吉林大学仪器分析-12-核磁共振波谱法

1、 第十二章 核磁共振波谱 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy NMR 一 原子核的自旋 若原子核存在自旋 产生核磁矩 自旋角动量 I 自旋量子数 h 普朗克常数 核磁子 eh 2M c 自旋量子数 I 不为零的核都具有磁矩 质量数 原子序数 自旋量子数I 偶数 偶数 0 无自旋 不产生共振吸收 偶数 奇数 1 2 3 共振吸收复杂 奇数 奇数或偶数 1 2 1H 13C 核磁共振研究的主要对象 奇数 奇数或偶数 3 2 5 2 共振吸收复杂 核 磁 矩 二 核磁共振现象 1H可当作电荷均匀分布的球体 绕自旋轴转动时 产生磁场 类 似一个小磁铁 当置于外加磁场H0中时 有 2I 1 种取向 1 与外磁场平行 磁量子数 1 2 2 与外磁场相反 1 2 两种取向不完全与外磁场平行 相互作用 产生进动 进动频率 0 角速度 0 0 2 0 H0 磁旋比 H0外磁场强度 进动取向不同的氢核之间的能级差 E H0 磁矩 1 核有自旋 磁性核 2 外磁场 能级裂分 3 照射频率与外磁场的比值 0 H0 2 三 核磁共振条件 讨论 质子的共振频率与结构 化

2、学环境 有关 高分辨率下 吸收峰产生化学位移和裂分 由有机化合物的核磁共振图 可获得质子所处化学环境的信息 进一步确定化合物结构 四 核磁共振波谱仪 1 永久磁铁 提供外磁场 2 射频振荡器 线圈垂直 于外磁场 发射一定频率的 电磁辐射信号 60 MHz或 100 MHz 3 射频信号接受器 检测 器 当质子的进动频率与辐 射频率相匹配时 发生能级 跃迁 吸收能量 产生信号 4 样品管 外径5 mm的玻 璃管 测量过程中旋转 五 核磁共振与化学位移 理想化的 裸露的氢核 满足共振条件 0 H0 2 产生单一的吸收峰 实际上 氢核受周围不断运动着的电 子影响 在外磁场作用下 运动着的电子产生相对于外磁场 方向的感应磁场 起到屏蔽作用 由于屏蔽作用的存在 氢核产生共振需要更大的外磁场强 度 相对于裸露的氢核 来抵消屏蔽影响 有机化合物中 各种氢核周 围的电子云密度不同 共振频率 有差异 引起共振吸收峰的位移 称为化学位移 化学位移的表示方法 1 位移的标准 没有完全裸露的氢核 没有绝对的标准 相对标准 四甲基硅烷 Si CH3 4 TMS 内标 位移常数 TMS 0 2 为什么用TMS作为基准 1 12个氢处于完全相同的化学环境 只产生一个尖峰 2 屏蔽强烈 位移最大 与有机化合物中的质子峰不重迭 3 化学惰性 易溶于有机溶剂 沸点低 易回收 常见结构单元化学位移范围 峰的裂分原因 自旋 自旋偶合 相邻两个氢核之间的自旋偶合 自旋干扰 六 峰的裂分 峰裂分数 n 1 规律 相邻碳原子上的质子数 峰裂分数 1 峰的数目 标志分子中磁不等性质子的种类 多少种 2 峰的强度 面积 每类质子的数目 相对 多少个 3 峰的位移 每类质子所处的化学环境 化合物中位置 4 峰的裂分数 相邻碳原子上质子数 不足之处 仅能确定质子 氢谱 七 谱图解析 6个质子处于完 全相同的化学 环境 单峰 例 C6H12O 1700cm 1 C O 醛 酮 3000 cm 1 C H 饱和烃 两种质子 1 3或3 9 CH3 C CH3 3 无裂分 无相邻质子

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