《核磁共振氢谱解析》.ppt

第三章 核磁共振氢谱
1. 核磁共振的基本原理
2. 核磁共振仪与实验方法
3. 氢的化学位移
4. 各类质子的化学位移
5. 自旋偶合和自旋裂分
6. 自旋系统及图谱分类
7. 核磁共振氢谱的解析
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前言
过去50年，波谱学已全然改变了化学家、生物学家和生物医学家的日常工作，波谱技术成为探究大自然中分子内部秘密的最可靠、最有效的手段。NMR是其中应用最广泛研究分子性质的最通用的技术：从分子的三维结构到分子动力学、化学平衡、化学反应性和超分子集体、有机化学的各个领域。
1945年 Purcell（哈佛大学） 和 Bloch（斯坦福大学）发现核磁共振现象，他们获得1952年Nobel物理奖
1951年 Arnold 发现乙醇的NMR信号，及与结构的关系
1953年 Varian公司试制了第一台NMR仪器
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NMR发展
近二十多年发展
高强超导磁场的NMR仪器，大大提高灵敏度和分辨率；
脉冲傅立叶变换NMR谱仪，使灵敏度小的原子核能被测定；
计算机技术的应用和多脉冲激发方法采用，产生二维谱，对判断化合物的空间结构起重大作用。
。
瑞士科学家库尔特·维特里希因“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”而获得2002年诺贝尔化学奖。
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1H-NMR
how many types of hydrogen ?
how many of each type ?
what types of hydrogen ?
how are they connected ?
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NMR谱的结构信息
化学位移 偶合常数 积分高度
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1. 核磁共振的基本原理
原子核的磁矩
自旋核在磁场中的取向和能级
核的回旋和核磁共振
核的自旋弛豫
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质量数与电荷数均为双数，如C12，O16，没有自旋现象。I=0
质量数为单数，如H1，C13，N15，F19，P31。I为半整数，1/2，3/2，5/2……
质量数为双数，但电荷数为单数，如H2，N14，I为整数，1，2……
I为自旋量子数
原子核的自旋、磁矩
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自旋角动量（PN），自旋量子数（I）
I=0，1/2，1，3/2……

磁矩（μN*），核磁矩单位（βN），核磁子；磁旋比（γN）
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自旋核在磁场中的取向和能级
 
具有磁矩的核在外磁场中的自旋取向是量子化的，可用磁量子数m来表示核自旋不同的空间取向，其数值可取：m =I,I-1,I-2, ……,-I ，共有2I +1个取向。
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I = n / 2 n = 0 , 1 , 2 , 3 ---- （取整数）
一些原子核有自旋现象，因而具有角动量，原子核是带电的粒子，在自旋的同时将产生磁矩，磁矩和角动量都是矢量，方向是平行的。
哪些原子核有自旋现象？ 实践证明自旋量子数I与原子核的质量数A和原子序数Z:
A Z I 自旋形状 NMR信号 原子核
偶数 偶数 0 无自旋现象 无 12C,16O, 32S, 28Si, 30Si
奇数 奇数或偶数 1/ 2 自旋球体 有 1H, 13C, 15N, 19F, 31P
奇数 奇数或偶数 3/2, 5/2,--- 自旋惰球体 有 11B,17O,33S,35Cl,79Br,127I
偶数 奇数 1, 2, 3, --- 自旋惰球体 有 2H, 10B, 14N
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