金属金属四重键课件.ppt

6.4 金属金属-金属四重键金属四重键9/19/20241金属金属四重键        在过渡金属配位化合物中，金属原子之间可以形成单键，双键，三重键和和四重键，四重键的形成必须有d轨道参加，所以它只能在过渡金属原子之间形成：今以K2（Re2Cl8）·2H2O晶体中的Re2Cl82-离子结构为例:6.4 金属金属-金属四重键金属四重键9/19/20242金属金属四重键9/19/20243金属金属四重键 最早发现金属－金属之间存在四重键的化合物是，最早发现金属－金属之间存在四重键的化合物是，金属金属Re晶体中晶体中Re-Re间距间距276pm，但离子中，但离子中Re-Re间距间距仅仅224 pm224 pm，每个，每个Re与四个与四个Cl形成的四边形配位，一般形成的四边形配位，一般情况下两组情况下两组ReCl4应交错排列，可获得较小的核排斥能，应交错排列，可获得较小的核排斥能，如如C2H6中两组中两组CH3是交错排列，而实验证明在中，两是交错排列，而实验证明在中，两组却是正重迭排列，这是由于组却是正重迭排列，这是由于Re-Re 间有多重键存在间有多重键存在       Re原子的电子组态为原子的电子组态为[Xe]5d56s2，，Re以以dsp2杂化轨杂化轨道与四个道与四个Cl-形成形成σ键外，还有四个键外，还有四个d轨道四个轨道四个d电子，电子，当两组当两组ReCl4沿沿z轴方向靠近时，两个轴方向靠近时，两个dz2轨道重叠形成轨道重叠形成σ键，键，dyz-dyz，，dxz-dxz相互重叠形成简并的相互重叠形成简并的π键，键，dzy-dzy形成形成δ键。

键 后来发现后来发现Cr2(OCR)4, Mo2(OCR)4等金属簇合物也存等金属簇合物也存在金属四重键，金属间三重键外，四个羧基与双金属在金属四重键，金属间三重键外，四个羧基与双金属还形成一个大还形成一个大δ键 9/19/20244金属金属四重键6.5 过渡金属原子簇化合物的结构和性质•结构上遵循18电子规则           具有多种键型：σ键、π键、δ键、多中心键、 过渡键型等           空间构型特殊，电子组态特殊 过渡金属原子簇化合物的结构和性质•定义 •金属原子间能直接成键的配位化合物•应用 •优良的催化剂           化学键理论的研究•特点 9/19/20245金属金属四重键 金属配合物是一个金属原子与几个配体形成金属配合物是一个金属原子与几个配体形成的化合物，二十世纪八十年代以来，合成出一类的化合物，二十世纪八十年代以来，合成出一类化合物化合物----由几个金属原子轨道相互重叠形成多面由几个金属原子轨道相互重叠形成多面体骨架结构，每个金属原子还带有配体，这样的体骨架结构，每个金属原子还带有配体，这样的化合物称金属原子簇化合物。

化合物称金属原子簇化合物 金属多面体骨架多取四面体、八面体如金属多面体骨架多取四面体、八面体如Co4(CO)12，也有蝶形、锥形、三棱柱等其它构型也有蝶形、锥形、三棱柱等其它构型现介绍电子计数法可用现介绍电子计数法可用1818电子规则来推测金属原电子规则来推测金属原子簇合物的骨架构型子簇合物的骨架构型 1. 1. 骨架多面体与金属键轨道骨架多面体与金属键轨道 根据拓扑学，根据拓扑学，n n个金属原子可形成封闭的几何个金属原子可形成封闭的几何图形与相应的金属轨道数如下：图形与相应的金属轨道数如下： 9/19/20246金属金属四重键4个个M:5个个M: 9/19/20247金属金属四重键6个个M: 9/19/20248金属金属四重键3、金属－金属键、金属－金属键: 按照原子簇的定义，在簇合物中，按照原子簇的定义，在簇合物中，金属原子之间是直接键合的即含金属原子之间是直接键合的即含M－－M金属键是簇金属键是簇合物的重要标志为了讨论方便，我们举几个双核配合物的重要标志为了讨论方便，我们举几个双核配合物的例子合物的例子过渡金属原子簇化合物的结构和性质1、定义、定义: 通常将含有金属通常将含有金属M—M键的化合物，称为原键的化合物，称为原子簇化子簇化 合物。

原子簇化合物是含有三个或三个以上互合物原子簇化合物是含有三个或三个以上互相键合或极大部分键合的金属原子的配合物相键合或极大部分键合的金属原子的配合物.----美国化学文摘索引美国化学文摘索引    原子簇为若干有限原子原子簇为若干有限原子(三个或三个以上三个或三个以上)直接键合直接键合组成多面体或缺顶多面体骨架为特征的分组成多面体或缺顶多面体骨架为特征的分子或离子子或离子(包括硼烷包括硼烷,碳硼烷碳硼烷)徐光宪广义原子簇定义徐光宪广义原子簇定义2、分类、分类: 按配体：羰基簇、卤素簇按配体：羰基簇、卤素簇 ……     按金属原子：三核簇、四核簇、五核簇按金属原子：三核簇、四核簇、五核簇 ……9/19/20249金属金属四重键        两个两个CO分别桥接两个钴原子，除此之外，分别桥接两个钴原子，除此之外，每个钴原子还和三个端羰基相连由于两个每个钴原子还和三个端羰基相连由于两个钴原子之间还形成钴原子之间还形成Co－－Co金属键，所以钴的金属键，所以钴的配位数也是配位数也是6显然，钴与钴是以显然，钴与钴是以d2sp3杂化轨杂化轨道不寻常的方式重迭，故道不寻常的方式重迭，故Co－－Co键呈弯曲形。

键呈弯曲形1））Mn2(CO)10（（2））Co2(CO)8       每个锰原子有五个空的每个锰原子有五个空的d2sp3杂化轨道，杂化轨道，可容纳来自五个羰基的孤对电子，含有成单可容纳来自五个羰基的孤对电子，含有成单电子的第六个轨道则与另一个锰原子的同样电子的第六个轨道则与另一个锰原子的同样的轨道重叠形成的轨道重叠形成Mn－－Mn键9/19/202410金属金属四重键       含金属－金属多重键的双核卤素簇中，最含金属－金属多重键的双核卤素簇中，最典型的实例是典型的实例是[Re2Cl8]2－－该离子具有两个重该离子具有两个重要特点：要特点：①①Re－－Re键特别短，约键特别短，约224pm，而在，而在金属铼中金属铼中Re－－Re键长为键长为271.4pm；；②②两组氯原两组氯原子为重叠型，这种排列使子为重叠型，这种排列使Re－－Cl键处于排斥最键处于排斥最大的位置，从能量上讲显然不利，但大的位置，从能量上讲显然不利，但Re－－Re键键的缩短使金属－金属键增强的缩短使金属－金属键增强Re的的dx2-y2轨道用轨道用来同来同Cl形成金属－配体形成金属－配体σ键，键，dx2-y2与与s、、px、、py轨道杂化，产生四条轨道杂化，产生四条dsp2杂化轨道，用来接受杂化轨道，用来接受四个四个Cl－配体的孤对电子，形成四条正常的－配体的孤对电子，形成四条正常的σ键。

