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1、名师归纳总结 精品word资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备欢迎下载第 八 章核 磁 共 振 波 谱 法一 教 学 内 容1. 核 磁 共 振 波 谱 法 的 概 念2. 核 磁 共 振 波 谱 法 的 基 本 原 理 ( 原 子 核 的 自 旋 和 磁 距 、 核 磁 共 振 的产 生 及 相 关 表 达 式 和 意 义 、 饱 和 与 驰 誉 )3. 有 机 化 合 物 的 结 构 与 质 子 核 磁 共 振 波 谱 ( 化 学 位 移 、 自 旋 偶 合 与裂 分 、 一 级 图 谱 与 复 杂 图 谱 、 化 学 交 换 、 共 振 吸 收 强 度
2、 )4. 有 机 化 合 物 的 结 构 与 质 子 核 磁 共 振 波 谱5. 核 磁 共 振 波 谱 仪6. 核 磁 共 振 波 谱 法 的 基 本 应 用二 重 点 与 难 点1 核 磁 共 振 产 生 的 条 件 及 基 本 原 理 、 表 达 式 的 意 义2 影 响 化 学 位 移 地 各 种 因 素3 自 旋 偶 合 、 裂 分 的 机 理4 一 级 图 谱 的 裂 分 规 律 及 应 用5 图 谱 解 析 及 结 构 分 析三 教 学 要 求1 较 牢 固 掌 握 核 磁 共 振 产 生 的 条 件 及 基 本 原 理2 较 深 入 离 解 化 学 位 移 地 概 念 、 产
3、生 原 因 、 表 达 式 及 影 响 因 素3 掌 握 某 些 常 见 基 团 的 质 子 化 学 位 移4 一 般 了 解 复 杂 图 谱 的 概 念 、 自 旋 体 系 的 分 类 及 复 杂 图 谱 的 简 化四 学 时 安 排3学 时 第 1 页,共 9 页 - - - - - - - - -名师归纳总结 精品word资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备欢迎下载第 一 节核 磁 共 振 基 本 原 理 原 子 核 的 自 旋如 原 子 核 存 在 自 旋 , 产 生 核 磁 矩 :自 旋 角 动 量 :hI I1 2gI I1核 磁 矩 I : 自
4、 旋 量 子 数 ; h: 普 朗 克 常 数 ; 核 磁 子 b = eh / 2M c自 旋量 子 数( I )不 为 零 的 核 都 具 有 磁 矩 ,原 子 的 自 旋 情 况 可 以 用( I ) 表 征 :质 量 数原 子 序 数自 旋 量 子 数 I偶 数偶 数0偶 数奇 数1 , 2 , 3.奇 数奇 数 或 偶 数1/ 2 ; 3/ 2 ; 5 / 2讨 论 : 1 I= 0的 原 子 核O 1 6 ; C( 12 ); S( 22 ) 等, 无 自旋 , 没 有 磁 矩 , 不 产 生 共 振 吸 收 ;2 I= 1或I 0 的 原 子 核I= 1: 2 H , 14 NI
5、= 3/ 2 :11 B , 3 5 C l , 79 B r , 81 B rI= 5/ 2 : 17 O , 1 27 I 这 类 原 子 核 的 核 电 荷 分 布 可 看 作 一 个椭 圆 体 , 电 荷 分 布 不 均 匀 , 共 振 吸 收 复 杂 , 研 究 应 用 较 少 ;3 1/ 2 的 原 子 核1 H , 13 C , 19 F, 31 P原 子 核 可 看 作 核 电 荷 均 匀 分 布 的 球 体 , 并 象 陀 螺 一 样 自旋 , 有 磁 矩 产 生 , 是 核 磁 共 振 研 究 的 主 要 对 象 , C , H 也 是 有 机化 合 物 的 主 要 组 成
6、 元 素 ;二 、核 磁 共 振 现 象 自 旋 量 子 数I= 1 / 2 的 原 子 核 ( 氢 核 ), 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 第 2 页,共 9 页 - - - - - - - - -名师归纳总结 精品word资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备欢迎下载小 磁 铁 ;当 置 于 外 加 磁 场 H 0 中 时 ,相 对 于 外 磁 场 ,可 以 有( 2 I+ 1 ) 种 取 向 :氢 核 ( I= 1 / 2 ), 两 种 取 向 ( 两 个 能 级 ):
7、1 与 外 磁 场 平 行 , 能 量 低 , 磁 量 子 数 1/ 2 ; 2 与 外 磁 场 相 反 , 能 量 高 , 磁 量 子 数 1/ 2 ;两 种 取 向 不 完 全 与 外 磁 场 平 行 ,q 5 4 24 和12 5 3 6相 互作 用 ,产 生 进 动 拉 莫 进 动 进 动 频 率 n 0; 角 速 度w 0;w 0 = 2 p n 0=g H 0g磁 旋 比 ;H 0 外 磁 场 强 度 ;两 种 进 动 取 向 不 同 的 氢 核 之间 的 能 级 差 : D E =m H 0( m 磁 矩 )二 、核 磁 共 振 条 件 在 外 磁 场 中 , 原 子 核 能 级
