关于核磁共振和红外课件
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质子 电子环流
感应磁场
Ho 原子核感受到的磁场强度：
HH核感受到的磁场 = H外加磁场 － H感生磁场 因此，在有屏蔽效应时，要发生核磁共振就必须使外加磁场 强度H外加磁场略有增加以抵消感生的磁场强度。
假定核磁共振仪所用的射频固定在60MHz，慢慢改变
外加磁场强度，使其略有增加，当增加到一定程度
时，独立质子的 hν =
注意： 用ppm单位表示化学位移与仪器的射频和磁场无关。
移向低场（去屏蔽）
移向高场（屏蔽）
3、影响化学位移的因素
（1）诱导效应
化合物 电负性 δH/ppm
CH3I I：2.5 2.16
CH3Br Br：2.8 2.68
CH3Cl Cl：3.0 3.05
CH3F F：4.0 4.26
Y－H中Y的电负性越大，1H周围电子云密度越低，屏蔽效 应越小，δ值越大，越靠近低场出峰（谱图左边）。
Ho为外加磁场强度
m=-
1 2
H0
N N
m=+
1 2
与 H0反 向 ， m=-1 2 与 H0同 向 ， m=+1 2
高 能 级 产 生 能 级 差
低 能 级
从上式可看出，两种取向的能差与外加磁场强度有关，外加 磁场强度越大，能差越大。
E
Ho
△ E1 △ E2
H
与Ho同向的自旋吸收能量后可以跃迁到较高能级，变为与Ho反 向的自旋。电磁辐射可有效的提供能量。当辐射能量恰好等于 跃迁所需的能量时，就会产生自旋取向的变化，即核磁共振。
δ=ν样 ννo － TMS×16 0(pp)m TMS：δ= 0.0 ppm
在氢核磁共振谱中，常用四甲基硅作为标准物质：
CH3
CH3 Si CH3 CH3
TMS
因为：① 它只有一种质子（12个质子都相同）
② 硅的电负性比碳小，它的质子受到较大的屏蔽， 比一般化合物大，所以它的共振吸收出现在高 场。这样在有机分子中加入少量的TMS，则 有机分子的质子信号都在TMS信号的左边出现。
r
h 2π
Ho
此时发生共振（自旋转向），产生共振信号。而有机
分子中的质子，由于屏蔽效应，必须在外加磁场强度
略大于Ho时才发生共振。 即屏蔽使吸收移向高场。去屏蔽使吸收移向低场。
低磁场
Ho
Ho'
有屏蔽 无屏蔽 高磁场
由于氢核在分子中的位置、环境不同，产生的抗磁诱导 磁场的强度也不同，使不同氢核共振所需的外加磁场强 度H也不同，在核磁谱图上就出现不同位置的共振吸收峰。
频率的辐射，同时在扫描线圈通入直流电使总磁场强
度稍有增加（扫场）。当磁场强度增加到一定值时：
hν =
r
h 2π
Ho
即辐射能等于两种不同取向自旋的能差，则发生共振 吸收。信号被接收、放大并被记录仪记录。 目前常用的仪器有60MHz、90MHz、100MHz、400MHz、 600MHz，兆赫数越大，分辨率越高。
化合物 电负性 δH/ppm
C-CH3 C：2.5 0.7~1.9
（2）各向异性效应
N-CH3 N：3.0 2.1~3.1
O-CH3 O：3.5 3.2~ 4.2
Why？
H0
CC
HC
CH
CC
H感
苯环的电子在外加磁场影响下，产生一 个环电流，同时生成一个感应磁场，感 应磁场方向在环内与外加磁场相反，在 环外与外加磁场同向。苯环上的质子在 环外，处于去屏蔽区，因此，苯环上的 质子出现在低场，化学位移δ值较大， 一般δ=7~8 ppm。
E辐 = hν= △E
hν =
r
h 2π
Ho
ν=
r 2π
Ho
辐射频率与外加磁场强度的关系
核磁共振的两种操作方式：
若固定磁场强度，可求出共振所需的辐射频率——固 定磁场扫频。
若固定辐射频率，可求出共振所需的磁场强度——固 定辐射频率扫场。
核磁共振仪（固定辐射频率扫场）：
将样品置于强磁场内，通过辐射频率发生器产生固定
二、屏蔽效应与化学位移
1、 屏蔽效应
独立质子和有机分子中的氢不同，在有机分子中，原子 以化学键相连，不可能单独存在，在原子的周围总有电 子运动。
在外磁场作用下这些电子可产生诱导电子流，从而产生 一个诱导磁场，该磁场方向和外加磁场方向恰好相反。
这样使氢核受到外加磁场的影响要比实际外加磁场强度小， 这种效应叫屏蔽效应。