键其余的其余的d轨道相互重叠形成轨道相互重叠形成Re－－Re金属键，分金属键，分别为一个别为一个σ键，两个键，两个π键，一个键，一个δ键 （（3）（）（Re2Cl8））2－－9/19/202411金属金属四重键     三核羰基簇中金属骨架常为三角形三核羰基簇中金属骨架常为三角形 四核羰基簇中金属骨架多为四面体四核羰基簇中金属骨架多为四面体 一些羰基原子簇结构图见一些羰基原子簇结构图见14－－1－－3－（－（2）多核羰基配合物）多核羰基配合物 4、过渡金属羰基簇化合物、过渡金属羰基簇化合物9/19/202412金属金属四重键（（1）可作为抗癌药物）可作为抗癌药物 （（2）可作为模拟生物固氮的模拟物）可作为模拟生物固氮的模拟物 （（3）作为无机固体新材料：）作为无机固体新材料：[Re2Cl8]2-在可见光区在可见光区δ→δ*跃迁跃迁,很很有希望利用它们光敏性来制造太阳有希望利用它们光敏性来制造太阳能电池 （（4）许多原子簇化合物可以作为活）许多原子簇化合物可以作为活性高性高,选择性好的新型催化剂选择性好的新型催化剂5、原子簇化合物应用、原子簇化合物应用9/19/202413金属金属四重键        式中g代表分子中与M n 有关的价电子总数，它包含三部分电子：1.组成M n簇合物中n个M原子的价电子数；2.配位体提供给n个M原子的电子数；3.若簇合物带有电荷，则包括所带电荷数。

6.5.1   18电子规则和金属-金属的键数b=1/2(18n-g) 每个过渡金属原子（M）参加成键的价层原子轨道有9个（5个d轨道，1个s轨道和3个p轨道），在分子中每个过渡金属原子可以容纳18个价电子以形成稳定的结构，此即18个电子规则        M n n 中n个金属原子之间互相成键，互相提供电子，M原子间成键的总数可以用键数（b）表示9/19/202414金属金属四重键 六个六个RhRh之间形成九个金属键，该金属簇合物的骨之间形成九个金属键，该金属簇合物的骨架结构为三棱柱架结构为三棱柱 现举现举Co4(CO)12为例说明：为例说明：g=4×9+12×2=60b=1/2(18b=1/2(18×4 －－60)=6)=6即四个即四个Co原子形成六个金属键轨道原子形成六个金属键轨道, ,几何构型应为四面体骨架几何构型应为四面体骨架又如：又如：[Rh6C(CO)15]2-g=6×9+15×2+4+2=90b=1/2(18b=1/2(18×6 －－90)=9)=9      价电子总数包括六个价电子总数包括六个Rh的价电子，的价电子，15个羧基提个羧基提供的电子，供的电子，Rh6骨架中骨架中C的四个价电子和簇合物带的的四个价电子和簇合物带的二价负电荷，总计为二价负电荷，总计为90个电子个电子 9/19/202415金属金属四重键             g=4×8+16×2=64             b=1/2(18×4－－64)=4[例例6.5.1]Ir4(CO)12g=4×9+12×2=60b=1/2(18×4－－60)=6[例例6.5.2]Re4(CO)162-g=4×7+16×2=62b=1/2(18×4－－62)=5[例例6.5.3]Os4(CO)169/19/202416金属金属四重键Ir4(CO)12          四面体四面体9/19/202417金属金属四重键Re4(CO)162-             菱形菱形9/19/202418金属金属四重键Os4(CO)16                 四方形四方形9/19/202419金属金属四重键        等等弧弧相相似似（（isolobal analogy））是是指指两两个个或或两两个个以以上上的的分分子子片片，，它它们们的的前前线线轨轨道道的的数数目目，，能能级级分分布布，，形状，对称性和所含电子数等均相似。

形状，对称性和所含电子数等均相似将将八八偶偶律律和和18电电子子规规律律结结合合起起来来，，可可用用以以计计算算一一个个由由n1个个过过渡渡金金属属原原子子和和n2个个主主族族元元素素原原子子组组成成的的簇簇和物骨干的键数（和物骨干的键数（b））6.5.2  等瓣相似等瓣相似，等同键数和等同结构，等同键数和等同结构b=1/2(18n1+8n2-g)      式式中中g是是指指主主族族元元素素也也包包括括过过渡渡金金属属元元素素的的簇簇和和物骨干的价电子数物骨干的价电子数      一一个个簇簇和和物物的的结结构构主主要要由由它它本本身身的的电电子子因因素素和和空空间几何因素所决定，还要受周围成键环境的影响间几何因素所决定，还要受周围成键环境的影响9/19/202420金属金属四重键     原子簇化合物具有优良的催化性能，这与它们的空间构型和电子组态有关 6.5.3 簇合物的催化性能簇合物的催化性能参见参见 P 206-2089/19/202421金属金属四重键（（1）可作为抗癌药物）可作为抗癌药物 （（2）可作为模拟生物固氮的模拟物）可作为模拟生物固氮的模拟物 （（3）作为无机固体新材料：）作为无机固体新材料：[Re2Cl8]2-在可见光区在可见光区δ→δ*跃迁跃迁,很很有希望利用它们光敏性来制造太阳有希望利用它们光敏性来制造太阳能电池。

能电池 （（4）许多原子簇化合物可以作为活）许多原子簇化合物可以作为活性高性高,选择性好的新型催化剂选择性好的新型催化剂6.5.4、原子簇化合物应用、原子簇化合物应用9/19/202422金属金属四重键     物质的磁性常用磁化率χ或磁矩μ表示，磁化率是在外磁场H中物质磁化强度M和磁场强度H的比值：                        6.6.物质的磁性和磁共振6.6.1物质的磁性及其在结构化学中的作用χ=M/H      χ是一个无量纲的量 磁矩μ是个矢量，常用小箭头（↑）表示，，它是从物质的微观结构磁性的一个物理量磁矩的单位为A·m2或J·T-19/19/202423金属金属四重键        在化学中常用摩尔磁化率在化学中常用摩尔磁化率χm表达物表达物质的磁性，它是磁化率质的磁性，它是磁化率χ乘以物质的相对乘以物质的相对分子质量而除以该物质的密度，单位为分子质量而除以该物质的密度，单位为m3·mol-1.摩尔磁化率可通过磁天平等摩尔磁化率可通过磁天平等实验测定实验测定9/19/202424金属金属四重键物质的磁矩物质的磁矩μ和化合物中具有的未成对电子数有关，它和顺磁磁化率χP的关系9/19/202425金属金属四重键μ0为真空磁导率，NA为Avogadro常数，k为Boltzmann常数。

