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1、第十四章第十四章 核磁共振波谱法核磁共振波谱法张艳玲张艳玲内蒙古大学化学化工学院内蒙古大学化学化工学院E-mail:第十四章第十四章核磁共振波谱法核磁共振波谱法NuclearMagneticResonanceSpectroscopyNuclearMagneticResonanceSpectroscopy, , NMR第一节第一节NMR简介简介第二节第二节NMR基本原理基本原理第三节第三节NMR仪器及组成仪器及组成第四节第四节化学位移和化学位移和NMR图谱图谱第五节第五节自旋偶合与自旋分裂自旋偶合与自旋分裂第六节第六节NMR谱图解析谱图解析2第一节第一节NMR简介简介1 1、一般认识、一般认识
2、NMRNMR是是研研究究处处于于磁磁场场中中的的原原子子核核对对射射频频辐辐射射(Radio-(Radio-frequency frequency Radiation) Radiation) 的的吸吸收收，它它是是对对各各种种有有机机和和无无机机物物的的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一。成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一。 在在强强磁磁场场中中，原原子子核核发发生生能能级级分分裂裂，当当吸吸收收外外来来电电磁磁辐辐射时，将发生核能级的跃迁射时，将发生核能级的跃迁-产生所谓产生所谓NMRNMR现象。现象。 射频辐射射频辐射原子核原子核( (强磁场下能级分裂强磁场下能级分裂)吸收
3、吸收能级跃迁能级跃迁NMRNMR 测测定定有有机机化化合合物物的的结结构构，1 1HNMRHNMR氢氢原原子子的的位位置置、环环境境以及官能团和以及官能团和C C骨架上的骨架上的H H原子相对数目。原子相对数目。 与与UV-VisUV-Vis和和红红外外光光谱谱法法类类似似，NMRNMR也也属属于于吸吸收收光光谱谱，只只是是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。32、发展历史、发展历史1924年年：Pauli 预言预言了了NMR 的基本理论，即，有些核同时具有自旋和磁的基本理论，即，有些核同时具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生
4、分裂；量子数，这些核在磁场中会发生分裂；1946年年：Harvard大学的大学的Purcel和和Stanford大学的大学的Bloch各自首次各自首次发现并证发现并证实实NMR现象，并于现象，并于1952年分享了年分享了Nobel奖；奖；1953年年：Varian开始商用仪器开始商用仪器开发开发，并于同年制作了第一台高分辨，并于同年制作了第一台高分辨NMR 仪；仪；1956年年：Knight发现元素所处的化学环境对发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影信号有影响，而这一影响与物质分子结构有关。响与物质分子结构有关。1970年：年：Fourier(pilsed)-NMR开始市场化（早
5、期多使用的是连续波开始市场化（早期多使用的是连续波NMR仪器）。仪器）。4一、原子核的自旋一、原子核的自旋u原原子子核核为为带带正正电电粒粒子子，当当它它的的质质量量数数和和原原子子序序数数有有一一个个是是奇奇数时，它就和电子一样有自旋运动，产生磁矩。数时，它就和电子一样有自旋运动，产生磁矩。u原原子子核核的的自自旋旋产产生生小小磁磁场场，以以核核磁磁矩矩表表征征，这这样样的的核核叫叫做做磁性原子核磁性原子核。类似电流线圈类似电流线圈产生磁场产生磁场右手定则右手定则5第二节第二节基本原理基本原理原子核自旋情况，用自旋量子数（原子核自旋情况，用自旋量子数（I）表征。）表征。I的取值由原子核的质子
