文档介绍：核磁共振谱(NMR)
第20章有机化合物的波谱分析
NMR是指氢核磁共振谱(1H NMR,或PMR, proton ic resonance)
和碳核磁共振谱(13C NMR)。
通过1H NMR:可以得到有关未知分子中氢原子的类型、数目
及其所处的化学环境等线索;
通过13C NMR:则可以得到相关复杂分子(多用于甾类、多糖类)
中碳原子的骨架信息。
本章将重点介绍1H NMR。
NMR是唯一可以确定水溶液和膜状态下蛋白质分子三维结构的方法
核磁共振谱(NMR)
核磁共振的产生
1H-NMR的化学位移
1H-NMR的自旋偶合与自旋裂分
积分曲线与质子的数目
1H-NMR的谱图解析
第20章有机化合物的波谱分析
NMR是由磁性核受幅射而发生跃迁所形成的吸收光谱。研究最多、应用最广的是1H核的NMR,可用PMR或1H NMR表示, 其次是13C NMR。
核磁共振(Nuclear ic Resonance Spectroscopy)
(1) 原子核的自旋与核磁共振
1H核带一个正电荷,它可以像电子那样自旋而产生磁矩(就像极小的磁铁)。
在外加磁场(BO)中,质子自旋所产生的磁矩有两种取向:
与BO同向或反向,对应于两个自旋态。
核磁共振的产生
1H核自旋能级分裂与B0的强弱有关:
核磁共振的产生
此两种自旋态的能量差△E随着外磁场的强度增加而变大。
能量低的自旋磁场与外磁场同向平行(顺磁场)
能量高的自旋磁场与外磁场逆向平行(逆磁场)
根据量子化学,有:
γ——磁旋比;h ——普朗克常数;B0 ——外加磁场强度。
如果用一个处于射频范围的电磁波照射处于B0中的1H,当电磁波的频率ν射恰好满足
DE=hν——②
时,处于低能级态的1H就会吸收电磁波的能量,跃迁到高能级态,发生核磁共振。
核磁共振的产生
当处于外磁场(Bo)中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射(射),当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时,处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态,这种现象称为核磁共振。
发生核磁共振时,必须满足下式:
③式称为核磁共振基本关系式。
核磁共振的产生
因此,产生核磁共振的条件:
1、外磁场提供强B0,使其产生较大的自旋能级分裂;
2、电磁场发射一定范围的电磁波,使自旋核完成能级跃迁。
由上式可知,有两个变数:Bo和射。所以,从理论上来讲,无论改变外磁场的强度或改变电磁波的频率均可以达到上述的关系。
核磁共振仪示意图
因此,实现核磁共振的方式有两种:(1)保持外磁场强度不变,改变电磁波辐射频率——扫频。(2)保持电磁波辐射频率不变,改变外磁场强度——扫场。
由于第(2)种操作更为方便,目前最为常用。
测定方法:
装有试样液的试样管放到磁场强度很大的两块电磁铁中间,用射频振荡器高度稳定地发出固定频率的电磁波(ν不变),在扫描发生器中,通直流电流,可连续的调节外加磁场的强度进行扫描—扫场。当磁场强度达到一定值H10时试样中某一类型质子发生能量跃迁(共振),然后,射频接受器通过射频接受线圈,接受共振信号,信号经过放大在记录器上绘出核磁共振谱图。
扫描是由低场扫向高场,吸收峰越多,不同的氢越多(吸收峰的峰形与红外的相反)。
27格
17格
例如:乙醇的核磁共振谱
c. NMR给出的信息
NMR给出的信息:
√①化学位移:各种结构的1H、13C有不同的化学位移,对结构敏感。(有点像IR中的特征吸收)
√②磁性核附近的取代情况及空间排列:通过偶合常数J和自旋-自旋裂分来判断。(IR谱中没有)
核磁共振谱中的每一个峰都有归属!
√③峰面积(积分高度):
a.    用于结构分析:各种化学环境相同的核(1H)的个数;
b. 用于成分分析:由特征峰定量。
核磁共振的产生