顺磁磁化率χP为摩尔磁化率摩尔磁化率χm与抗与抗磁磁化率χd之之差，既：差，既：物质的磁矩物质的磁矩μ（有效磁矩（有效磁矩μeff ），磁矩），磁矩以玻尔磁子磁子βe为单位为单位9/19/202426金属金属四重键磁矩由磁矩由未成对电子贡献         系数系数2为为电子自旋因子，电子自旋因子，n n为为未成对电子数，电电子自旋量子数子自旋量子数S=n/2S=n/2，计算，计算化合物的化合物的磁矩，磁矩，未成对电子数，和金属离子的自旋态自旋态. .例如，实验测得例如，实验测得295K295K时时Mn(CH3COCHCOCH3)3的的χm1.348×10-7m -3·mol –1,抗抗磁磁化率χd为为-0.022 ×10-7m -3·mol –1      可判断在该可判断在该配合物中配合物中Mn3+处于高处于高自旋态自旋态, ,有有4 4个个未成对电子,磁矩为磁矩为:9/19/202427金属金属四重键6.6.2 顺磁共振 顺顺磁磁共共振振是是研研究究具具有有未未成成对对电电子子的的物物质质，，如如配配合合物物. .自自由由基基和和含含有有奇奇数数电电子子的的分分子子等等顺顺磁磁性性物物质质结结构构的的一一种种重重要要方方法法，，它它又又称称为为电电子子顺顺磁磁共共振振（（EPREPR））或或电电子自旋共振（子自旋共振（ESRESR）。

电子的自旋磁矩电子的自旋磁矩μμs s在磁场方向的分量在磁场方向的分量μμszsz为为 式中式中g为电子自旋因子，为电子自旋因子，m s为自旋磁量子数，取为自旋磁量子数，取值为值为±±1/2，，ββe为玻尔磁子为玻尔磁子 顺磁共振吸收频率顺磁共振吸收频率νν和磁感应强度和磁感应强度B的关系为：的关系为： 9/19/202428金属金属四重键 若顺磁共振仪选用若顺磁共振仪选用B B=0.34T=0.34T，对于，对于g=2g=2的物的物质，顺磁共振吸收频率为：质，顺磁共振吸收频率为：⑴⑴测定自由基的浓度测定自由基的浓度⑵⑵测定未成对电子所处的状态和环境测定未成对电子所处的状态和环境⑶⑶测定测定g g值，了解配合物的电子组态值，了解配合物的电子组态顺磁共振法应用顺磁共振法应用: :9/19/202429金属金属四重键       具有核磁性质的原子核具有核磁性质的原子核(或称磁性核或或称磁性核或自旋核自旋核)，在高强磁场的作用下，吸收射频，在高强磁场的作用下，吸收射频辐射，引起核自旋能级的跃迁所产生的波谱，辐射，引起核自旋能级的跃迁所产生的波谱，叫核磁共振波谱。

利用核磁共振波谱进行分叫核磁共振波谱利用核磁共振波谱进行分析的方法，叫做核磁共振波谱法从之可以析的方法，叫做核磁共振波谱法从之可以看出，产生核磁共振波谱的必要条件有三条：看出，产生核磁共振波谱的必要条件有三条： 6.6.3 核磁共振概概 述述1.什么是核磁共振波谱法什么是核磁共振波谱法9/19/202430金属金属四重键·原子核必须具有核磁性质，即必须是磁性原子核必须具有核磁性质，即必须是磁性核核 (或称自旋核或称自旋核)，有些原子核不具有核磁，有些原子核不具有核磁性质，它就不能产生核磁共振波谱这说明性质，它就不能产生核磁共振波谱这说明核磁共振的限制性；核磁共振的限制性；·需要有外加磁场，磁性核在外磁场作用下需要有外加磁场，磁性核在外磁场作用下发生核自旋能级的分裂，产生不同能量的核发生核自旋能级的分裂，产生不同能量的核自旋能级，才能吸收能级发生能级的跃迁自旋能级，才能吸收能级发生能级的跃迁·只有那些能量与核自旋能级能量差相同的只有那些能量与核自旋能级能量差相同的电磁辐射才能被共振吸收，即电磁辐射才能被共振吸收，即 ，这就是核，这就是核磁共振波谱的选择性由于核磁能级的能量磁共振波谱的选择性。

由于核磁能级的能量差很小，所以共振吸收的电磁辐射波长较长，差很小，所以共振吸收的电磁辐射波长较长，处于射频辐射光区处于射频辐射光区  9/19/202431金属金属四重键         早在早在1924年年Pauli就预言了核磁共振的基本原理就预言了核磁共振的基本原理;可见某些原子核具有自旋和磁矩的性质可见某些原子核具有自旋和磁矩的性质,它们在磁它们在磁场中可以发生能级的分裂场中可以发生能级的分裂.这个预言直到这个预言直到1946年才由年才由哈佛大学的哈佛大学的Purcell及斯坦福大学的及斯坦福大学的Bloch所领导的两所领导的两个实验室分别得到证实个实验室分别得到证实,他们在各自实验室中观察到他们在各自实验室中观察到核磁共振现象核磁共振现象,因此他们分享了因此他们分享了1952年的诺贝尔物理年的诺贝尔物理奖奖.1949年年,Kight第一次了现了化学环境对核磁共振第一次了现了化学环境对核磁共振信号的影响信号的影响,并发现了信号与化合物结构有一定的关并发现了信号与化合物结构有一定的关系系.而而1951年年Arnold等人也发现了乙醇分子由三组峰等人也发现了乙醇分子由三组峰组成的，共振吸收频率随不同基团而异组成的，共振吸收频率随不同基团而异.这些现象就这些现象就是后来称谓的化学位移是后来称谓的化学位移,揭开了核磁共振与化学结构揭开了核磁共振与化学结构的关系的关系.2.核磁共振波谱法的发展概况核磁共振波谱法的发展概况9/19/202432金属金属四重键        1953年出现了世界上第一台商品化的核磁共年出现了世界上第一台商品化的核磁共振波谱仪振波谱仪.1956年年,曾在曾在Block实验室工作的实验室工作的Varian制造出第一台高分辩率的仪器制造出第一台高分辩率的仪器,从此从此,核磁共振波核磁共振波谱法成了化学家研究化合物的有力工具谱法成了化学家研究化合物的有力工具,并逐步扩并逐步扩大其应用领域大其应用领域.七十年代以后七十年代以后,由于科学技术的发由于科学技术的发展展,科学仪器的精密化科学仪器的精密化,自动化自动化,核磁共振波谱法得核磁共振波谱法得到迅速发展到迅速发展,在许多领域中已得到广泛应用在许多领域中已得到广泛应用,特别特别是生物化学领域中的研究和应用发挥着巨大的作是生物化学领域中的研究和应用发挥着巨大的作用用.八十年代以来八十年代以来,又不断出现高精密又不断出现高精密,高灵敏仪器高灵敏仪器,如高强磁场的超导核磁共振波谱仪如高强磁场的超导核磁共振波谱仪,脉冲傅里叶变脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪换核磁共振波谱仪,核磁共振成像波谱仪在医学上核磁共振成像波谱仪在医学上也已得到广泛的应用。