6、数和种子数决定：的取值由原子核的质子数和种子数决定：4质子数和中子数都为偶数，质子数和中子数都为偶数，I=0（12C,16O，32S,28Si）-无自旋，无无自旋，无NMR4质子数和中子数一个为奇数，一个为偶数，质子数和中子数一个为奇数，一个为偶数，I为半整数，为半整数，I=1/2（1H，13C，19F，31P）-自旋情况简单，自旋情况简单，NMR主要研究对象主要研究对象I=3/2（11B，33S，35Cl，79Br，81Br）I=5/2（17O）4质子数和中子数都为奇数，质子数和中子数都为奇数，I为正整数，为正整数，I=1(2H，14N）4凡凡I1，I=1，2，3，,3/2,5/2,自旋情况
7、复杂，目前自旋情况复杂，目前NMR研究较少研究较少6二、原子核能级的分裂及其描述：二、原子核能级的分裂及其描述： 在无外加磁场时，核能级是简并的，各状态的能量相同。在无外加磁场时，核能级是简并的，各状态的能量相同。 有有外外加加磁磁场场（B B0 000）时时，原原子子核核自自旋旋运运动动受受限限，表表现现为为：自自旋旋取取向向受受限限（核核自自旋旋方方向向有有特特定定取取向向），相相对对外外加加磁磁场场方方向，只有向，只有2I+12I+1种取向。种取向。 对对氢氢核核来来说说，I=1/2I=1/2，只只能能有有2 2 1/2+1=21/2+1=2个个取取向向：+1/2+1/2和和- -1/2
8、1/2。也即表示。也即表示 H H 核在磁场中，自旋轴只有两种取向：核在磁场中，自旋轴只有两种取向： 与外加磁场方向相同，与外加磁场方向相同，m=+1/2m=+1/2，磁能级较低，磁能级较低 与外加磁场方向相反，与外加磁场方向相反，m=-1/2m=-1/2，磁能级较高，磁能级较高 7*B0m=1/2m=-1/2m=1m=- 1m=0m=2m=1m=0m=- 1m=- 2I=1/2I=1I=2zzzE2=+m Bm B0 0E=E2E1=2m Bm B0 0E1=m Bm B0 0 受限下的核运动受限下的核运动 原子核运动原子核运动= =自旋自旋+ +回旋回旋 （拉摩尔进动）（拉摩尔进动） 自旋
9、：绕自旋轴（感应磁场轴）旋转自旋：绕自旋轴（感应磁场轴）旋转 回旋：绕回旋轴（外加磁场轴）旋转回旋：绕回旋轴（外加磁场轴）旋转 进动频率进动频率= =表征不同原子核的进动情况表征不同原子核的进动情况9 当当外外来来射射频频辐辐射射能能量量（hvhv0 0）等等于于E E时时，则则原原子子核核吸吸收收电磁辐射能量，发生核能级的跃迁电磁辐射能量，发生核能级的跃迁-产生所谓产生所谓NMRNMR现象。现象。即，即，也也就就是是说说，当当外外来来射射频频辐辐射射的的频频率率满满足足上上式式时时就就会会引引起起能能级级跃迁并产生吸收。跃迁并产生吸收。 核磁共振条件核磁共振条件磁旋比磁旋比原子核特征常数原子
10、核特征常数外外加加磁磁场场强强度度- -单单位位为为特特斯斯拉拉(T)(T)10 总总之之，自自旋旋量量子子数数 I I O O的的原原子子核核在在磁磁场场中中都都将将发发生生分分裂裂，可可以以吸吸收收一一定定频频率率的的辐辐射射而而发发生生能能级跃迁，发生核磁共振。级跃迁，发生核磁共振。 核磁共振条件核磁共振条件11例例1 1：许许多多现现代代NMRNMR仪仪器器所所使使用用的的磁磁场场强强度度为为4.69T4.69T。请请问问在在此此磁磁场场中中，氢氢核核可可吸吸收收多多大大频频率的辐射？率的辐射？12第三节第三节 核磁共振波谱仪核磁共振波谱仪一、仪器组成：一、仪器组成：磁体：磁体：产生强