2、化学位移
定义：由于氢质子在分子中的环境不同，屏蔽效应不同， 它们的共振吸收位置出现在不同磁场强度，用来表示这 种不同位置的量叫化学位移（Chemical shift）。
表示方法：通常用δ表示化学位移，δ是样品和标准物质的 共振频率之差除以采用仪器的频率ν。，由于数字太小，所 以乘以106，单位用ppm表示。
一、核磁共振基本原理
原子核由质子和中子组成．质子、中子与电子一样具有自 旋运动，因而核也产生磁矩．
并非所有原子核自旋都具有磁矩，实验证明只有那些原子 序数或质量数为奇数的原子自旋才具有磁矩．例如：１H，１３ C，１５N，１７O等. 其大小µ为：
µ= r h/2pI
核的磁旋比 核自旋量子数
1H核带一个正电荷，它可以像电子那样自旋而产生磁矩 （就像极小的磁铁）。
H
H
CC
H
H
Ho
双键上的质子处于去屏蔽区，因此，化 学位移δ值较大，一般δ=4.5~6.5 ppm。
c. 叁键
H C C H
氢处于屏蔽区，化学位移δ值一般 在2.5ppm左右。
Ho
例1：
H
δ（ppm） 7.3
H
H
CC
H
H
பைடு நூலகம்5.3
H3C CH3
0.9
例2：
δ=0.3 ppm
关于核磁共振和红 外
常 见 有 机 波 谱
第一节 核磁共振
核磁共振（nuclear magnetic resonance NMR）是由于原子核 的自旋运动引起的，是近几十年发展起来的最有力的测定化 合物结构的方法。是1946年由美国哈佛大学普舍尔 (E.M.Purcell)小组和斯坦大学的布洛赫（F.Bloch）小组同时 独立发现的，它的研究对象是原子核的磁矩在磁场中对电磁 波的吸收和发射．根据核磁共振峰的化学位移和自旋-自旋分 裂可以测定分子的静态结构、 研究化学交换等．
N
在外磁场Ho中，取向分为两种，一种与外磁场 平行，另一种与外磁场方向相反。自旋分裂
S
Ho
能 量 低
能 量 高
这两种不同取向的自旋具有不同的能量。与Ho同向的能 量低，与Ho反向的能量高，两种取向能量差△E可用下 式表示：
h为普郎克常数
△E=r
h 2π
Ho
r为磁旋比，对于特定原子核， r为一常数。
感应磁场
Ho 原子核感受到的磁场强度：
HH核感受到的磁场 = H外加磁场 － H感生磁场 因此，在有屏蔽效应时，要发生核磁共振就必须使外加磁场 强度H外加磁场略有增加以抵消感生的磁场强度。
假定核磁共振仪所用的射频固定在60MHz，慢慢改变
外加磁场强度，使其略有增加，当增加到一定程度
时，独立质子的 hν =
注意： 用ppm单位表示化学位移与仪器的射频和磁场无关。
移向低场（去屏蔽）
移向高场（屏蔽）
3、影响化学位移的因素
（1）诱导效应
化合物 电负性 δH/ppm
CH3I I：2.5 2.16
CH3Br Br：2.8 2.68
CH3Cl Cl：3.0 3.05
CH3F F：4.0 4.26
Y－H中Y的电负性越大，1H周围电子云密度越低，屏蔽效 应越小，δ值越大，越靠近低场出峰（谱图左边）。
Ho为外加磁场强度
m=-
1 2
H0
N N
m=+
1 2
与 H0反 向 ， m=-1 2 与 H0同 向 ， m=+1 2
高 能 级 产 生 能 级 差
低 能 级
从上式可看出，两种取向的能差与外加磁场强度有关，外加 磁场强度越大，能差越大。
E
Ho
△ E1 △ E2
H
与Ho同向的自旋吸收能量后可以跃迁到较高能级，变为与Ho反 向的自旋。电磁辐射可有效的提供能量。当辐射能量恰好等于 跃迁所需的能量时，就会产生自旋取向的变化，即核磁共振。
δ=ν样 ννo － TMS×16 0(pp)m TMS：δ= 0.0 ppm
在氢核磁共振谱中，常用四甲基硅作为标准物质：
CH3
CH3 Si CH3 CH3
TMS
因为：① 它只有一种质子（12个质子都相同）
② 硅的电负性比碳小，它的质子受到较大的屏蔽， 比一般化合物大，所以它的共振吸收出现在高 场。这样在有机分子中加入少量的TMS，则 有机分子的质子信号都在TMS信号的左边出现。
r
h 2π
Ho
此时发生共振（自旋转向），产生共振信号。而有机
分子中的质子，由于屏蔽效应，必须在外加磁场强度