也已得到广泛的应用 9/19/202433金属金属四重键 ·核磁共振波谱法是结构分析最强有力的手段之一核磁共振波谱法是结构分析最强有力的手段之一,因为它把有因为它把有机化合物最常见的组成元素氢机化合物最常见的组成元素氢(氢谱氢谱)或碳或碳(碳谱碳谱)等作为等作为“生色生色团团”来使用的来使用的,因此它可能确定几乎所有常见官能团的环境因此它可能确定几乎所有常见官能团的环境,有有的是其它光谱或分析法所不能判断的环境的是其它光谱或分析法所不能判断的环境,NMR法谱图的直观性法谱图的直观性强强,特别是碳谱能直接反映出分子的骨架特别是碳谱能直接反映出分子的骨架,谱图解释较为容易谱图解释较为容易 ·有多种原子核的共振波谱有多种原子核的共振波谱(除了常用的氢谱外除了常用的氢谱外,还有碳谱还有碳谱,氟氟谱，磷谱等谱，磷谱等),因此因此,扩大了应用范围扩大了应用范围,各种谱之间还可以互相印各种谱之间还可以互相印证·可以进行定量测定可以进行定量测定,因而也可以用于阻碍化学反应的进程因而也可以用于阻碍化学反应的进程,研研究反应机理究反应机理,还可以求得某些化学过程的动力和热力学的参数还可以求得某些化学过程的动力和热力学的参数。

·该法的缺点是：因有的灵敏度比较低该法的缺点是：因有的灵敏度比较低,但现代高级但现代高级,精密的仪精密的仪器可以使灵敏度极大的提高器可以使灵敏度极大的提高;实际上不能用于固体的测定实际上不能用于固体的测定,仪器仪器比较昂贵比较昂贵,工作环境要求比较苛刻，因而影响了基应用的普及工作环境要求比较苛刻，因而影响了基应用的普及性 3.核磁共振波谱法的特点核磁共振波谱法的特点9/19/202434金属金属四重键原子核的自旋和磁矩原子核的自旋和磁矩     上面已述，上面已述，1924年年Pauli预言，某些原子核具有自旋和磁矩预言，某些原子核具有自旋和磁矩的性质，尔后被证实了，证明了除了一些原子核中质子数和中的性质，尔后被证实了，证明了除了一些原子核中质子数和中子数均为偶数的核以外，其它核都具有自旋性质，即核绕着某子数均为偶数的核以外，其它核都具有自旋性质，即核绕着某一个轴自身作旋转运动一个轴自身作旋转运动,称为称为核的自旋运动核的自旋运动    原子核是质子和中子的组合体质子带有正电荷，核的自旋原子核是质子和中子的组合体质子带有正电荷，核的自旋引起电荷运动，它等价于一个环形导体中的电流，因而会产生引起电荷运动，它等价于一个环形导体中的电流，因而会产生磁场，有右手定则判断磁场的方向，如图磁场，有右手定则判断磁场的方向，如图16.1所示。

所示 因此自旋核是一个磁偶极子，具有核磁矩因此自旋核是一个磁偶极子，具有核磁矩       原子核中的质原子核中的质子、中子等都有质量，质量的自旋就产生角动量矩子、中子等都有质量，质量的自旋就产生角动量矩     ，，  、、 的的取向是平行的，基之间的关系为取向是平行的，基之间的关系为:       式中式中  γ为核的磁旋比，为核的磁旋比，γ是原子核的一种属性，一定核就具是原子核的一种属性，一定核就具有特定的有特定的γ值 9/19/202435金属金属四重键 如如: 1H的的                    /特特·秒，秒， 13C的的                    /特特·秒，等等秒，等等 角动量矩角动量矩    可表示为可表示为:             式中式中h为普朗克常数（为普朗克常数（6焦耳焦耳·秒），秒），I为核的自旋为核的自旋量子数，量子数，I是半整数的倍数，是半整数的倍数，0，，1/2 ，，1，， 3 / 2 ……量子力学理论及实验均证明，量子力学理论及实验均证明，I的取值与原子的质量的取值与原子的质量数及该元素在周期中的原子序数（也是核中的质子数）数及该元素在周期中的原子序数（也是核中的质子数）有关，某些元素有关，某些元素I的取值如表的取值如表16.1所示。

所示      9/19/202436金属金属四重键表16.1某些元素的I取值及I与质量数、原子序数的关系质子数原子序数中子数I取值例    举偶数偶数偶数0                                                                              偶数奇数偶数正整数                                                           奇数偶或奇偶数半整数                                                                                                                 9/19/202437金属金属四重键自旋核在外磁场中的自旋取向自旋核在外磁场中的自旋取向     若将自旋核置于外磁场中，由核的磁偶极子与外磁场的相若将自旋核置于外磁场中，由核的磁偶极子与外磁场的相互作用，核磁矩矢量方向互作用，核磁矩矢量方向(自旋轴方向自旋轴方向)就会有一定的取向，就会有一定的取向，核磁矩与外磁场方向有一定的夹角，亦就是，在外磁场核磁矩与外磁场方向有一定的夹角，亦就是，在外磁场H0  的的作用下，具有磁矩作用下，具有磁矩     的核子就具有一定的能量的核子就具有一定的能量E，其能量与其，其能量与其取向有角度有关。

取向有角度有关    根据经典的电磁理论，其能量为：根据经典的电磁理论，其能量为：       式中式中Q表示表示(即即    与与    的夹角的夹角)，，Q＝＝0时，时，   ，，   同向，能同向，能量最低，量最低， μ为核磁子单位，对于一定的核为核磁子单位，对于一定的核, μ数值一定数值一定 (如如1H      的的 μ为为2.793核磁子单位，核磁子单位，13C  的的μ为为0.702磁磁子单位磁磁子单位)，，β 为为常数，常数， 5.05×10-31  焦耳焦耳/高斯 在经典力学中在经典力学中Q是连续的，因是连续的，因此能量此能量E也是连续的也是连续的 9/19/202438金属金属四重键       量子力学的原理证明，在外磁中，核磁矩的取向不是任量子力学的原理证明，在外磁中，核磁矩的取向不是任意连续的，它只能有意连续的，它只能有(2I＋＋1)种取向，即自旋核在外磁场中分种取向，即自旋核在外磁场中分裂为裂为(2I＋＋1)个能级，这些能级称为塞曼能级，如个能级，这些能级称为塞曼能级，如:1H 、、13C  ，，I=1/2  ，则，则(2I＋＋1)＝＝2，表明，表明 1H在外磁场中分裂为在外磁场中分裂为2个能级。

