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波谱解析——核磁共振氢谱 1 H NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SPECTRA, 1 H NMR 盛荣 主讲核的自旋现象，用自旋量子I表示，I值 与原子核的质量A和核电荷数（质子数或 原子序数Z）有关 质量 （A） 原子序数 （Z） I 奇 奇或偶 半整 数 I=1/2,3/2,5/2… 偶 奇 整数 I= 1, 2… 偶 偶 0 I=0核磁共振  磁矩µ的取向 I ≠ 0的自旋核，具有一定的角动量 ρ, (ρ = ), 核自旋产生磁矩 µ ( µ = γ · ρ) 自旋核的取向，即磁矩 µ的取向 无外磁场（B 0 ）时，磁矩 µ的取向是 任意的 π 2 h ) 1 ( + I I在外加磁场B 0 中 I ≠ 0的自旋核，磁矩µ的取向不是任意的， 而是量子化的，共有（2I + 1）种取向 可用磁量子数m表示：m = I，I-1，…-I+1，-I I = 1/2的自旋核，共有2种取向 （+1/2，-1/2） I = 1的自旋核，共有3种取向 （+1，0， -1）I = 1/2 I = 1 I = 2 m = − 1/2 m = +1/2 m = − 1 m = +1 m = 0 m = − 2 m = − 1 m = 0 m = +1 m = +2 z z z B 0RF B1 B0 µ ν1产生 1 HNMR条件 （1） I ≠ 0的自旋核 （2） 外加磁场B 0 （3） 与B 0 相互垂直的射频场B 1 ， 且 ν 1 = ν 0核磁共振仪 磁体：永久磁体、电磁体、超导磁体 射频场(Radio Frequency Transmitter) 连续波NMR： Continual Wave-NMR(CW-NMR) (探头probe, 匀场系统, 扫描系统Field-Sweep) (Frequency-Sweep， 记录系统)化学位移  电子屏蔽效应  核磁共振氢谱图示  化学位移 电子屏蔽效应 ν = ·B 0 π γ 2 感生磁场 电子环流 B0 原子核带正电原子核的核外电子在与外磁场 垂直的平面上绕核旋转的同时，会产生 与外磁场方向相反的感生磁场。

感生磁场的大小用 σ·B 0 表示σ为屏蔽常 数，与核外电子云的密 度有关核实际感受到的磁场强度（有效磁场B eff ） B eff = B 0 -σ·B 0 B eff = B 0 (1-σ) 核的共振频率为： ν = ·B 0 (1-σ) π γ 2核外电子云的密度高， σ值大，核的 共振吸收高场（或低频）位移 核外电子云的密度低， σ值小，核的共 振吸收低场（或高频）位移 例如 CH 3 -O CH 3 -Si (CH 3 ) 3 C(OH)CH 2 COCH 3化学位移 ν = ·B 0 (1-σ) π γ 2 不同化学环境中的氢核，受到的屏蔽或去屏 蔽作用不同，它们的共振吸收出现在不同磁 场强度下表示：δ/ppm低 场 向 左 磁 场 强 度 向 右 高 场 δ 减 小 δ 增大 核磁共振氢谱图示影响化学位移的因素  诱导效应  化学键的各向异性 共轭效应 浓度、温度、溶剂对 δ值的影响 溶剂对 δ值的影响电负性大的原子（或基团）与 1 H邻接时，其 吸电子作用使氢核周围电子云密度降低，屏蔽作 用减少，共振吸收在较低场，即质子的化学位移 向低场移动，δ值增大；相反，给电子基团则增加 了氢核周围的电子云密度，使屏蔽效应增加，共 振吸收在较高场，即质子的化学位移向高场移动， δ值减小。

 化学键的各向异性 因化学键的键型不同，导致与其相 连的氢核的化学位移不同 例如： CH 3 CH 3 CH 2 =CH 2 HC≡CH δ(ppm): 0.86 5.25 1.80 共轭效应 OR NO 2 COR δ 7.27 δ >7.27 δ <7.27 8.21 7.457.66 6.817.116.86 .. .. NH2Van der Waals效应 △δHa = 0.76ppm, △δHb = 1.15ppm Ha Hb Hc Ha Hb Hc δ δ δ δ δ δ a 4.68 b 2.40 c 1.10 a 3.92 b 3.55 c 0.88 OH HO各类质子的化学位移及经验计算11 10 9 8 7 6 5 4 δ ppm δ ppm 4 3 2 1 0 (CH3)4Si −COOH −CΗΟ H N H OH H CH2−Si CH3−C CH3−CO CH3−C=C CH3−Ar CH3−N CH3−OAr CH3−OR C=C−H自旋-自旋偶合 自旋核与自旋核之间的相互作用（干扰） 偶合的结果 造成谱线增多，称之裂分 偶合的程度 用偶合常数（J）表示，单位: Hz （n+1）规律 某组环境相同的氢核，与n个环境相 同的氢核（或I=1/2的核）偶合，则被裂 分为(n+1)条峰。

 （n+1）规律 某组环境相同的氢核，与n个环境相 同的氢核（或I=1/2的核）偶合，则被裂 分为(n+1)条峰裂分峰的相对强度比近似为 （a+b） n 展开式的系数比 1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 ...... n=0 2 3 4 5 1 singlet, s doublet, d triplet, t quintet quartet, q sixtet同碳质子间的偶合（ 2 J 或J 同 ） 同一碳原子上的化学环境不同的两个氢的偶合 Ha—C—Hb, 用 2 J 或J 同 表示,变化范围大. C=C CH 3 Br H a H b邻碳质子间的偶合 3 JH-C-C-H 两个相邻碳上的质子间的偶合Ha—C—C—Hb , 用 3 J 或J 邻 表示 C C Ha Hb Ha He He Ha Hb X Hc Ha X Ha Hb Jea Jee Jab Jaa Jae Jac, Jbc Jab = Jo环己烷: 2 J ae = 2 J aˊ e ˊ ~ 12Hz 3 J aaˊ （180 o ） 8~12Hz ， ~10 Hz 3 J aeˊ （60 o ） 或 3 J eaˊ 2~6Hz ， 3 J eeˊ 2~5Hz ~ 4 Hz Ha He He Ha Jea Jee Jaa Jae ˊ ˊ ˊ ˊ ˊ ˊ用于判断烯烃取代基的位置 烯 烃 Hc Ha Hb X Jab ~ 2Hz Jac 8 ~ 12Hz Jbc 12 ~ 18Hz J cis J trans J cis 1~2Hz 2~4Hz 5~7Hz 9~11Hz远程偶合 大于叁键的偶合称之远程偶合。

远程偶合( 4 J, 5 J)的 偶合常数一般较小，在0 ~ 2Hz 范围 芳环体系 苯的衍生物 J m = 4 J ~2Hz, J p = 5 J 0~1Hz 吡啶衍生物 J 2, 4 J 3,5 J 4, 6 = 4 J ~2Hz J 2. 5 J 3, 6 = 5 J 0~1Hz 呋喃，吡咯类衍生物 4 J = J 2, 4 = J 3, 5 1~2Hz N 2 3 4 5 6 X 2 3 4 5烯丙基体系 高丙烯体系 C C C X Ha Hb Hc Ha Hb CH 3 X Ha Hb CH 2 Y X X Ha CH 2 Y Hb Ha X CH 2 Y Hb。