核磁共振讲座ppt课件
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E = -Υm h B0 h = h / 2π
E = Υ h B0 = μ z B0 / I
（Υ：磁旋比，m:原子核的磁量子数，m = I, I -1,…,-I,即磁 矩有 2I +1个取向，B0: 磁场强度） 运用一定的电磁波照射下，原子核自旋轴与静磁场保持一定 角度进行拉莫尔进动，当照射频率满足月前条件时，发生能 击键的跃迁，产生核磁共振。
1.核磁共振的产生：
射频波长长、能量低，不会引起振动或转动能级的跃迁，更 不会因电子能级的跃迁 能够进行自旋运动的原子核，绕核自旋，自旋轴与核磁矩μ 方向相同。核磁共振就是以具有磁矩的原子核为研究对象， 元素周期表中的118种元素的同位素的核具有核磁矩。自旋 运动与自旋量子数I相关，I = 0的原子核无自旋运动。I的取 值为半整数。其中我们所研究的原子1H、13C，其I = 1/2 （还有15N、31P） 具有磁矩的原子核存在着不同的能级：
核பைடு நூலகம்共振讲座
原子核对射频辐射的吸收称为核磁共振谱
发展过程：
1946年哈佛大学的E. M Purcell 观察到石蜡中质子的核磁 共振信号，同年斯坦福大学的F. Bloch也观测到了液态水 的核磁共振信号，奠定了核磁共振谱学的理论和实验基础， 两人因此获得1952年诺贝尔物理奖。 1950年W.G.Proctor和虞幅春等人、1951年J.T.Arnold等 分别发现了化学位移现象;1952年E.L.Hahn等又发现了自 旋耦合现象，表明核磁共振技术可以用来研究分子结构， 从而引起了化学家们的极大兴趣。 50~60年代，核磁共振主要采用连续波技术（CW-NMR），
6.影响1H NMR化学位移的主要因素
由核外电子的屏蔽作用而引起的核共振时磁场强度的移动 现象称为化学位移。化学位移的大小决定于屏蔽常数的大 小。如果结构上的变化或介质的影响使氢核外电子云密度 降低，将使谱峰的位置移向低场，这是去屏蔽作用；反之 屏蔽作用使谱峰的位置移向高场
6.影响1H NMR化学位移的主要因素
因此只能研究具有较高天然丰度的核如1H 和19F；
发展过程：
1966年R. R. Ernst和W. A. Anderson等人实现了脉冲傅立 叶变换核磁共振（PFT-NMR）实验，将信号采集由频率 域转到时间域，是信号累积变得容易，提高了检测的灵敏 度，使检测较低天然丰度的核如13C、13N、17O成为可 能； 1971年J.Jeener 提出了具有两个独立时间变量的核磁共 振实验，首次引入二维谱的概念，1974年R. R. Ernst首次 成功实现二维核磁共振实验（Ernst也因此被授予1991年 Nobel化学奖），从此核磁共振技术进入了一个全新的时 代； 上世纪80年代，是二维核磁共振飞速发展的时期，各种脉 冲序列等层出不穷，使二维谱在有机化合物的结构坚定、 分子在溶液中的三维结构的测定和分子动态过程的研究得 到了广泛的应用；
发展过程：
上世纪90年代以来，多维核磁共振技术的发展， 给利用核磁共振技术研究生物大分子的结构以巨 大的推动，使核磁共振方法成为研究溶液中分子 构象最有效、也几乎是唯一的方法，多维核磁共 振技术因此被誉为“溶液中的X射线衍射技术”。 上世纪70~80年代，高分辨、高灵敏度的400、 500MHz核磁共振谱仪出现，1988年600MHz核 磁共振谱仪商品化，1995年800MHz核磁共振谱 仪研制成功。
2.抗磁屏蔽和顺磁屏蔽
（1）核外电子在外加磁场感应下产生对抗磁场，使原子 核实受磁场降低； （2）分子中其他原子的存在，使原子核外电子运动受阻， 产生非球形电子云，它所产生的磁场方向与抗磁效应的方 向相反。
3.化学位移
峰位置相对于原点的距离。以TMS为基准，，规定其化学 位移为0。 1H的化学位移一般为0~15ppm，13C的化学位移一般为 0~400ppm 谱图中横坐标为化学位移，纵坐标表示峰强度，自左向右 从低场到高场。