个能级每个取向每个取向 13C用磁量子数用磁量子数m表示，所以表示，所以m有有(2I＋＋1)个数值，个数值，m的取值为的取值为I，，I－－1，，……－－I所以 1H ，，13C 的取值为的取值为 1/2和和 –1/2 能量能量E表示为表示为:  归纳之：归纳之：在外磁场在外磁场Ho的作用下，具有的作用下，具有     的核磁子的核磁子发生了能量的分裂，能级分裂的数目取决于核的自发生了能量的分裂，能级分裂的数目取决于核的自旋电子数旋电子数I，为，为(2I+1)，每个能级用磁量子数，每个能级用磁量子数m表表示，示，m的取值为的取值为I，，I－－1, …，－，－I每个能级的能量每个能级的能量为为                   对于 1H ，，    9/19/202439金属金属四重键9/19/202440金属金属四重键9/19/202441金属金属四重键9/19/202442金属金属四重键6.6.3 核磁共振 核核自自旋旋由由核核自自旋旋量量子子数数I I及及核核自自旋旋磁磁量量子子数数mI描述描述. . 核自旋角动量大小（核自旋角动量大小（MN）决定于）决定于I I的数值的数值 I I为整数或半整数：质量为偶数为整数或半整数：质量为偶数, ,质子数为奇数的质子数为奇数的核，核， I I=1=1，，2 2，，3 3，，4 4，，……；质量和质子数都为偶数的；质量和质子数都为偶数的核，核，I I=0=0；质量为奇数的核，；质量为奇数的核， I I为半整数为半整数. .核自旋角动核自旋角动量在量在z z轴上的分量轴上的分量MNz由由mI决定决定9/19/202443金属金属四重键核磁矩核磁矩μN和核自旋角动量和核自旋角动量MN的关系为的关系为式中式中m P是是核的质量，核的质量，g gN是是核的核的g g 因子因子9/19/202444金属金属四重键     将外磁场将外磁场B加在含有加在含有自旋自旋磁矩不为零的核的样品上，磁矩不为零的核的样品上，核磁矩核磁矩μN与与B互相作用，将产生核磁偶极能量互相作用，将产生核磁偶极能量E   式中核磁量子数式中核磁量子数mI可能取值为可能取值为-I-I，，……，，I I。

对质对质子子1 1H H，，I=1/2I=1/2，， mI可为可为-1/2-1/2和和1/21/29/19/202445金属金属四重键跃迁选律为：跃迁选律为：⊿⊿mI=±1，所以，所以ν为为若外磁场为若外磁场为1T，，则则1 1H H核的吸收频率为核的吸收频率为这个频率位于电磁波的射频部分这个频率位于电磁波的射频部分.9/19/202446金属金属四重键核磁共振波谱仪核磁共振波谱仪      按照仪器的工作方式，可使分辩率的核磁共振波按照仪器的工作方式，可使分辩率的核磁共振波谱仪分为两种类型：谱仪分为两种类型：连续波核磁共振减谱仪及脉冲槽里叶变换核磁共振连续波核磁共振减谱仪及脉冲槽里叶变换核磁共振谱仪谱仪 1. 连续波核磁共振波谱仪连续波核磁共振波谱仪  图图16.18为一连续波核磁共振波谱仪的结构方框示意为一连续波核磁共振波谱仪的结构方框示意 9/19/202447金属金属四重键9/19/202448金属金属四重键        连续波连续波NMR仪在进行频率扫描时，是单频仪在进行频率扫描时，是单频发射和单频接收的，扫描时间长，单位时间内发射和单频接收的，扫描时间长，单位时间内的信息量少，信号弱，虽然也可以进行扫描累的信息量少，信号弱，虽然也可以进行扫描累加，以提高灵敏度，但累加的次数有限，因此加，以提高灵敏度，但累加的次数有限，因此灵敏度仍不高。

灵敏度仍不高            PFT-NMR仪不是通过扫描频率仪不是通过扫描频率(或磁场或磁场)的的方法找到共振条件，而是采用在恒定的磁场中，方法找到共振条件，而是采用在恒定的磁场中，在所选定的频率范围内施加具有一定能量的脉在所选定的频率范围内施加具有一定能量的脉冲，使所选范围内的所有自旋核同时发生共振冲，使所选范围内的所有自旋核同时发生共振吸收而从低能态取向激发到高能态取向，这也吸收而从低能态取向激发到高能态取向，这也称为称为“多道发射多道发射”2. 脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪(PFT-NMR) 9/19/202449金属金属四重键        各种高能态核经过弛豫后又重新回到低能态，各种高能态核经过弛豫后又重新回到低能态，在这个过程中产生感应电流信号，称为自由感应衰在这个过程中产生感应电流信号，称为自由感应衰减信号减信号(FID)，它们可以由检测器所收集，因此也，它们可以由检测器所收集，因此也称为称为“多道接收多道接收”检测器检测到的检测器检测到的FID信号是一信号是一种时间域函数的波谱图，称为时域波种时间域函数的波谱图，称为时域波(或时筹谱或时筹谱)。

一种化合物有多种共振吸收频率时，时域谱是多种一种化合物有多种共振吸收频率时，时域谱是多种自由感应衰减信号的信号叠加，图谱十分复杂，不自由感应衰减信号的信号叠加，图谱十分复杂，不能直接观测能直接观测FID信号经计算机快速傅里叶变换后，信号经计算机快速傅里叶变换后，而得到常见的而得到常见的NMR谱，即频域谱谱，即频域谱(或称频筹谱或称频筹谱)          PFT-NMR仪获得的光谱背景噪声小，灵敏度仪获得的光谱背景噪声小，灵敏度及分辨率高，分析速度快，可用于动态过程、瞬时及分辨率高，分析速度快，可用于动态过程、瞬时过程及反应动力学方面的研究而且由于灵敏度高，过程及反应动力学方面的研究而且由于灵敏度高，所以所以PFT-NMR仪成为对仪成为对13C、、14N等弱共振信号的测等弱共振信号的测量是不可少的工具量是不可少的工具 9/19/202450金属金属四重键9/19/202451金属金属四重键       13C核的共振现象早在核的共振现象早在1957年就开始研究，但由年就开始研究，但由于于13C的天然丰度很低的天然丰度很低 (1.1％％)，且，且13C的磁旋比约为的磁旋比约为质子的质子的1/4，，13C的相对灵敏度，仅为质子的的相对灵敏度，仅为质子的1/5600，，所以早期研究得并不多。

