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
ppt精选版
18
ppt精选版
19
ppt精选版
20
ppt精选版
21
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)
ppt精选版
36
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。
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。
核磁共振氢谱的原理及应用
核磁共振氢谱的原理及应用1. 引言核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种重要的无损检测方法，常用于分析和研究分子结构、化学反应机理等。
核磁共振氢谱是最常见的一种核磁共振谱，通过对氢原子在磁场中的共振现象进行观测，可以获得有关样品的丰度、化学位移、耦合常数等信息。
本文将介绍核磁共振氢谱的基本原理和常见应用。
2. 原理核磁共振氢谱是通过对样品中氢原子进行核磁共振观测得到的谱线图。
其原理基于原子核的自旋和磁矩的性质。
当氢原子进入强磁场中时，由于氢原子核具有自旋，它会导致原子核围绕磁场轴向产生预cess运动，称为进动（precession）。
2.1 核磁共振现象核磁共振现象是指当氢原子核在强磁场中进动时，外加一个射频脉冲场与其共振频率相同的时，会发生能量的吸收和重新放出。
这种现象与氢原子核的自旋和磁矩相关。
在强磁场中，氢原子核的能量分为两个状态，分别为自旋朝上和自旋朝下的状态。
当外加射频场与核的共振频率相匹配时，核会从上能级跃迁到下能级，并吸收能量。
当射频场停止作用后，核又会从下能级跃迁回上能级，重新放出能量。
这一过程称为核磁共振。
2.2 化学位移化学位移是核磁共振氢谱中的一个重要参数，用于表征样品中不同氢原子的化学环境和化学键的性质。
化学位移的单位是ppm（parts per million），常用δ表示。
化学位移的大小受样品中氢原子所处环境的不同影响，如化学结构、电子密度分布等。
2.3 耦合常数耦合常数是核磁共振氢谱中的另一个重要参数，用于描述样品中不同氢原子间的相互作用。
耦合常数反映了氢原子间的轴向相互作用和横向相互作用。
常见的耦合常数有两种，分别是两个相邻氢原子间的耦合常数（J值）和三个氢原子间的耦合常数（三重耦合）。
3. 应用核磁共振氢谱在化学、生物学、医学等领域具有广泛的应用价值。
下面列举几个常见的应用：•确定物质结构：核磁共振氢谱可以帮助确定物质的化学结构，通过分析化学位移和耦合常数等参数，可以确定化学键的种类和位置，从而揭示分子的结构。
核磁共振氢谱的工作原理
核磁共振氢谱的工作原理嘿，你知道核磁共振氢谱不？这玩意儿可神奇啦！核磁共振氢谱就像是一个超级侦探，能把物质里的秘密都给挖出来。
它咋做到的呢？简单来说，就是让氢原子在磁场里蹦跶。
就好像一群调皮的小孩在游乐场里玩耍。
这磁场就像是一个大舞台，氢原子们在上面尽情表演。
当氢原子进入磁场后，它们就会像指南针一样，受到磁场的影响。
有的氢原子顺着磁场方向，有的则逆着磁场方向。
这就好比一群人在选择走左边的路还是右边的路。
那些顺着磁场方向的氢原子能量低，逆着磁场方向的氢原子能量高。
然后呢，通过给氢原子加上一个特定频率的电磁波，就像给它们一个信号。
如果这个电磁波的频率正好能让氢原子从低能量状态跳到高能量状态，氢原子就会吸收这个电磁波的能量。
这就好像听到了自己喜欢的音乐，氢原子们就会跟着节奏动起来。
不同的氢原子吸收电磁波的频率是不一样的。
这是因为它们周围的环境不同。
就像不同的人在不同的场合会有不同的表现一样。
有的氢原子周围有很多电子云，就会受到电子云的影响，吸收的频率就会不一样。
通过测量氢原子吸收电磁波的频率，我们就能知道物质里有哪些不同的氢原子，以及它们的数量。
这就像是在数一群人的数量，还能知道他们的特点。
