对化学位移地影响具有加和性 (additivity)的原理由大量实验数据归纳 总结出来的.某些情况下估算具有较高准 确度,具有实用价值,而在某些场合下,虽 然误差较大,但依然有参考价值.化学位移 计算主要目的是:1).对谱线进行归属;2). 为测定分子结构提供理论依据.
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1
图2.1苯基-2,2-二甲基丙烷的核磁共振氢谱图。
图中横坐标为化学位移,图上有三个峰，则表明该有机物分子中的氢有三种类型： 峰面积的积分比为9：5：2，表明该化合物的三种不同氢的数目分别是9、5和2； 化学位移δ 7.2处的峰表示苯环上5个相同的氢，δ2.5处的峰表示亚甲基上的2个相 同氢，而δ0.9处的峰则表示三个甲基上的9个相同的氢。这样，能够判断出有机物 分子中氢的种类和数目就可以非常容易地推断出有机物的分子结构。
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2
2.1 化学位移
化学位移是核磁共振最重要参数之一.前 面我们已经讨论了影响化学位移的因素. 这里不再讨论.根据上述各种影响氢核化 学位移的因素和多年核磁共振测定有机 物结构的经验，同样总结出了不同有机 基团氢核的化学位移δ值。根据δ值，可 以进行相应有机基团的推断，常见的一 些有机基团的氢核的化学位移总结于表 2.1中。
δ=1.50 +Σσ 烯烃的化学位移计算
H
C 同R
R顺 C
R反
δC=C-H =5.25 + Z同 +Z顺 +Z反
Z同 ,Z顺 ,Z反分别代表相应取代基的取代
参数.参阅宁永成P40`41
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14
H C
Cl
Cl
C
F
δ=5.25 +1.08 +0.18 -1.02 =5.49 (5.56)
H3COOC
负性取代基。化学位移地次序 CH>CH2>CH3.。如果有更多的取代基化 学位移移向低场。
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8
1.5-2.5 ppm 羰基区域 质子相邻羰基 C=O, C=C or 苯环。
3.0-4.5 ppm 醚区域. (同样醇，酯有CH-O group.) 质 子直接邻氧，如果有更多的电负性取代基化学位移移 向低场。
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17
典型nJH,H-偶合常数
类型
J (Hz) 12-15
类型
0
J ( z) 2-9 6,5- 7,5
5,57,0
0,5- 3
13-18 0,52,5 9- 13
1- 3
•aa 5-8 •ae 2-4 •ee 2-4 7-12
4-10
0
2- 3
2- 4
•1-2 1,6-
o 6- 9
2,0