直至所以早期研究得并不多直至1970年后，发展了年后，发展了PFI－－NMR应用技术，有关应用技术，有关13C研究才开始增加而且通研究才开始增加而且通过双照射技术的质子去偶作用过双照射技术的质子去偶作用(称为质子全去偶称为质子全去偶)，，大大提高了其灵敏度，使之逐步成为常规大大提高了其灵敏度，使之逐步成为常规NMR方法与质子与质子NMR相比，相比，13 C NMR在测定有机及生化分子在测定有机及生化分子结构中具有很大的优越性：结构中具有很大的优越性： 其它核磁共振的波谱简介其它核磁共振的波谱简介1. 13C的核磁共振波的核磁共振波(13C NMR )9/19/202452金属金属四重键 (ⅰ) 13C NMR提供的是分子骨架的信息，而不是外提供的是分子骨架的信息，而不是外围质子的信息；围质子的信息；   (ⅱ)  对大多数有机分子来说，对大多数有机分子来说，13C NMR谱的化学谱的化学位移范围达位移范围达200，与质子，与质子NMR的的≈10相比要宽的多，相比要宽的多，意味着自意味着自13C NMR中复杂化合物的峰重叠比质子中复杂化合物的峰重叠比质子NMR要小得多；要小得多； (ⅲ) 在一般样品中，由于在一般样品中，由于13C丰度很低，一般在一丰度很低，一般在一个分子中出现个分子中出现2个或个或2个以上的个以上的13C可能性很小，同可能性很小，同核偶合及自旋－自旋分裂会发生，但观测不出，加核偶合及自旋－自旋分裂会发生，但观测不出，加上上13C于相邻的于相邻的12C不会发生自旋偶合，有效地降低不会发生自旋偶合，有效地降低了图谱的复杂性；了图谱的复杂性；( ⅳ) 因为已经有有效地消除因为已经有有效地消除13C与质子之间偶合的与质子之间偶合的方法，经常可以得到只有单线组成的方法，经常可以得到只有单线组成的13C NMR谱，谱，如图如图16.21所示。

所示9/19/202453金属金属四重键9/19/202454金属金属四重键       与质子相比，与质子相比，13C NMR谱应用于结构分析的意谱应用于结构分析的意义更大13C NMR主要是依据化学移位来进行的，主要是依据化学移位来进行的，而自旋－自旋作用不大而自旋－自旋作用不大 图图16.22显示了许多主要显示了许多主要官能团中的官能团中的13C的化学位移值的化学位移值        13C在复杂化合物及固相样品分析中有重要作在复杂化合物及固相样品分析中有重要作用，近些年发展起来的二维用，近些年发展起来的二维13C NMR的应用 除除了了1H和和13C外，自然界中还存在外，自然界中还存在200多种同位素且有多种同位素且有不为零的磁距，其中包括不为零的磁距，其中包括13p、、15N、、14F、、2D、、11B、、23Na等等9/19/202455金属金属四重键9/19/202456金属金属四重键2. 31P的核磁共振波谱的核磁共振波谱(31P NMR)      31P的自旋的自旋 I=1/2 ,其其NMR化学位移值可达化学位移值可达700核磁矩为矩为1.1305，可计算出在，可计算出在 4.7T的磁场中的磁场中31P核共振率为核共振率为81.0 MHz。

31P NMR研究主要集中在生物化学领域中，研究主要集中在生物化学领域中，如通过观察三磷酸腺酐（如通过观察三磷酸腺酐（ATP）在不同）在不同Mg2＋＋存在下的存在下的31P NMR，可以有效的研究，可以有效的研究ATP与与Mg2＋＋的作用过程的作用过程3. 19F的核磁共振波谱的核磁共振波谱(19F NMR)      19F的的 I=1/2 ，磁旋比与质子相近，在，磁旋比与质子相近，在4.7T的磁场中，的磁场中，共振频率为共振频率为188MHz(质子为质子为200MHz)氟的化学位移氟的化学位移于其所处环境密切相关，可达于其所处环境密切相关，可达300，而且溶济效应也比，而且溶济效应也比质子质子NMR大得多相对来说大得多相对来说19F NMR研究得很少，但研究得很少，但在氟化学中应用必然会拓展这一领域的研究在氟化学中应用必然会拓展这一领域的研究 图图16.23为无机化合物为无机化合物PHF2的三种核的的三种核的NMR谱，从中可以看到谱，从中可以看到三种核明显的相互作用用现代的三种核明显的相互作用用现代的NMR仪器，可以在仪器，可以在同一磁场中获得这三种图谱同一磁场中获得这三种图谱 　　 9/19/202457金属金属四重键9/19/202458金属金属四重键化学位移的来源及表示法化学位移的来源及表示法 6.6.4 化学位移化学位移       前面已述，质子（前面已述，质子（1H）共振吸收条件是）共振吸收条件是                        ，在，在 1.409T磁场中，将吸收磁场中，将吸收60MHz的射粒辐射。

式子的射粒辐射式子表明，不管表明，不管1H处在何种分子或基团中，只要处在何种分子或基团中，只要H0一定，一定，υ也就一定，所以，就不能提供化合物结构的信息也就一定，所以，就不能提供化合物结构的信息而实际的核磁共振吸收中却不是如此，各种化合物中而实际的核磁共振吸收中却不是如此，各种化合物中不同的质子，所吸收的频率稍有不同，如图不同的质子，所吸收的频率稍有不同，如图16.6所示9/19/202459金属金属四重键9/19/202460金属金属四重键而乙醇分子中三个基团的而乙醇分子中三个基团的1H吸收相对位置如图吸收相对位置如图16.7所示（在底分辨率的仪器中测得的谱图）所示（在底分辨率的仪器中测得的谱图）9/19/202461金属金属四重键       说明在不同分子或同一分子的不同基团中，说明在不同分子或同一分子的不同基团中，氢核所处的化学环境不同，产生核磁共振所氢核所处的化学环境不同，产生核磁共振所吸收的频率也不一样吸收的频率也不一样这种由于核周围分子这种由于核周围分子环境不同引起共振吸收频率位移的现象，叫环境不同引起共振吸收频率位移的现象，叫做做化学位移化学位移        化学位移来源于核外电子云的磁屏蔽效应化学位移来源于核外电子云的磁屏蔽效应 原子核总是处在核外电子的包围中，电子的运原子核总是处在核外电子的包围中，电子的运动形成电子云。

若处于磁场的作用之下，核外动形成电子云若处于磁场的作用之下，核外电子会在垂直外磁场方向的平面上作环流运动，电子会在垂直外磁场方向的平面上作环流运动，从而产生一个与外磁场方向相反的感生磁场从而产生一个与外磁场方向相反的感生磁场 屏屏蔽效应9/19/202462金属金属四重键      在一个化合物中，由于在一个化合物中，由于1H核所处的化学环境不同，核所处的化学环境不同，感受的有效磁场感受的有效磁场Bi 与外磁场与外磁场B略有差异，这是因为略有差异，这是因为不同的化学环境电子的分布不同，电子的磁场对抗不同的化学环境电子的分布不同，电子的磁场对抗外磁场的程度略有不同外磁场的程度略有不同.核核i周围的电子对磁场的贡周围的电子对磁场的贡献是－献是－οiB，， οi称为核称为核i的屏蔽常数的屏蔽常数.这样这样,化合物中不同环境的化合物中不同环境的1H核核i感受的有效磁场感受的有效磁场Bi为为6.6.4 化学位移化学位移      核核i的化学环境改变使发生跃迁吸收的外场强度由的化学环境改变使发生跃迁吸收的外场强度由B变为变为 Bi，这种改变称为，这种改变称为化学位移化学位移.对扫场式仪器，对扫场式仪器，质子质子i的化学位移的化学位移δi定义为：定义为：9/19/202463金属金属四重键      式中式中B参参和和Bi  是使参比核和核是使参比核和核i产生产生NMR跃迁吸收跃迁吸收的外磁场的外磁场.常用的参比化合物为四甲基硅常用的参比化合物为四甲基硅[Si(CH3)4,TMS],式中乘以因子式中乘以因子106是为了使是为了使δ得到一个得到一个便于表达的数值便于表达的数值.对扫频式仪器，对扫频式仪器， δ可以表达为可以表达为 δ δ是无量纲的，因乘以是无量纲的，因乘以10106 6因子，所以单位为因子，所以单位为ppm.ppm.分子中不同化学环境的质子化学位移不同，通过化分子中不同化学环境的质子化学位移不同，通过化学位移和峰的强度可鉴别质子所属的基团，推测分学位移和峰的强度可鉴别质子所属的基团，推测分子的结构。