11、的静磁场。产生强的静磁场。射频源：射频源：用来激发核磁能级之间的跃迁。用来激发核磁能级之间的跃迁。探探头头：位位于于磁磁体体中中心心的的圆圆柱柱形形探探头头作作为为NMRNMR信信号号检检测测器器，是是NMRNMR谱仪的核心部件。样品管放置于探头内的检测线圈中。谱仪的核心部件。样品管放置于探头内的检测线圈中。接接收收机机：用用于于接接收收微微弱弱的的NMRNMR信信号号，并并放放大大变变成成直直流流的的电电信信号。号。匀匀场场线线圈圈：用用来来调调整整所所加加静静磁磁场场的的均均匀匀性性，提提高高谱谱仪仪的的分分辨辨率。率。计算机系统：用来控制谱仪，并进行数据显示和处理。计算机系统：用来控制谱
12、仪，并进行数据显示和处理。13141）磁体：）磁体：产生一个恒定的、均匀的磁场。磁场强度增加，产生一个恒定的、均匀的磁场。磁场强度增加，灵敏度增加。灵敏度增加。永永久久磁磁铁铁：提提供供0.7046T（30MHz）或或1.4092T（60MHz）的的场场强强。特特点点是是稳稳定定，耗耗电电少少，不不需需冷冷却却，但但对对室室温温的的变变化化敏敏感感，因因此此必必须须将将其其置置于于恒恒温温槽槽内内，恒恒温槽不能断电否则要将温度升到规定指标要温槽不能断电否则要将温度升到规定指标要23天！天！15电电磁磁铁铁：提提供供2.3T的的场场强强，由由软软磁磁铁铁外外绕绕上上激激磁磁线线圈圈做做成成，通通
13、电电产产生生磁磁场场。它它对对外外界界温温度度不不敏敏感感，达达到到稳稳定定状状态态快快，但但耗电量大，需要水冷，日常维护难。耗电量大，需要水冷，日常维护难。超超导导磁磁铁铁：提提供供10-17.5T的的场场强强，由由金金属属（如如Nb、Ta合合金金）丝丝在在低低温温下下（液液氮氮）的的超超导导特特性性而而形形成成的的，通通电电闭闭合合后后，电电流流可可循循环环不不止止，产产生生强强磁磁场场。特特点点是是场场强强大大、稳稳定定性性好好，但仪器价格昂贵，日常维护费用极高。但仪器价格昂贵，日常维护费用极高。16二、分类：二、分类：v按磁场来源：永久磁铁、电磁铁、超导磁铁按磁场来源：永久磁铁、电磁铁
14、、超导磁铁v按照射频率：按照射频率：60MHz、90MHz、200MHz.v按扫描方式：连续波按扫描方式：连续波NMR仪（仪（CW-NMR）和脉）和脉冲傅立叶变换冲傅立叶变换NMR仪（仪（PFT-NMR）17(一一)连续波核磁共振仪连续波核磁共振仪：CW-NMR连连续续波波(ContinuousWave,CW)是是指指射射频频的的频频率率或或外外磁磁场场的的强强度度是是连连续续变变化化的的,即即进进行行连连续续扫扫描描,一一直直到到被被观观察察的的核核依依次次被激发发生核磁共振。被激发发生核磁共振。实现核磁共振可采用两种方式：实现核磁共振可采用两种方式：固定磁场固定磁场B0，改变射频的频率产生
15、核磁共振，称为扫频法。，改变射频的频率产生核磁共振，称为扫频法。固固定定射射频频的的频频率率，改改变变磁磁场场B0产产生生核核磁磁共共振振，称称为为扫扫场场法法。（常用）（常用） 扫扫描描速速度度不不能能太太快快，通通常常全全扫扫描描时时间间为为200-300s。若若扫扫描描太快，共振来不及弛豫，信号将严重失真（畸变）。太快，共振来不及弛豫，信号将严重失真（畸变）。灵灵敏敏度度低低、所所需需样样品品量量大大（数数10mg，或或0.1-0.5mol/L）。对一些难以得到的样品，无法进行对一些难以得到的样品，无法进行NMR分析。分析。18（二）脉冲傅立叶变换核磁共振仪二）脉冲傅立叶变换核磁共振仪（
16、PulsedFourierTransformNMR，PFTNMR）v采用恒定的磁场，用一定频率的射频强脉冲辐照试样，激采用恒定的磁场，用一定频率的射频强脉冲辐照试样，激发全部欲观测的核，得到全部共振信号。对此信号作傅立发全部欲观测的核，得到全部共振信号。对此信号作傅立叶变换处理后，转换为常用的扫场波谱。叶变换处理后，转换为常用的扫场波谱。v灵敏度提高（灵敏度提高（100倍）；倍）；试样量：试样量：1mg甚至更低甚至更低v测量速度快，时间大大降低。测量速度快，时间大大降低。19三、样品处理方法：三、样品处理方法：1、对样品的要求、对样品的要求样样品品要要纯纯；样样品品量量不不能能太太小小，通通常
