图谱解析 核磁共振图谱-氢谱VIP专享VIP免费

1SKLF第四章核磁共振图谱2SKLF第四章核磁共振图谱有机化学最重要的图谱解析方法NMR给出了关于所研究原子中不同磁性原子的数目信息。什么是什么是NMR?NMR?1H-NMR有几种氢原子？每种各有多少个?哪种类型的氢原子?他们是怎样连接的?3SKLF4.14.1磁旋状态磁旋状态磁旋特性:任何具有奇数个质子数、原子序数或两者都为奇数的原子具有量子化的自旋角动量和磁矩。较为常见的具有自旋特性的原子有：H21C136H11N147O178F19912C,16O,32S无此特征4SKLF自旋状态的数目:2I+1自旋量子数I对于每种原子核,I是物理常数;各原子核的自旋状态符合以下序列：+I,(I-1),…,(-I+1),-I元素1H2H12C13C14N16O17O19F31P35ClI1/2101/2105/21/21/23/2自旋状态2302306224表4.1一些常见原子核的自旋量子数5SKLF图图4.14.1在磁场中的磁性原子在磁场中的磁性原子在没有外加磁场时，原子核的所有磁旋状态能量是相等的（简并的）,在聚集的原子中，所有的自旋状态应当几乎等量的增加，每种磁旋状态的原子数目应该相同。6SKLF4.24.2原子核的磁矩原子核的磁矩在外加磁场中，磁旋状态是不相同，这是因为原子核是带电粒子，所有运动的电荷都能够产生自己的磁场。因此，原子有磁矩，μ,由自身电荷的旋转产生.μμ外加磁场的方向(Bo)自旋+1/2自旋–1/2顺磁逆磁图图.4.1.4.1质子的两种磁旋状态质子的两种磁旋状态7SKLF自旋状态+1/2具有较低的能量，因为其磁矩与磁场方向相同；自旋状态1/2具有较高的能量，因为其磁矩与磁场方向相反.图图4.24.2条形磁铁的顺磁和逆磁排列条形磁铁的顺磁和逆磁排列8SKLF因此，当有外加磁场存在时，简并的磁旋状态被分为能量不同的两种图图4.34.3有无外加磁场时质子自旋状态有无外加磁场时质子自旋状态-1/2和磁场方向相反+1/2和磁场方向相同无外加磁场有外加磁场EBo+1/2-1/2能量排列成线9SKLF图图4.4Cl4.4Cl原子的自旋原子的自旋..E-3/2-1/2+1/2+3/2+3/2-3/2-1/2+1/2无磁场有磁场能量Bo排列10SKLF-1/2+1/2+hv外加磁场的方向图图4.54.5质子质子NMRNMR的吸收过程的吸收过程4.34.3能量吸收能量吸收当顺磁的原子核被诱导吸收能量，改变本身的自旋核磁方向，这种现象称谓核磁共振现象。hvEEEstatestateabsorbed)(212111SKLF外加磁场强度越强，可能存在的磁旋状态之间的能量差越大)(0BfE-1/2+1/2E=kB0=hENERGYB0磁场强度的增加图图4.64.6自旋状态的能量差同外加磁场强度自旋状态的能量差同外加磁场强度BB00的函数关系的函数关系..12SKLF磁旋比,能级的分离也取决于原子的特性每种原子(H,Cl,…)对于角动量而言的磁矩的比例各不相同，因为他们各自的电荷数和质量数不同.,对于每种原子来说是一个常数，决定了由外加磁场产生的自旋状态的能量差。hvBhBfE00)2()(0)2(Bv13SKLF图4.2原子产生核磁共振的吸收频率和磁场强度同位素自然界的含量外加磁场,B0(Tesla)吸收频率,v(MHz)磁旋比γ(radians/Tesla)1H2H13C19F31P99.98%0.0156%1.108%100%100%1.001.412.354.707.051.001.001.412.354.707.051.001.0042.660.0100.0200.0300.06.510.715.125.050.075.040.017.2267.5341.167.28251.7108.314SKLF4.44.4核磁共振的吸收原理核磁共振的吸收原理由于地球重力磁场的影响，顶端沿着自己轴进动.当有外加磁场存在时，原子核开始沿着自身自旋的轴以角速度进动(拉莫尔频率).图图4.74.7自旋原子在自旋原子在(a)(a)在地球磁场中进动在地球磁场中进动(b)(b)在外加磁场中的进动在外加磁场中的进动..15SKLF图图4.84.8核磁共振的吸收过程核磁共振的吸收过程;;当当v==吸收发生,同外加磁场的强度成比例；外加磁场强度越大，进动的速率越大.•由于原子核带有电荷，原子核进动将产生同样频率的振荡电场。•如果有相同频率的射线照射进动质子，此时射线的能量将被吸收.＝60MHzBB0016SKLF当入射射线的振荡电场的频率同原子核进动产生的电场频率相同时，两个电场将会发生耦合，能量将会发生转移，从而引起自旋状态的改变。我们就说这种原子核入射的电磁射线发生了共振。噢，我明白了！共振17SKLF4.54.5原子核自旋状态的数量分布原子核自旋状态的数量分布低能态的自旋状态稍微多一些这...