子的结构化学位移值受下列结构因素的影响：化学位移值受下列结构因素的影响： （（1 1）核外电子分布）核外电子分布 （（2 2）抗磁各向异性效应）抗磁各向异性效应 （（3 3）溶剂效应和氢键的影响）溶剂效应和氢键的影响9/19/202464金属金属四重键       为了提高化学位移数值的测量准确度和确立化学为了提高化学位移数值的测量准确度和确立化学位移数据的统一标度采用与标准物质相对照的百万位移数据的统一标度采用与标准物质相对照的百万分相对值分相对值(即即ppm)来标度从理论上说，标准物质应来标度从理论上说，标准物质应该是氢原子的完全裸核，但这是办不到的实际上是该是氢原子的完全裸核，但这是办不到的实际上是以一定的参考物质作为标准，以一定的参考物质作为标准，NMR中常用四甲基硅烷中常用四甲基硅烷[Si(CH3)4,TMS ] 作为标准，因为作为标准，因为TMS具有如下特点具有如下特点: ●TMS分子中的分子中的12个氢核处于完全相同的化学环境中，个氢核处于完全相同的化学环境中，它们的共振条件完全一致它们的共振条件完全一致,因此在因此在NMR谱中只有一个谱中只有一个●TMS分子中氢核周围的电子云密度很大，受到的屏分子中氢核周围的电子云密度很大，受到的屏蔽效应比大多数其它化合物中的氢核都大，一般其它蔽效应比大多数其它化合物中的氢核都大，一般其它化合物的化合物的1H峰都出现在峰都出现在TMS峰的左侧，便于谱图解析；峰的左侧，便于谱图解析；    ●TMS是化学惰性物质，易溶于大多数有机溶剂中，是化学惰性物质，易溶于大多数有机溶剂中，且沸点低，易用蒸馏法样品中除去。

且沸点低，易用蒸馏法样品中除去9/19/202465金属金属四重键9/19/202466金属金属四重键        如果化合物分子中含有某些具有电负性的原子式如果化合物分子中含有某些具有电负性的原子式基团，如卤素原子、硝基、氰基，由于其诱导（吸电基团，如卤素原子、硝基、氰基，由于其诱导（吸电子）作用，使与其连接或邻近的磁核周围电子云密度子）作用，使与其连接或邻近的磁核周围电子云密度降低，屏蔽效应减弱，降低，屏蔽效应减弱，δ变大，即共振信号移向低场变大，即共振信号移向低场或高频在没有其它影响因素的情况下，屏蔽效应随或高频在没有其它影响因素的情况下，屏蔽效应随电负性原子或基团电负性的增大及数量的增加而减弱，电负性原子或基团电负性的增大及数量的增加而减弱，δ随之相应增大而随电负性原子离共振磁核越远，随之相应增大而随电负性原子离共振磁核越远，诱导效应越弱，屏蔽效应相应减小，即诱导效应越弱，屏蔽效应相应减小，即δ相应增强相应增强影响化学位移的因素影响化学位移的因素          影响化学位移的因素影响化学位移的因素有诱导效应、共轭效应，有诱导效应、共轭效应，磁的各向异性效应，形成氢键的影响及溶剂效应等。

磁的各向异性效应，形成氢键的影响及溶剂效应等1. 诱导效应诱导效应9/19/202467金属金属四重键       共轭效应与诱导效应一样共轭效应与诱导效应一样,也会改变磁核周围的也会改变磁核周围的电子云密度电子云密度,使其化学位移发生变化如果有电负性使其化学位移发生变化如果有电负性的原子存在并以单键形式连接到双键上，由于发生的原子存在并以单键形式连接到双键上，由于发生了了p～～π  共轭，电子云自电负性原子向共轭，电子云自电负性原子向π键方向移动键方向移动（中介效应），使（中介效应），使π键上的相连的键上的相连的 1H 电子云的密度电子云的密度升高，因此升高，因此δ降低，共振吸收移向高场；如果有电负降低，共振吸收移向高场；如果有电负性的原子以不饱和键的形式连接，且产生性的原子以不饱和键的形式连接，且产生 π－－π共轭，则电子云将移向电负性的原子，使共轭，则电子云将移向电负性的原子，使 π键键上连接的上连接的 1H电子云密度降低，因此电子云密度降低，因此δ变大，共振吸变大，共振吸收移向高场如乙烯醚的收移向高场如乙烯醚的 β－－H的的δ比乙烯的比乙烯的      1H小，而小，而α、不饱和酮的、不饱和酮的β－－H 比乙烯比乙烯 1H 的的δ大。

大2. 共轭效应共轭效应9/19/202468金属金属四重键    在外磁场的作用下，核外的环电子流产生了次级在外磁场的作用下，核外的环电子流产生了次级感生磁场，由于磁力线的闭合性质，感生磁场在不感生磁场，由于磁力线的闭合性质，感生磁场在不同部位对外磁场的屏蔽作用不同，在一些区域中感同部位对外磁场的屏蔽作用不同，在一些区域中感生磁场与外磁场方向相反，起抗外磁场的屏蔽作用，生磁场与外磁场方向相反，起抗外磁场的屏蔽作用，这些区域为屏蔽区，处于此区的这些区域为屏蔽区，处于此区的 1H δ小，共振吸收小，共振吸收在高场（或低频）；而另一些区域中感生磁场与外在高场（或低频）；而另一些区域中感生磁场与外磁场的方向相同，起去屏蔽作用，这些区域为去屏磁场的方向相同，起去屏蔽作用，这些区域为去屏蔽区，外于此区的蔽区，外于此区的 1H δ变大，共振吸收在低场（高变大，共振吸收在低场（高频）这种作用称为磁的各向异性效应磁的各向频）这种作用称为磁的各向异性效应磁的各向异性效应只发生在具有异性效应只发生在具有π电子的基团，它是通过空间电子的基团，它是通过空间感应磁场起作用的，涉及地范围大，所以又称为远感应磁场起作用的，涉及地范围大，所以又称为远程屏蔽。