5. 核磁共振的测定
由于核在能级间的跃迁、回落方向相反，几率相同，因此 要想测出核磁共振，必须使低能级粒子数始终多于高能级 粒子数，以保持电磁波两者的吸收，这一过程就是弛豫 （通过非辐射的途径使高能态的核回到低能态的过程）， 弛豫时间长测试时间就长，为缩短测试时间，现一般采取 短而强的脉冲，以同时激发所有的原子核，脉冲信号干涉 图中的变量是时间，利用计算机完成的傅立叶变换，将时 畴信号转化为频畴信号得到核磁谱图。
（1）取代基电负性：电负性越强，氢的共振峰越移向低 场； （2）相连碳原子的杂化：从 sp3 到sp2，成键电子更靠近 碳原子，因而对相连氢原子有去屏蔽作用，向低场移； （3）环状共轭体系的环电流：环电流的存在增强了外磁 场，氢核被去屏蔽，使共振位置向低场移； （4）相邻基团电偶极和范德华力：当分子内有强极性基 团时（如羟基等），它在分子内产生电场，氢核外电子被 排斥，向低场移； （5）氢键：无论分子内氢键还是分子间氢键的形成都使 氢受到去屏蔽作用，化学位移值有较大的变化范围，通常 氢键导致化学位移移向低场。
4.自旋-自旋耦合裂分
相邻近自旋核之间的相互干扰作用称为自旋耦合。 由质子之间产生的耦合J值一般不会超过20Hz （1）谱线裂分数：对于自旋量子数I = 1/2的核1H、13C， m = 1/2，-1/2，有两种取向，一种与外磁场方向大体平 行，其他核实际所受磁感强度略有增加；另一种和外磁场 方向大体反平行，其他核实际所受磁感强度略有减弱。从 而发生谱线裂分，如果与讨论的核相耦合的核有n个（其 耦合作用均相同），谱线分裂为2nI + 1条，即n + 1，当 有不同的邻近时，将出现(n + 1)(n’ + 1)…个峰。 （2）谱线强度：与(a + b)n 展开的各项系数吻合。 （3）耦合常数J：由裂分所产生的裂距反映了耦合作用的 强弱。它与两个核在分子中相隔化学键的树木密切相关。 自旋耦合是通过成键电子传递的，最常见的是3JH-C-C-H， 即邻位耦合。芳环氢3J：6~9Hz，4J：1~3Hz，5J：0~1Hz； 顺式烯烃J：5~14，反式烯烃J：11~19
E = Υ h B0 = μ z B0 / I
（Υ：磁旋比，m:原子核的磁量子数，m = I, I -1,…,-I,即磁 矩有 2I +1个取向，B0: 磁场强度） 运用一定的电磁波照射下，原子核自旋轴与静磁场保持一定 角度进行拉莫尔进动，当照射频率满足月前条件时，发生能 击键的跃迁，产生核磁共振。
1.核磁共振的产生：
射频波长长、能量低，不会引起振动或转动能级的跃迁，更 不会因电子能级的跃迁 能够进行自旋运动的原子核，绕核自旋，自旋轴与核磁矩μ 方向相同。核磁共振就是以具有磁矩的原子核为研究对象， 元素周期表中的118种元素的同位素的核具有核磁矩。自旋 运动与自旋量子数I相关，I = 0的原子核无自旋运动。I的取 值为半整数。其中我们所研究的原子1H、13C，其I = 1/2 （还有15N、31P） 具有磁矩的原子核存在着不同的能级：
核பைடு நூலகம்共振讲座
原子核对射频辐射的吸收称为核磁共振谱
发展过程：
1946年哈佛大学的E. M Purcell 观察到石蜡中质子的核磁 共振信号，同年斯坦福大学的F. Bloch也观测到了液态水 的核磁共振信号，奠定了核磁共振谱学的理论和实验基础， 两人因此获得1952年诺贝尔物理奖。 1950年W.G.Proctor和虞幅春等人、1951年J.T.Arnold等 分别发现了化学位移现象;1952年E.L.Hahn等又发现了自 旋耦合现象，表明核磁共振技术可以用来研究分子结构， 从而引起了化学家们的极大兴趣。 50~60年代，核磁共振主要采用连续波技术（CW-NMR），
6.影响1H NMR化学位移的主要因素
由核外电子的屏蔽作用而引起的核共振时磁场强度的移动 现象称为化学位移。化学位移的大小决定于屏蔽常数的大 小。如果结构上的变化或介质的影响使氢核外电子云密度 降低，将使谱峰的位置移向低场，这是去屏蔽作用；反之 屏蔽作用使谱峰的位置移向高场