17、常为为1-3mg（低低灵灵敏敏度度NMR仪仪需需10-30mg）；固固体体样样品品要要用用合合适适溶溶剂剂溶溶解解；加加入入内内标，如标，如TMS（四甲基硅烷）（四甲基硅烷）2、对溶剂的要求、对溶剂的要求不不含含质质子子、沸沸点点低低、不不与与样样品品缔缔合合、溶溶解解度度好好，如如CCl4,CS2, CHCl3。为为防防干干扰扰，多多采采用用D代代试试剂剂，如如CHCl3-d1,(CH3)2CO-d6,H2O-d2(水溶性试剂）水溶性试剂）TMS只能在测定时加入，不要加入过早。只能在测定时加入，不要加入过早。思考：在思考：在 NMR NMR 测量时，要求将样品高速旋转，为什么？测量时，要求将
18、样品高速旋转，为什么？20第四节第四节化学位移和化学位移和NMR图谱图谱一、一、化学位移化学位移现象现象及产生原因及产生原因大多数有机物都含有氢原子大多数有机物都含有氢原子(1H核核)，从公式，从公式可可见见：在在B0一一定定的的磁磁场场中中，若若分分子子中中的的所所有有1H都都是是一一样样的的性性质质，即即 H都都相相等等，则则共共振振频频率率 0一一致致，这这时时只只将将出出现现一个吸收峰，这对一个吸收峰，这对NMR来说，将毫无意义。来说，将毫无意义。事事实实上上，质质子子的的共共振振频频率率不不仅仅与与B0有有关关，而而且且与与核核的的磁磁旋旋比比 有关，而磁旋比有关，而磁旋比 与质子在
19、化合物中所处的与质子在化合物中所处的化学环境化学环境有关。有关。换换句句话话说说，处处于于不不同同化化合合物物中中的的质质子子或或同同一一化化合合物物中中不不同同位位置置的的质质子子，其其共共振振吸吸收收频频率率会会稍稍有有不不同同，或或者者说说产产生生了了化化学学位位移移！通通过过测测量量或或比比较较质质子子的的化化学学位位移移了了解解分分子子结结构构这使这使NMR方法的存在有了意义。方法的存在有了意义。21化化学学位位移移：在在一一定定的的辐辐射射频频率率(或或外外加加磁磁场场强强度度条条件件)下下，处处于于不不同同化化学学环环境境的的有有机机化化合合物物中中的的质质子子，产产生生核核磁磁
20、共共振振的的磁磁场场强强度度(或或共共振振吸吸收收频频率率)不不同同的的现现象，称为化学位移。象，称为化学位移。低场低场高场高场600 HzB22高分辨（高分辨（60MHz 60MHz ）NMRNMR仪测定结果仪测定结果23化学位移产生原因化学位移产生原因原原因因：分分子子中中的的原原子子核核处处在在核核外外电电子子氛氛围围中中，电电子子在在外外加加磁磁场场B0的的的的作作用用下下产产生生次次级级磁磁场场，该该原原子子核核受受到到了了屏屏蔽蔽，结果：结果：原子核实受磁场原子核实受磁场外加磁场外加磁场B为核实际受到的磁为核实际受到的磁场，场， 由电子云密度由电子云密度决定的屏蔽常数，决定的屏蔽常
21、数，与与化学结构密切相关。化学结构密切相关。 24二、化学位移表示方法二、化学位移表示方法 由由于于不不同同核核化化学学位位移移相相差差不不大大，有有时时会会发发生生共共振振吸吸收收频频率率漂漂移移，因因此此，实实际际工工作作中中，化化学学位位移移不不能能直直接接精精确确测测定定，一般以相对值表示。一般以相对值表示。 具具体体做做法法：于于待待测测物物中中加加一一标标准准物物质质（如如TMSTMS），分分别别测测定定待待测测物物和和标标准准物物的的吸吸收收频频率率 x x 和和 s s，以以下下式式来来表表示示化化学位移学位移 ： 无无量量纲纲，对对于于给给定定的的质质子子峰峰，其其值值与与射
