核磁解谱机理.doc

第四节核磁共振谱(NMR)核磁共振氢谱和碳谱是在化学领域应用极为广泛和重要的一种物理分析方法。NobelPrize:------------傅立叶变换核磁共振确定分子的C-H骨架及所处化学环境;核磁共振技术是珀塞尔(Purcell)和布洛齐(Bloch)始创于1946年,现已成为测定有机化合物结构不可缺少的重要手段。从原则上说,凡是自旋量子数不等于零的原子核,都可发生核磁共振。但到目前为止,最有实用价值的实际上只有H1,叫氢谱,常用1HNMR表示;13C叫碳谱,MR表示。在基础有机化学中,我们仅讨论氢谱和简单的碳谱。一)核磁共振原理简介原子核存在自旋运动,可用自旋量子数I表征。质量数原子序数INMR信号电荷分布偶数偶数0无均匀偶数奇数1,2,3,…有不均匀奇数奇数或偶数1/23/2,5/2,…有有均匀不均匀NMR:I=1/2的核,如1H,13C,15N,19F,,当自旋时,可产生一个磁场,因此,我们可以把一个自旋的原子核看作一块小磁铁。,取向是紊乱的,在外磁场中,它的取向是量子化的,只有两种可能的取向。当ms=+1/2时,如果取向方向与外磁场方向平行,为低能级(低能态)。当ms=-1/2时,如果取向方向与外磁场方向相反,则为高能级(高能态)。两个能级之差为ΔE:r为旋核比,一个核常数,h为Planck常数,×10-。ΔE与磁场强度(Ho)成正比。给处于外磁场的质子辐射一定频率的电磁波,当辐射所提供的能量恰好等于质子两种取向的能量差(ΔE)时,质子就吸收电磁辐射的能量,从低能级跃迁至高能级,这种现象称为核磁共振。(1)核磁共振谱仪基本原理示意图如上图,装有样品的玻璃管放在磁场强度很大的电磁铁的两极之间,用恒定频率的无线电波照射通过样品。在扫描发生器的线圈中通直流电流,产生一个微小磁场,使总磁场强度逐渐增加,当磁场强度达到一定的值Ho时,样品中某一类型的质子发生能级跃迁,这时产生吸收,接受器就会收到信号,由记录器记录下来,得到核磁共振谱。:小大固定射频:低场高场固定磁场:(1H)用扫场的方法产生的核磁共振,理论上都在同一磁场强度(Ho)下吸收,只产生一个吸收信号。实际上,分子中各种不同环境下的氢,再不同Ho下发生核磁共振,给出不同的吸收信号。例如,对乙醇进行扫场则出现三种吸收信号,在谱图上就是三个吸收峰。如下图:这种由于氢原子在分子中的化学环境不同,因而在不同磁场强度下产生吸收峰,峰与峰之间的差距称为化学位移。——化学位移产生的原因有机物分子中不同类型质子的周围的电子云密度不一样,在加磁场作用下,引起电子环流,电子环流围绕质子产生一个感应磁场(H’),这个感应磁场使质子所感受到的磁场强度减弱了,即实际上作用于质子的磁场强度比Ho要小。这种由于电子产生的感应磁场对外加磁场的抵消作用称为屏蔽效应。