6.影响1H NMR化学位移的主要因素
因此只能研究具有较高天然丰度的核如1H 和19F；
发展过程：
1966年R. R. Ernst和W. A. Anderson等人实现了脉冲傅立 叶变换核磁共振（PFT-NMR）实验，将信号采集由频率 域转到时间域，是信号累积变得容易，提高了检测的灵敏 度，使检测较低天然丰度的核如13C、13N、17O成为可 能； 1971年J.Jeener 提出了具有两个独立时间变量的核磁共 振实验，首次引入二维谱的概念，1974年R. R. Ernst首次 成功实现二维核磁共振实验（Ernst也因此被授予1991年 Nobel化学奖），从此核磁共振技术进入了一个全新的时 代； 上世纪80年代，是二维核磁共振飞速发展的时期，各种脉 冲序列等层出不穷，使二维谱在有机化合物的结构坚定、 分子在溶液中的三维结构的测定和分子动态过程的研究得 到了广泛的应用；
发展过程：
上世纪90年代以来，多维核磁共振技术的发展， 给利用核磁共振技术研究生物大分子的结构以巨 大的推动，使核磁共振方法成为研究溶液中分子 构象最有效、也几乎是唯一的方法，多维核磁共 振技术因此被誉为“溶液中的X射线衍射技术”。 上世纪70~80年代，高分辨、高灵敏度的400、 500MHz核磁共振谱仪出现，1988年600MHz核 磁共振谱仪商品化，1995年800MHz核磁共振谱 仪研制成功。
2.抗磁屏蔽和顺磁屏蔽
（1）核外电子在外加磁场感应下产生对抗磁场，使原子 核实受磁场降低； （2）分子中其他原子的存在，使原子核外电子运动受阻， 产生非球形电子云，它所产生的磁场方向与抗磁效应的方 向相反。
3.化学位移
峰位置相对于原点的距离。以TMS为基准，，规定其化学 位移为0。 1H的化学位移一般为0~15ppm，13C的化学位移一般为 0~400ppm 谱图中横坐标为化学位移，纵坐标表示峰强度，自左向右 从低场到高场。
5. 核磁共振的测定
由于核在能级间的跃迁、回落方向相反，几率相同，因此 要想测出核磁共振，必须使低能级粒子数始终多于高能级 粒子数，以保持电磁波两者的吸收，这一过程就是弛豫 （通过非辐射的途径使高能态的核回到低能态的过程）， 弛豫时间长测试时间就长，为缩短测试时间，现一般采取 短而强的脉冲，以同时激发所有的原子核，脉冲信号干涉 图中的变量是时间，利用计算机完成的傅立叶变换，将时 畴信号转化为频畴信号得到核磁谱图。
（1）取代基电负性：电负性越强，氢的共振峰越移向低 场； （2）相连碳原子的杂化：从 sp3 到sp2，成键电子更靠近 碳原子，因而对相连氢原子有去屏蔽作用，向低场移； （3）环状共轭体系的环电流：环电流的存在增强了外磁 场，氢核被去屏蔽，使共振位置向低场移； （4）相邻基团电偶极和范德华力：当分子内有强极性基 团时（如羟基等），它在分子内产生电场，氢核外电子被 排斥，向低场移； （5）氢键：无论分子内氢键还是分子间氢键的形成都使 氢受到去屏蔽作用，化学位移值有较大的变化范围，通常 氢键导致化学位移移向低场。
4.自旋-自旋耦合裂分
相邻近自旋核之间的相互干扰作用称为自旋耦合。 由质子之间产生的耦合J值一般不会超过20Hz （1）谱线裂分数：对于自旋量子数I = 1/2的核1H、13C， m = 1/2，-1/2，有两种取向，一种与外磁场方向大体平 行，其他核实际所受磁感强度略有增加；另一种和外磁场 方向大体反平行，其他核实际所受磁感强度略有减弱。从 而发生谱线裂分，如果与讨论的核相耦合的核有n个（其 耦合作用均相同），谱线分裂为2nI + 1条，即n + 1，当 有不同的邻近时，将出现(n + 1)(n’ + 1)…个峰。 （2）谱线强度：与(a + b)n 展开的各项系数吻合。 （3）耦合常数J：由裂分所产生的裂距反映了耦合作用的 强弱。它与两个核在分子中相隔化学键的树木密切相关。 自旋耦合是通过成键电子传递的，最常见的是3JH-C-C-H， 即邻位耦合。芳环氢3J：6~9Hz，4J：1~3Hz，5J：0~1Hz； 顺式烯烃J：5~14，反式烯烃J：11~19