22、射频频辐辐射射无无关关。采用比值，消除仪器因素，采用比值，消除仪器因素， 具有可比性。具有可比性。25 在在NMRNMR中，通常以中，通常以四甲基硅烷四甲基硅烷(TMS)(TMS)作标准物，作标准物， 因为：因为：a)a)由由于于四四个个甲甲基基中中12 12 个个H H 核核所所处处的的化化学学环环境境完完全全相相同同，因此在核磁共振图上只出现一个尖锐的吸收峰；因此在核磁共振图上只出现一个尖锐的吸收峰；b) b) 屏屏蔽蔽常常数数 (sigma)(sigma)较较大大，因因而而其其吸吸收收峰峰远远离离待待研研究究的的峰峰的低场（高频）的低场（高频）区；区；c)TMSc)TMS化学惰性、溶于有
23、机物、易被挥发除去。化学惰性、溶于有机物、易被挥发除去。 26常见常见NMR NMR 谱图谱图 TMSTMS内标，溶剂内标，溶剂氘代溶剂氘代溶剂109876543210ppm化学位移化学位移屏蔽效应屏蔽效应高场高场低频低频低场低场高频高频27三、影响化学位移的因素三、影响化学位移的因素从从前前式式可可知知，凡凡是是影影响响屏屏蔽蔽常常数数 （电电子子云云密密度度）的的因因素素均均可可影影响响化化学学位位移移，即即影影响响NMR吸吸收峰的位置。收峰的位置。1、诱诱导导效效应应(Induction)：分分子子与与高高电电负负性性基基团团相相连连-分分子子电电子子云云密密度度下下降降(去去屏屏蔽蔽)
24、- 下下降降-产产生生共共振振所所需需磁磁场场强强度度小小-吸收峰吸收峰向向低场低场移动移动；化学位移增大化学位移增大。=3.5左右左右282、共共轭轭效效应应(Conjugated)：使使电电子子云云密密度度平平均均化化，可可使使吸吸收收峰峰向向高场或低场移动高场或低场移动；与与C2H4（乙烯）（乙烯）比：比：a）图图：氧氧孤孤对对电电子子与与C2H4双双键键形形成成p- 共共轭轭，CH2上质子电子云密度增加，移向高场。上质子电子云密度增加，移向高场。b）图图：羰羰基基双双键键与与C2H4 - 共共轭轭，CH2上上质质子子电电子子云密度降低，移向低场。云密度降低，移向低场。293 3、磁磁各
25、各向向异异性性效效应应：在在分分子子中中，质质子子与与某某一一官官能能团团的的空空间间关关系系，有有时时会会影影响响质质子子的的化化学学位位移移。这这种种效效应应称称为为磁磁各各向向异异性效应（性效应（magnetic anisotropymagnetic anisotropy）。）。u磁磁各各向向异异性性效效应应是是通通过过空空间间起起作作用用，而而前前述述诱诱导导效效应应和和共共轭效应是轭效应是通过化学键通过化学键起作用的。起作用的。u置置于于外外加加磁磁场场中中的的分分子子产产生生的的感感应应磁磁场场( (次次级级磁磁场场) )，使使分分子子所所在在空空间间出出现现屏屏蔽蔽区区和和去去屏
26、屏蔽蔽区区，导导致致不不同同区区域域内内的的质质子子移向高场和低场。移向高场和低场。3031u图图1 1：羰基：羰基 电子云分布于电子云分布于 键所在平面上下方，感应磁场将空间分成屏键所在平面上下方，感应磁场将空间分成屏蔽区（蔽区（+ +）和去屏蔽区（）和去屏蔽区（- -）u醛基质子醛基质子处于去屏蔽区，且受处于去屏蔽区，且受O电负性影响，电负性影响，故移向更低场故移向更低场（=910）u烯基质子烯基质子类似（类似（ =4.56.5)u乙烷乙烷:C2H6（ =0.85）图图2 2：乙乙炔炔C C2 2H H2 2 中中三三键键 电电子子云云分分布布围围绕绕C-CC-C键键呈呈对对称称圆圆筒筒状
