第十一章 核磁共振基本原理精品PPT课件

2020/11/29
讨论:
(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 32 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
B0
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；
（2）不同原子核，磁旋比 不同，产生共振的条件不同，需 要的磁场强度B0和射频频率不同。 （3） 固定B0 ，改变（扫频） ，不同原子核在不同频率处 发生共振。也可固定 ，改变B0 （扫场） （图） 。扫场方式
应用较多。 氢核（1H）： 1.409 T 共振频率 60 MHz 磁场强度B0的单位：1高斯（GS）=10-4 T（特拉斯）
问题 :
• 某化合物由C、H、O组成，其MS谱、 IR光谱、 UV光谱如下。能否得到 结构式？
2020/11/29
问题 :某化合物由C、H、O组成，能否得到结构式.
• MS谱中：分子式为 C10H12O2。
3050
1605 1730 1510
UV光谱
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• 解：
IR光谱
• U=1+10+1⁄2(0-12)=5;
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能级分布与弛豫过程
不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算：
N N ij ex E p ik E T j ex k p E T ex h k p T
磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
共 振 频 率 ν = 2 γ π B 0 = 2 .6 8 2 × × 1 3 0 . 8 1 × 4 2 .3 4 8 8= 1 0 0 .0 0 M H z N N ij ex －6 .p 6 1 .3 2 1 8 6 3 0 0 1 41 6 2 0.0 3 0 6 2 0 0 1 960 8 J J K s 1 s K 1 0 .99998
(3)Ｉ＝1/2的原子核 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。
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z
z
z
m=1/2 m=1
m=2
B0
m=1
m=0
mm==0-1
m=-1/2 m= -1
m= -2
（两个能级）： (1)与外磁场平行，能量低，磁量
子数ｍ＝＋1/2;
(2)与外磁场相反，能量高，磁量
子数ｍ＝－1/2;
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( 核磁共振现象)
• 两种取向不完全与外磁场平行，＝54°24’ 和 125 °36’
•相互作用, 产生进动(拉莫进动)进动
•频率 0； 角速度0； 0 = 2 0 = B0
共振条件：
υ0
=
γ B0 2π
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共振条件
(1) 核有自旋(磁性核) (2)外磁场,能级裂分;
(3)照射频率与外磁场满足共振条件0 = B0 / (2 )
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讨论:
共振条件： 0 = B0 / (2 ) （1）对于同一种核 ，磁旋比
一定， B0变，射频频率变。
1H 2.79270 13C 0.70216
质量数（a）原子序数（Z）自旋量子（I） 例子
奇数 偶数
奇或偶 偶数
1, 3, 5 222
0
I 12,1H1,13C6,19F9,15N7 I 23,11B5,35Cl17,I 52,17O8
12C6,16O8,32S16
偶数
奇数
1，2，3…… I 1,2H1,14N7,I 3,10B5
Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy,NMR
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内容选择：
• 第一节 核磁共振基本原理
principle of nuclear magnetic resonance
• 第二节 核磁共振与化学位移*
nuclear magnetic resonance and chemical shift
I=1Leabharlann Baidu2 I=1
I=2
B0
P
1H
E2=+ B0
△E= E2 － E1 = 2 B0
E1=－ B0
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二、 核磁共振现象
nuclear magnetic resonance
自旋量子数 I=1/2的原子核 （氢核），绕自旋轴转动时， 产生磁场，类似一个小磁铁。
于外磁当场置，于有外（磁场2I+B10）中种时取，向相：对 氢核（I=1/2），两种取向
结束
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发展历程
• 1946年首次观测到核磁共振信号 • 1952年获Nobel物理奖 • 1953年第一台商品NMR谱仪 (Varian) • 1960年代用于有机化学领域 • 1964年第一台超导NMR谱仪(Varian) • 1970年代脉冲傅立叶变换引入NMR谱仪 • 1980年代二维NMR谱发展 • 1991年获Nobel化学奖(R. Ernst) • 2002年获Nobel化学奖(K. Wüthrich)(1/2)
• 第三节 自旋偶合与自旋裂分*
spin coupling and spin splitting
• 第四节 谱图解析与结构确定**
analysis of spectrograph and structure determination
• 第五节 13C核磁共振波谱
13C nuclear magnetic resonance
• IR: C＝O ,苯环 ;
• UV:有共轭结构；
• 剩余C3H7, 基团? • —— 核磁共振波谱
图3 苯的1H- NMR光谱
图4 甲苯的1H-NMR光谱
图5 十二基葡萄糖苷的13C-NMR谱
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图6 分子式为 C10H12O2 的1H-NMR谱图
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第11章 核磁共振波谱
两种进动取向不同的氢核 之间的能级差：
E= 2B0 （磁矩）
B
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三、核磁共振条件
condition of nuclear magnetic resonance
对于氢核，能级差： E= 2B0 （磁矩）
产生共振需吸收的能量：E= 2 B0= h 0
由拉莫进动方程：0 = 2 0 = B0 ;
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第一节 核磁共振基本原理
• 一、原子核的自旋 • 二、核磁共振现象 • 三、核磁共振条件* • 四、核磁共振波谱仪
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一、 原子核的自旋
atomic nuclear spin
若原子核存在自旋，产生核磁矩：
自旋角动量：
h 2
I(I1)
核 磁 矩： μ=γρ
磁旋比γ；自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，