8、 产 生 裂 分 , 由 低能 级 向 高 能 级 跃 迁 , 需 要 吸 收 能 量 ;能 级 量 子 化 ;射 频 振 荡 线 圈产 生 电 磁 波 ;对 于 氢 核 , 能 级 差 :DE =m H 0( m 磁 矩 )产 生 共 振 需 吸 收 的 能 量 : DE = m H 0 = hn 0由 拉 莫 进 动 方 程 : w 0 = 2 p n 0 = g H 0;共 振 条 件 :n 0 = g H 0 / 2p 共 振 条 件 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 n 0 / H 0 =g / 2
9、 p 讨 论 : 共 振 条 件 :n 0 =g H 0 / 2 p ( 1 ) 对 于 同 一 种 核 , 磁 旋 比 g 为 定 值 , H 0 变 , 射 频 频 率 n 变 ;( 2 ) 不 同 原 子 核 , 磁 旋 比 g 不 同 , 产 生 共 振 的 条 件 不 同 , 需 要 的 磁 场 强 度 H 0 和 射 频 频 率 n 不 同 ;( 3 ) 固 定 H 0 , 改 变 n( 扫 频 ) , 不 同 原 子 核 在 不 同 频 率 处 第 3 页,共 9 页 - - - - - - - - -名师归纳总结 精品word资料 - - - - - - - - - - - -
10、 - - -学习必备欢迎下载发 生 共 振 ( 图 ); 也 可 固 定n, 改 变H 0( 扫 场 ); 扫 场 方 式 应用 较 多 ;氢 核 ( 1 H ):1.4 09 T共 振 频 率60M Hz2. 30 5 T共 振 频 率10 0 M Hz磁 场 强 度 H 0 的 单 位 : 1 高 斯 ( GS ) = 1 0-4T ( 特 拉 斯 ) 讨 论 : 在 1 95 0 年 ,P r o ct o r 等 人 研 究 发 现 :质 子 的 共 振 频 率 与 其 结构 ( 化 学 环 境 ) 有 关 ; 在 高 分 辨 率 下 , 吸 收 峰 产 生 化 学 位 移 和 裂分
11、, 如 右 图 所 示 ;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 , 要 求 稳 定 性 好 , 均 匀 , 不 均 匀 性 小于 六 千 万 分 之 一 ;扫 场 线 圈 ;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 ; 60M Hz 或 1 00M Hz ;3 射 频 信 号 接 受 器 ( 检 测 器 ): 当 质 子 的 进 动 频
12、 率 与 辐 射 频 率相 匹 配 时 ,发 生 能 级 跃 迁 ,吸 收 能 量 ,在 感 应 线 圈 中 产 生 毫 伏 级信 号 ;4 样 品 管 :外 径 5m m 的 玻 璃 管 , 测 量 过 程 中 旋 转 , 磁 场 作 用 均 匀 ;第 二 节核 磁 共 振 与 化 学 位 移一 、 核 磁 共 振 与 化 学 位 移理 想 化 的 、裸 露 的 氢 核 ;满 足 共 振 条 件 :n 0= g H 0 / 2 p 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
13、产 生 相 对 于 外 磁 场 方 向 的 感 应 磁 场 ,起 到 屏蔽作用,使氢核实际受到的外磁场作用减小:H = ( 1 - s ) H 0s : 屏 蔽 常 数 ; s 越 大 , 屏 蔽 效 应 越 大 ; 第 4 页,共 9 页 - - - - - - - - -名师归纳总结 精品word资料 - - - - - - - - - - - - - - -学习必备欢迎下载n 0 = g / 2 p ( 1 - s ) H 0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
14、 响 ;化 学 位 移 :n 0 = g / 2 p ( 1 -s) H 0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 ; 在 有 机 化 合 物 中 , 各 种 氢核周 围 的 电 子 云 密 度 不 同( 结 构 中 不 同 位 置 )共 振 频 率 有 差 异 ,即 引 起 共 振 吸 收 峰 的 位 移 , 这 种 现 象 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 C H 3 4( TMS )( 内 标