27、状分布，质子处于屏蔽区，其共振信号位于高场（分布，质子处于屏蔽区，其共振信号位于高场（ =1.8=1.8）。）。3233图图3：苯苯环环上上的的6 6个个 电电子子产产生生较较强强的的诱诱导导磁磁场场，质质子子位位于于其其磁磁力力线线上上，与与外外磁场方向一致，处于去屏蔽区。磁场方向一致，处于去屏蔽区。苯分子与苯分子与C2H4的情况相同，即的情况相同，即苯的质子苯的质子移向低场（移向低场（ =78）。）。化学位移简表化学位移简表34第五节第五节 自旋偶合与自旋分裂自旋偶合与自旋分裂一、定义：一、定义： 现现象象：CHCH3 3CHCH2 2OHOH中中有有三三个个不不同同类类型型的的质质子子，
28、因因此此有有三三 个个不同位置的吸收峰。不同位置的吸收峰。 然然而而，在在高高分分辨辨 NMR NMR 中中，CHCH2 2和和CHCH3 3中中的的质质子子出出 现现了更多的峰，这表明它们发生了分裂。如图。了更多的峰，这表明它们发生了分裂。如图。35 原原因因：质质子子自自旋旋产产生生的的局局部部磁磁场场，可可通通过过成成键键的的价价电电子子传传递递给给相相邻邻碳碳原原子子上上的的氢氢，即即氢氢核核与与氢氢核核之之间间相相互互影影响响，使各氢核受到的磁场强度发生变化！使各氢核受到的磁场强度发生变化！ 或或者者说说，在在外外磁磁场场中中，由由于于质质子子有有两两种种不不同同的的自自旋旋取取向向
29、，因因此此，与与外外磁磁场场方方向向相相同同的的取取向向加加强强磁磁场场的的作作用用，反反之，则减弱磁场的作用。即谱线发生了之，则减弱磁场的作用。即谱线发生了“分裂分裂”。 这这种种相相邻邻的的质质子子之之间间相相互互干干扰扰的的现现象象称称之之为为自自旋旋- -自自旋旋偶合偶合。 该该种种偶偶合合使使原原有有的的谱谱线线发发生生分分裂裂的的现现象象称称之之为为自自旋旋- -自自旋分裂旋分裂。 3637 二二、偶偶合合作作用用的的种种类类 一一般般认认为为：自自旋旋- -自自旋旋偶偶合合作作用用通通过过化化学学键键传传递递 种种类类 H-H-C-H C-H H-C-C-H H-C-C-H H-
30、C-C-C-HH-C-C-C-H 同同碳碳偶偶合合 邻邻碳碳偶偶合合 远远程程偶偶合合 不不表表现现 常常见见 很很弱弱 偶偶合合常常数数（J J） 用用来来衡衡量量偶偶合合作作用用的的大大小小。简简单单理理解解：峰峰裂裂距距 影响因素：核间距、电子云密度，与影响因素：核间距、电子云密度，与B B0 0无关无关38三三、偶偶合合裂裂分分规规律律（1 1）峰峰分分裂裂数数：对对于于邻邻碳碳核核之之间间的的偶偶合合，n+1 n+1 规规律律；一一个个( (组组) )质子与相邻碳上的质子与相邻碳上的n n个质子偶合，将产生个质子偶合，将产生n+1n+1重峰。重峰。 如，如，CHCH3 3CHCH2
31、2I I（2+12+1；3+13+1）（2 2）分裂峰强度比：符合二项式）分裂峰强度比：符合二项式(a+b)(a+b)n n的展开式系数之比；的展开式系数之比； 1 1 1 11 1 1 2 1 1 2 1 1 3 3 1 1 3 3 11 4 6 4 1 1 4 6 4 1 39 1 1 1 11 1 1 2 1 1 2 1 1 3 3 1 1 3 3 11 4 6 4 1 1 4 6 4 1 峰的强度比峰的强度比vn = 0 单峰单峰 (s) vn = 1 二重峰二重峰 (d)vn = 2 三重峰三重峰 (t) vn = 3 四重峰四重峰 (q)vn = 4 五重峰五重峰 (p) 多重峰多
32、重峰 (m)40四、四、 峰面积峰面积 不同种类氢核数之比不同种类氢核数之比 = = 积分曲线高度之比积分曲线高度之比 = = 相对峰面积之比相对峰面积之比 峰面积与同类质子数成正比，峰面积与同类质子数成正比，仅能确定各类质子之间的仅能确定各类质子之间的相对比例。相对比例。峰面积由谱图上的积分线给出。峰面积由谱图上的积分线给出。化合物化合物 C C1010H H1212O O2 25 52 22 23 341第六节第六节 NMR谱图解析谱图解析 一、谱图中化合物的结构信息一、谱图中化合物的结构信息（1 1）峰的数目：标志分子中质子的种类，）峰的数目：标志分子中质子的种类，多少种多少种; ;（2