比如，有的氢原子在苯环上，有的在甲基上，它们吸收电磁波的频率都不一样。
核磁共振氢谱还能告诉我们物质的结构呢。
就像一个拼图游戏，我们可以通过氢原子的信息，把物质的结构拼出来。
如果两个氢原子之间有相互作用，它们吸收电磁波的频率也会发生变化。
这就像两个人在聊天，会互相影响。
你想想，要是没有核磁共振氢谱，我们怎么知道物质的结构呢？那可就像在黑暗中摸索，啥也看不清。
有了它，我们就像有了一盏明灯，能照亮物质的世界。
所以说，核磁共振氢谱可真是个厉害的工具。
它能让我们了解物质的秘密，为科学研究和实际应用提供了强大的支持。
这就是我的观点，没有任何过渡词，直接明了。
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%, 1=1/2 ,Y =26.752 (107radT-1S-1) 共振频率：42.577 MHz/T 3 : 0〜20ppmY (relntive) tie-qiiciKV M I L7 Tn JI Lira] fiHiindancc relaii^c wrni 竹 viTy*'IIKH) 5(KJ MHz ms 1%25 L25 Mllz I 1 %⑴七“N-105( ►MHzI 曰19 F455 MHzHH)叫，-20购 Mllz4.7 %nr-釦P40 203 MH7 1 <M) %0.07also trskinp iiitci accniniT Kpicall llliRc^'b idth' and rdl.ix-Viojii mtc%§ 2化学位移1. 影响3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，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 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-n 共轭，使苯环电子云密度增大，3值向高场移动苯环上的氢被吸电子基取代， 由于p-n 共轭或n -n 共轭，使苯环电子云密度降低,3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距离的增大，诱导效应的影响逐渐，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，5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。
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。
核磁共振氢谱解析ppt课件
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：
核磁共振氢谱三要素
核磁共振氢谱三要素核磁共振氢谱(也称氢谱) 是一种将分子中氢-1的核磁共振效应体现于核磁共振波谱法中的应用。
可用来确定分子结构。
当样品中含有氢，特别是同位素氢-1的时候，核磁共振氢谱可被用来确定分子的结构。
氢-1原子也被称之为氕。
核磁共振氢谱(也称氢谱) 是一种将分子中氢-1的核磁共振效应体现于核磁共振波谱法中的应用。
可用来确定分子结构。
当样品中含有氢，特别是同位素氢-1的时候，核磁共振氢谱可被用来确定分子的结构。
氢-1原子也被称之为氕。
简单的氢谱来自于含有样本的溶液。
为了避免溶剂中的质子的干扰，制备样本时通常使用氘代溶剂（氘=2H，通常用D表示），例如：氘代水D2O，氘代丙酮(CD3)2CO，氘代甲醇CD3OD，氘代二甲亚砜(CD3)2SO和氘代氯仿CDCl3。
同时，一些不含氢的溶剂，例如四氯化碳CCl4和二硫化碳CS2，也可被用于制备测试样品。
历史上，氘代溶剂中常含有少量的（通常0.1%）四甲基硅烷（TMS）作为内标物来校准化学位移。
TMS是正四面体分子，其中所有的氢原子化学等价，在谱图中显示为一个单峰，峰的位置被定义为化学位移等于0ppm。
TMS易于挥发，这样有利于样品的还原。