略大于Ho时才发生共振。 即屏蔽使吸收移向高场。去屏蔽使吸收移向低场。
低磁场
Ho
Ho'
有屏蔽 无屏蔽 高磁场
由于氢核在分子中的位置、环境不同，产生的抗磁诱导 磁场的强度也不同，使不同氢核共振所需的外加磁场强 度H也不同，在核磁谱图上就出现不同位置的共振吸收峰。
频率的辐射，同时在扫描线圈通入直流电使总磁场强
度稍有增加（扫场）。当磁场强度增加到一定值时：
hν =
r
h 2π
Ho
即辐射能等于两种不同取向自旋的能差，则发生共振 吸收。信号被接收、放大并被记录仪记录。 目前常用的仪器有60MHz、90MHz、100MHz、400MHz、 600MHz，兆赫数越大，分辨率越高。
化合物 电负性 δH/ppm
C-CH3 C：2.5 0.7~1.9
（2）各向异性效应
N-CH3 N：3.0 2.1~3.1
O-CH3 O：3.5 3.2~ 4.2
Why？
H0
CC
HC
CH
CC
H感
苯环的电子在外加磁场影响下，产生一 个环电流，同时生成一个感应磁场，感 应磁场方向在环内与外加磁场相反，在 环外与外加磁场同向。苯环上的质子在 环外，处于去屏蔽区，因此，苯环上的 质子出现在低场，化学位移δ值较大， 一般δ=7~8 ppm。
E辐 = hν= △E
hν =
r
h 2π
Ho
ν=
r 2π
Ho
辐射频率与外加磁场强度的关系
核磁共振的两种操作方式：
若固定磁场强度，可求出共振所需的辐射频率——固 定磁场扫频。
若固定辐射频率，可求出共振所需的磁场强度——固 定辐射频率扫场。
核磁共振仪（固定辐射频率扫场）：
将样品置于强磁场内，通过辐射频率发生器产生固定
二、屏蔽效应与化学位移
1、 屏蔽效应
独立质子和有机分子中的氢不同，在有机分子中，原子 以化学键相连，不可能单独存在，在原子的周围总有电 子运动。
在外磁场作用下这些电子可产生诱导电子流，从而产生 一个诱导磁场，该磁场方向和外加磁场方向恰好相反。
这样使氢核受到外加磁场的影响要比实际外加磁场强度小， 这种效应叫屏蔽效应。
2、化学位移
定义：由于氢质子在分子中的环境不同，屏蔽效应不同， 它们的共振吸收位置出现在不同磁场强度，用来表示这 种不同位置的量叫化学位移（Chemical shift）。
表示方法：通常用δ表示化学位移，δ是样品和标准物质的 共振频率之差除以采用仪器的频率ν。，由于数字太小，所 以乘以106，单位用ppm表示。
一、核磁共振基本原理
原子核由质子和中子组成．质子、中子与电子一样具有自 旋运动，因而核也产生磁矩．
并非所有原子核自旋都具有磁矩，实验证明只有那些原子 序数或质量数为奇数的原子自旋才具有磁矩．例如：１H，１３ C，１５N，１７O等. 其大小µ为：
µ= r h/2pI
核的磁旋比 核自旋量子数
1H核带一个正电荷，它可以像电子那样自旋而产生磁矩 （就像极小的磁铁）。
H
H
CC
H
H
Ho
双键上的质子处于去屏蔽区，因此，化 学位移δ值较大，一般δ=4.5~6.5 ppm。
c. 叁键
H C C H
氢处于屏蔽区，化学位移δ值一般 在2.5ppm左右。
Ho
例1：
H
δ（ppm） 7.3
H
H
CC
H
H
பைடு நூலகம்5.3
H3C CH3
0.9
例2：
δ=0.3 ppm
关于核磁共振和红 外
常 见 有 机 波 谱
第一节 核磁共振
核磁共振（nuclear magnetic resonance NMR）是由于原子核 的自旋运动引起的，是近几十年发展起来的最有力的测定化 合物结构的方法。是1946年由美国哈佛大学普舍尔 (E.M.Purcell)小组和斯坦大学的布洛赫（F.Bloch）小组同时 独立发现的，它的研究对象是原子核的磁矩在磁场中对电磁 波的吸收和发射．根据核磁共振峰的化学位移和自旋-自旋分 裂可以测定分子的静态结构、 研究化学交换等．
N
在外磁场Ho中，取向分为两种，一种与外磁场 平行，另一种与外磁场方向相反。自旋分裂
S
Ho
能 量 低
能 量 高
这两种不同取向的自旋具有不同的能量。与Ho同向的能 量低，与Ho反向的能量高，两种取向能量差△E可用下 式表示：
h为普郎克常数
△E=r
h 2π
Ho
r为磁旋比，对于特定原子核， r为一常数。