程屏蔽3. 磁的各向异性效应磁的各向异性效应9/19/202469金属金属四重键    化学位移是化合物分子结构的一种极为重要的化学位移是化合物分子结构的一种极为重要的信息，用于分子中各种含氢基团确认和鉴定，了信息，用于分子中各种含氢基团确认和鉴定，了解各基团的化学环境各种基团中的质子，在没解各基团的化学环境各种基团中的质子，在没有特别强烈的化学环境影响时，其化学位移都具有特别强烈的化学环境影响时，其化学位移都具有一定的特征性一些较常见基团中的有一定的特征性一些较常见基团中的 1H δ如下：如下：各基团质子的特征化学位移各基团质子的特征化学位移9/19/202470金属金属四重键质子化学位移质子化学位移                 0.8～1.5ppm                      1～2ppm                     3.5～5.5ppm                             2～3ppm                   9～10ppm                       9～13ppmR-OH1～6ppmAr-OH无缔合4～7ppm                    7ppm缔合为10～15一些较常见基团中的一些较常见基团中的 1H δ如下如下9/19/202471金属金属四重键9/19/202472金属金属四重键6.6.5 核的自旋核的自旋-自旋耦合作用自旋耦合作用        上述已述，乙醇分子在低分辨率仪上述已述，乙醇分子在低分辨率仪器上测得的器上测得的NMR谱有三个峰，图谱有三个峰，图16.7所所示，而如果在高分辨率的示，而如果在高分辨率的NMR仪上测量，仪上测量，可以观察到，可以观察到，         峰分裂为峰分裂为3重小峰，重小峰，                   峰分裂为峰分裂为4重小峰，如图重小峰，如图16.12所所示。

示9/19/202473金属金属四重键9/19/202474金属金属四重键9/19/202475金属金属四重键         这是由于氢核之间的相互作用所致这是由于氢核之间的相互作用所致 每一个质每一个质子都可以被视为一个磁偶极子，相当于一个小磁体，子都可以被视为一个磁偶极子，相当于一个小磁体，可以产生一个局部小磁场（自旋磁场）在外磁场可以产生一个局部小磁场（自旋磁场）在外磁场 中，氢核的自旋有两种取向中，氢核的自旋有两种取向 （（1/2，，-1/2），两种取），两种取向的机率相同，其分量与向的机率相同，其分量与 H0同向时加强了同向时加强了 H0 ，反，反向时削弱了向时削弱了 H0 加一方面处于相同化学环境的各氢加一方面处于相同化学环境的各氢核之间也存在各组取向的组合（同向或异向），产核之间也存在各组取向的组合（同向或异向），产生了组合的局部磁场，此局部磁场对生了组合的局部磁场，此局部磁场对 H0施加影响，施加影响，使邻近的氢核感到的磁场有微小的变化，因此吸收使邻近的氢核感到的磁场有微小的变化，因此吸收的频率也发生微小的变化而分裂以乙醇为例加以的频率也发生微小的变化而分裂以乙醇为例加以说明。

说明        乙醇分子以下图标示：乙醇分子以下图标示： 9/19/202476金属金属四重键        Ca上的三个质子上的三个质子Ha 、、Ha’、、Ha” 及及Cb上的两上的两个质子个质子Hb  、、Hb’是两组各自化学环境完全相同的是两组各自化学环境完全相同的质子先分析质子先分析Cb上的质子对上的质子对Ca上的质子的影响如上的质子的影响如图图16.13所示9/19/202477金属金属四重键        可见，由于可见，由于Cb是两个质子的偶合作图，使是两个质子的偶合作图，使Ca上上的质子共振吸收峰分裂为三重峰，中间分裂是两个等的质子共振吸收峰分裂为三重峰，中间分裂是两个等价磁场的叠加，其强度是两侧峰的价磁场的叠加，其强度是两侧峰的2倍，所以三重峰倍，所以三重峰的强度比为的强度比为1：：2：：1再分析Ca上的三个质子对上的三个质子对Cb上上两个质子的偶合作用，两个质子的偶合作用，Ca有有8种取向组合情况，其中种取向组合情况，其中有两种是各自单独的组合情况有两种是各自单独的组合情况(即即         和和         ),有两有两组各自包含着三种同等的组合情况组各自包含着三种同等的组合情况,即三个等价局部即三个等价局部磁场磁场(          ,          ,          和和         ,          ,         )，所，所以的质子共振峰被上的三个质子偶合产生以的质子共振峰被上的三个质子偶合产生4重分裂峰，重分裂峰，分裂峰的强度比为分裂峰的强度比为1：：3：：3：：1。

 自旋核之间的相互自旋核之间的相互作用，称为自旋－自旋偶合（作用，称为自旋－自旋偶合（Spin－－Spin－－Coupling））,简称自旋偶合；由于自旋偶合引起的共简称自旋偶合；由于自旋偶合引起的共振吸收峰增多的现象，称为自旋－自旋裂分（振吸收峰增多的现象，称为自旋－自旋裂分（Spin－－Spin－－Splitting），简称为自旋裂分），简称为自旋裂分. 9/19/202478金属金属四重键        NMR的主要参量是化学位移，它是指由于周围化学环境不同，核周围电子云的密度不同，对核的屏蔽作用不同；屏蔽作用强，核感受到的有效磁场强度小，使共振峰发生位移，这种改变叫化学位移通常选屏蔽作用强的四甲基硅(称TMS)作为参比物，所以化学位移是无量纲的值化学位移对各种基团具有一定特征性，是鉴定基团、确定分子结构的重要信息         NMR是化学中最重要的谱学技术根据峰的位置可鉴定是什么基团、根据峰的数目了解该核所处不同化学环境数目、峰的面积确定各类基团中核数目的比、根据自旋裂分可了解各种环境下核的相互作用9/19/202479金属金属四重键        当分子形成氢键时，氢键中质子的共振信当分子形成氢键时，氢键中质子的共振信号明显地移向低场，号明显地移向低场，δ变大。

一般认为是由于形变大一般认为是由于形成氢键时，质子周围的电子云密度降低，屏蔽成氢键时，质子周围的电子云密度降低，屏蔽效应削弱所致对于分子间形成的氢键，化学效应削弱所致对于分子间形成的氢键，化学位移的改变与溶剂的性质及浓度有关如在惰位移的改变与溶剂的性质及浓度有关如在惰性溶剂的稀溶液中，可以不考虑氢键的影响，性溶剂的稀溶液中，可以不考虑氢键的影响，这时的质子显示其固有的这时的质子显示其固有的δ值但随着浓度的增值但随着浓度的增加，溶质本身之间形成分子间氢键，使加，溶质本身之间形成分子间氢键，使δ变大，变大，如脂肪醇羟基的如脂肪醇羟基的 1Hδ随浓度增加从随浓度增加从1增至增至5；而；而分子内的氢键，其化学位移的变化与浓度无关，分子内的氢键，其化学位移的变化与浓度无关，只与其自身结构有关只与其自身结构有关 4. 形成氢键的影响形成氢键的影响9/19/202480金属金属四重键谢谢！谢谢！9/19/202481金属金属四重键。