现代的核磁仪器可以以氘代溶剂中残余的氢-1（如：CDCl3中含有0.01% CHCl3）峰作为参照，因此现在的氘代试剂中通常已经不再添加TMS。
氘代溶剂的应用允许核磁共振仪磁场强度的自然漂移可以被氘频率-磁场锁定（也被描述为氘锁定或者磁场锁定）所抵消。
为了实现氘锁定，核磁共振仪监视着溶液中氘信号的共振频率，通过对的调整来保持共振频率的恒定。
另外，氘信号也可以被用来更加准确的定义0ppm，这是因为氘代溶剂的共振频率以及其与TMS的共振频率之差都是已知的。
大部分有机化合物的核磁共振氢谱中的表征是通过介于+14pm到-4ppm范围间化学位移和自旋偶合来表达的。
质子峰的积分曲线反映了它的丰度。
简单的分子有着简单的谱图.氯乙烷的谱图中包含一个位于1.5ppm的三重峰和位于3.5ppm的四重峰，其积分面积比为3:2。
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。
核磁共振 氢谱
核磁共振氢谱核磁共振氢谱（Nuclear Magnetic Resoce, NMR）是一种用于测定物质分子结构的重要方法。
它利用了原子核在磁场中的磁矩与外加磁场的相互作用，通过观测原子核吸收或发射电磁波的情况，来确定物质分子的结构。
在核磁共振氢谱中，我们主要关注的是氢原子核（质子）的行为。
这是因为在大多数化合物中，氢原子的数量最多，其行为对整个分子的性质有着重要影响。
此外，由于氢原子核的磁矩比其他原子核大得多，因此它在NMR实验中的信号最强，最容易被检测到。
核磁共振氢谱的基本原理是：当样品处于强磁场中时，如果给予样品一个射频脉冲，那么处于不同化学环境的氢原子核就会吸收不同数量的能量，从而发生能级的跃迁。
当射频脉冲停止后，这些氢原子核会以不同的速率重新放射出能量，产生不同的信号。
通过测量这些信号的强度和时间间隔，我们就可以得到关于样品的信息。
在实际操作中，我们会将样品溶解在一种称为氘代溶剂的液体中，然后放入NMR仪器中进行测量。
氘代溶剂是一种含有重氢（即氘，其原子核也是由一个质子和一个中子组成）的液体，它的优点是不会产生信号干扰。
通过分析核磁共振氢谱，我们可以确定样品中各种不同类型的氢原子的数量，以及它们之间的相对位置关系。
这对于研究物质的分子结构、化学反应过程等都有着重要的意义。
总的来说，核磁共振氢谱是一种非常强大的分析工具，它不仅可以提供关于样品的详细信息，而且操作简便、准确度高。
然而，它也有一些局限性，例如对于含有大量未定域电子的样品，或者对于某些特定的化学环境，NMR信号可能会受到干扰。
因此，在使用NMR进行分析时，我们需要根据具体的样品和目标来选择合适的条件和方法。
《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
核磁氢谱中基团的分布
核磁共振氢谱（1H NMR）是一种非常重要的谱学技术，用于确定有机化合物中氢原子的类型和数量。
它是通过测量原子核自旋磁矩的变化，来反映分子内部的结构和化学环境。
氢原子作为最简单的原子核，其磁矩相对较强，因此在核磁共振中扮演着至关重要的角色。
通过对氢谱的测量，科学家可以深入了解分子的微观结构和动态行为。
每种不同的化学基团都有其独特的化学位移范围，这是由于它们所处分子环境中的电子分布和分子内相互作用所致。
因此，通过核磁氢谱的测定和分析，可以确定有机化合物中的特定官能团，进而推测其可能的结构和性质。
醛基（-CHO）是典型的活泼基团，它具有较强的反应活性。
在核磁氢谱中，醛基上的氢原子通常出现在9-10ppm的区域，这个范围相对较高，反映了其电子云密度较低的化学环境。
醇羟基（-OH）则呈现出较低的化学位移，通常出现在1-3ppm的区域。
这是由于醇羟基上的氧原子具有较高的电子云密度，从而影响了其邻近氢原子的化学环境。
在醇类化合物中，羟基氢的位移和裂分情况可以提供关于分子内部结构的重要信息。
酚羟基（-OH）同样具有较低的化学位移，通常出现在12-13ppm 的区域。