33、 2）峰峰的的位位移移( ( ) )：每每类类质质子子所所处处的的化化学学环环境境，化化合合物物中中位置位置; ;（3 3）峰的分裂数：）峰的分裂数：相邻碳原子上质子数相邻碳原子上质子数; ;（4 4）峰的强度）峰的强度( (面积面积) )：每类质子的数目：每类质子的数目( (相对相对) )，多少个多少个; ; 42二、谱图解析二、谱图解析1. 1. 谱图解析谱图解析 6 6个质子处于完全相同的化学环境，单峰。个质子处于完全相同的化学环境，单峰。 没有直接与吸电子基团（或元素）相连，在高场出现。没有直接与吸电子基团（或元素）相连，在高场出现。43谱图解析（谱图解析（ 2 2 ） 质质子子a a
34、与与质质子子b b所所处处的的化化学学环环境境不不同同，两个单峰。两个单峰。 质质子子b b直直接接与与吸吸电电子子元元素素相相连连，产产生生去去屏屏蔽蔽效效应应，峰峰在在低场（相对于质子低场（相对于质子a a ）出现。）出现。 质子质子a a也受其影响，峰也向低场位移。也受其影响，峰也向低场位移。44谱图解析（谱图解析（ 3 3 ）裂分与位移裂分与位移45谱图解析（谱图解析（4 4）苯环上的质子在低场出现。为什么？苯环上的质子在低场出现。为什么？为什么为什么1H1H比比6H6H的化学位移大？的化学位移大？46不不饱饱和和度度 =1+n=1+n4 4+(n+(n3 3-n-n1 1)/2)/2
35、=0 =0 饱饱 和和 化化 合合 物物 =1 =1 一一 个个 双双 键键 或或 一一 个个 脂脂 环环=2 =2 二个双键或二个脂环或一个叁键二个双键或二个脂环或一个叁键=4 =4 一个苯环一个苯环472 2、谱图解析与结构确定、谱图解析与结构确定48谱图解析与结构确定谱图解析与结构确定(1)(1)C C1010H H1212O O2 2 =1+10+(0-12)/2=5=1+10+(0-12)/2=53.03.0和和4.304.30三重峰和三重峰三重峰和三重峰 OCH2CH2OCH2CH2相互偶合峰相互偶合峰 2.1 2.1单峰三个氢，单峰三个氢，CH3CH3峰峰 结构中有氧原子，可能具
36、有：结构中有氧原子，可能具有： 7.3 7.3芳环上五个氢，单峰芳环上五个氢，单峰, , 烷基单取代烷基单取代正确结构：正确结构：49u某一化合物分子式为某一化合物分子式为C10H12O2，推断其结构。推断其结构。7.35H5.212H2.32H1.23H50谱图解析与结构确定谱图解析与结构确定(2)(2)51正确结构式是正确结构式是 1 1 谱图解析与结构确定谱图解析与结构确定(3)(3)v（1）化合物）化合物A（C9H10O），它在），它在IR光谱光谱1690cm-1处有处有一强的红外吸收峰，一强的红外吸收峰，A的的1HNMR谱如下：谱如下： :1.2 (3H, t); 3.0 (2H ,
37、 q); 7.7 (5H, m)（2）化合物）化合物B是是A的异构体，它在的异构体，它在1705cm-1处有一强的红处有一强的红外吸收峰，外吸收峰，B的的1HNMR谱如下：谱如下： : 2.0 (3H, s); 3.5 (2H , s); 7.1 (5H, m) 试推求试推求A、B的结构式。的结构式。52谱图解析与结构确定谱图解析与结构确定(4)(4)复习思考题复习思考题v1 1、简述核磁共振产生的条件。、简述核磁共振产生的条件。v2 2、简述核磁共振仪器的基本构成。、简述核磁共振仪器的基本构成。v3 3、什么是屏蔽常数？影响屏蔽常数的因素有哪些？、什么是屏蔽常数？影响屏蔽常数的因素有哪些？v4 4、简述化学位移是如何定义的？、简述化学位移是如何定义的？v5 5、简述利用核磁共振谱图能够得到哪些信息？、简述利用核磁共振谱图能够得到哪些信息？