与醇羟基类似，酚羟基上的氧原子具有较高的电子云密度，导致其邻近氢原子的化学环境发生变化。
此外，酚羟基还受到分子内其他基团的影响，因此其化学位移可能发生进一步的变化。
醚基（-O-）的核磁氢谱位移相对较低，通常出现在3-4ppm的区域。
醚基中的氧原子同样具有较高的电子云密度，使得其邻近氢原子的化学环境发生改变。
在分析醚类化合物时，醚基氢的位移和裂分情况对于确定分子结构具有重要意义。
胺基（-NH2）的核磁氢谱位移相对较低，通常出现在2.5-3ppm的区域。
这是由于胺基中的氮原子具有较高的电子云密度，影响了其邻近氢原子的化学环境。
分析胺类化合物时，胺基氢的位移和裂分情况能够提供关于分子结构的有价值信息。
硝基（-NO2）的核磁氢谱位移相对较高，通常出现在8-9ppm的区域。
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。
核磁共振氢谱的基本特点
核磁共振氢谱的基本特点
核磁共振氢谱(1H NMR)是一种通过检测有机化合物分子中氢原子在磁场中的核磁共振现象来分析化合物结构的技术。
以下是核磁共振氢谱的基本特点：
1. 氢原子具有高磁矩：氢原子是所有元素中磁矩最高的，因此对磁场有强烈的响应，适合用于核磁共振分析。
2. 化学位移：核磁共振氢谱中，氢原子的化学环境不同会导致其对应的共振频率发生偏移，这种偏移称为化学位移。
化学位移是核磁共振氢谱中最重要的特征之一，可以用来推测化合物的结构和鉴定化合物。
3. 自旋-自旋耦合：核磁共振氢谱中，相邻的氢原子之间会产生自旋-自旋耦合(spin-spin coupling)。
这种耦合会导致信号的分裂和多重峰，可以提供分子结构的信息。
4. 峰的强度：核磁共振氢谱中，每个氢原子对应的峰的强度反映了该氢原子在分子中的数量和所处化学环境。
峰的强度可以用于定性和定量分析。
5. 分辨率：核磁共振氢谱的分辨率受到多种因素的影响，如磁场强度、射频脉冲的质量、化合物的结构和温度等。
高分辨率的核磁共振氢谱可以提供更详细的分子结构信息。
这些特点使得核磁共振氢谱成为一种强有力的分析工具，广泛应用于有机化学、生物化学、药物化学等领域。
《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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
自旋-自旋弛豫 （spin-spin Relaxation）：
• 高能态核把能量传给同类低能态的自旋核，本身回到 低能态，维持Boltzmann分布。结果是高低能态自旋 核总数不变。
• 自旋-自旋弛豫过程的半衰期用T2表示。
• 液体T2～1s， 固体或粘度大的液体，T2很小，104～10-5s
二、核磁共振仪
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
三、化学位移
1.化学位移的产生
在外磁场作用下, 核外电子会产生环电流, 并感应产生 一个与外磁场方向相反的对抗磁场，这种对抗磁场的作用被称为 电子屏蔽效应。
1H 的核磁共振（ 1H NMR）
a. 无外加磁场，H0=0时，两自旋态的能量相同ms=±1/2。 b. 有外加磁场，H0≠0，两自旋态的能量不同：
1H 自旋产生的磁矩与H0同向平行，为低能态； 1H 自旋产生的磁矩与H0反向平行，为高能态。 两能级之差：ΔE=γhH0/2π c. 核磁共振的条件：E射=△E，
即：hυ射= γhH0/2π
3. 弛豫过程
高能态的核自旋经过外辐射途径把多余的能量给予 环境或其它低能态的核，这个过程称为“弛豫”
前者称为纵向弛豫，也称“自旋--晶格子弛豫” T1 后者称为横向弛豫，也称“自旋---自旋弛豫” T2
自旋-晶格弛豫 （spin-lattice Relaxation）
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。
核磁共振波谱法是吸收光谱的一种，用适宜的频率的电 磁波照射置于强磁场下的原子核（使其能级发生分裂）。当 核吸收的能量与核能级差相等时，就会发生核能级的跃迁， 同时产生核磁共振信号，从而得到一种吸收光谱的核磁共振 波谱，以这种原理建立的方法称核磁共振波谱法。
核磁共振波谱法是结构分析的重要工具之一，经常使 用的是1H和13C 的共振波谱。 核磁共振波谱中最常用的氢谱将提供： 1. 分子中不同种类氢原子有关化学环境的信息 2. 不同环境下氢原子的数目 3. 每个氢原子相邻的基团的结构
• 晶格泛指环境，即高能态自旋核把能量传给周围环境 （同类分子、溶剂小分子、固体晶格等）转变为热运 动而本身回到低能态维持Boltzmann分布。
• 自旋-晶格弛豫过程的半衰期用T1表示 （T1与样品状 态及核的种类、温度有关）,液体T1～1s，固体或粘度 大的液体T1 很大。
• 自旋-晶格弛豫又称纵向弛豫。
高能级与低能级的能量差△E应由下式定:
△E= E (-1/2)- E (+1/2) =(h/2)B0
式中: B0 外加磁场强度
磁矩与外加磁场相反 高能自旋取向
E2 = (+1/2)(h/2)B0 m = +1/2
磁距与外加磁场一致 低能自旋取向
E1 = (-1/2)(h/2)B0 m = -1/2
原子核的自旋量子数：ms 与原子的质量数和原子序数之间的关系：
A、Z均为偶数，ms=0
A Z
X
A为偶数，Z为奇数， ms=1，2，3…整数 A为奇数，Z为奇或偶数， ms=1/2，3/2，
5/2…半整数
当ms≠0时，原子核的自旋运动有NMR讯号。
由自旋量子数与原子的质量数及原子序数的关系可知： 原子质
1. 核的自旋运动
一些原子核有自旋现象, 因而具有自旋角动量P, I和P的关系 为:
h
P= 2 I(I+1)·
式中: h为普朗克常数 自旋不为0的原子核,都有磁矩,用μ表示, 磁矩随角动量增加成正比增加.
μ= r·P
式中r 为磁旋比, 不同的核具有不同的磁旋比。
NMR技术是观察原子序数或其质量数为奇数的原子核自旋的手 段。质子是最简单的原子核，它的原子序数是奇数且最小为1， 可以自旋。自旋的质子相当于带正电荷的小球在旋转运动中产 生磁场。
NMR波谱仪按照磁体分类，可分为：永久磁体，电 磁体和超导磁体。 按照射频频率(1H的共振频率)分类，可分为：60， 80，90，100，200，300，400，500，600，700， 900 MHz等。 按照射频源分类，又可以分为：连续波波谱仪(CWNMR)和傅里叶变换波谱仪(PFT-NMR)。43;
H+
H+
H+
β 自旋
H+
能量较高
ΔE
B0
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
若将自旋核放入磁场为H0 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, 按 照量子力学原理有m=2 I +1个取向。
对于氢核I =1/2, 即有m=2个取向, m=+1/2, m= -1/2两种取向, 即当自旋取向与外加磁场一致时, m=+1/2, 氢核处于一种低能级状态. (E1=－μz B0 ), 相反时m= -1/2时, 则处于一种高能级状态(E2=＋μz B0 )
δ / ppm
溴乙烷的1H NMR (400 MHz)
异丙苯的1H NMR (400 MHz)
丁酸的1H NMR（400 MHz）
一、核磁共振基本原理
原子核除具有电荷和质量外, 许多原子核还具有自旋现
象。通常用自旋量子数 I或ms表示, 原子的质量数 A 表 示，及原子序数 Z 表示。
原子核的自旋
量数和原子序数均为偶数的核,自旋量子数ms =0, 即没有自旋
现象; 当自旋量子数ms =1/2时, 有自旋现象, 核电荷呈球型
分布, 它们的核磁共振现象较为简单。有 1H1，13C6，15N7， 19F9， 31P15 等。 原子核有自旋现象, 则有磁矩, 在磁场中能够受磁场作用, 能发 生核磁共振现象; 原子核无自旋现象, 则无磁矩, 不能发生核 磁共振现象.