第13讲核磁共振波谱法课件.ppt

1、YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程主讲：石文兵主讲：石文兵第十三章第十三章 核磁共振波谱法核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，NMR Spectroscopy）化学化工学院化学化工学院YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程 核磁共振波谱法简称核磁共振（核磁共振波谱法简称核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance），），它是基于某些磁性它是基于某些磁性原子核在很强外磁场的作用下，可以分裂成原子核在很强外

2、磁场的作用下，可以分裂成两个或两个以上量子化的能级，如果此时用两个或两个以上量子化的能级，如果此时用一个其能量恰好等于裂化后相邻两能级之差一个其能量恰好等于裂化后相邻两能级之差的电磁波照射，则该核就可吸收能量，发生的电磁波照射，则该核就可吸收能量，发生能级跃迁，同时产生核磁共振信号，得到核能级跃迁，同时产生核磁共振信号，得到核磁共振波谱磁共振波谱。所吸收的能量的数量级相当于。所吸收的能量的数量级相当于频率为频率为0.1到到100MHz的电磁波，属于射频区。的电磁波，属于射频区。是研究和测定是研究和测定分子结构分子结构的强有力工具。的强有力工具。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY

3、重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程第一节第一节 核磁共振基本原理核磁共振基本原理 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程)1(2IIhP（13-2）)1(2IIh（13-3）YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程2hmPz（13-4）2hmz（13-5）YANGTZE NORMAL UNI

4、VERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程0BEz（13-6）YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程000122)(BBBEEE（13-6）YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程hB02（13-8）20B（13-9）YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程 上述两式称为核磁共振的条件式上述两式称为核磁共振的条件式。例如，在

5、外加磁场例如，在外加磁场B0=4.69T的超导磁体的超导磁体中，中，1H和和13C的共振频率如下：的共振频率如下：1H的共振频率：的共振频率：ZHMHsTsTB15.200100015.214.3269.41068.22181180YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程13C的共振频率：的共振频率：ZCMHsTsTB026.5010026.514.3269.41073.62171170YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程99999.03001038.114.32409.110868

6、.21063.6exp2expexpexp12311340)2/1()2/1(KKJTsTsJkTBhkThvkTENNYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程2)1()

7、1(200BvhB（13-12）（13-11）（13-10）YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程)1(2)1(200vBhvB（13-14）（13-13）YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZ

8、E NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程 化学位移是磁性核所处化学环境的表征，化学位移是磁性核所处化学环境的表征，但是在核磁共振谱中化学位移等同的核，其但是在核磁共振谱中化学位移等同的核，其共振峰并不总表现为一个单峰。例如我们教共振峰并不总表现为一个单峰。例如我们教材图材图13-5为碘乙烷的核磁共振谱图，可以看为碘乙烷的核磁共振谱图，可以看到，到，=1.62.0处的处的-CH3峰有一个三重精细结峰有一个三重精细结构；在构；在=3.03.4处的处的-CH2峰有一个四重精细峰有一个四重精细结构；在结构；在=7.27.4处小峰是溶剂氘代氯仿处小峰是溶剂氘代氯

9、仿CDCl3的残留氢核峰。的残留氢核峰。氢核吸收峰的裂分是因为分子中相邻氢氢核吸收峰的裂分是因为分子中相邻氢核之间发生了核之间发生了自旋相互作用自旋相互作用，自旋核与自旋，自旋核与自旋核的相互作用称为核的相互作用称为自旋自旋-自旋偶合自旋偶合。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程-YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程

10、重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程40.155.61440.152.41440.153.414YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSIT

11、Y重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程 NMR仪器的基本结构如图仪器的基本结构如图13-7所示，它是所示，它是由由磁铁、探头、射频发生器、射频接受器、扫磁铁、探头、射频发生器、射频接受器、扫描发生器、信号放大器及记录仪描发生器、信号放大器及记录仪组成组成。磁铁磁铁：产生稳定的磁场；：产生稳定的磁场；探头探头：盛放样品；：盛放样品；射频发生器射频发生器：产生一定频率的射频辐射；：产生一定频率的射频辐射；射频接受器射频接受器：探测核磁共振时的吸收信号；：探测核磁共振时的吸收信号；扫描发生器扫描发生器：叠加一个小的扫描磁场：叠加一个小的扫描磁场B0YANGTZE NORMAL UNIVERS

12、ITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程二、脉冲傅立叶变换核磁共振仪（简要了解）二、脉冲傅立叶变换核磁共振仪（简要了解）第四节第四节 核磁共振波谱法的应用核磁共振波谱法的应用YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVE

13、RSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程解析实例解析实例 例例1：C3H7Cl的的NMR。CH3CH2CH2ClabcYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程例例2：下列谱图是否：下列谱图是否 的的NMR？所以，该图是所以，该图是2,3,4-三氯苯甲醚的三氯苯甲醚的NMR。3.9(单峰单峰)-OCH3 6.77.3 苯环氢苯环氢OCH3ClClCl苯氢苯氢与氧原子相与氧原子相连的甲基氢连的甲基氢YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程例例3：下图与：下图与A、B、C哪个化合

14、物的结构符合？哪个化合物的结构符合？Cl2CHCH(OCH2CH3)2ClCH2C(OCH2CH3)2ClCH3CH2OCH-CHOCH2CH3Cl ClABCCl2CHCH(OCH2CH3)2abcd(B)YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程例例4：芳香酮：芳香酮C8H7ClO的的NMR谱。谱。CClCH3O(连在羰基上连在羰基上)YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程例例5：指出：指出C6H5CH2CH2OCOCH3的的NMR谱图中各峰的归属。谱图中各峰的归属。CH2CH2OC

15、CH3Oabcd(苯氢苯氢)(与氧原子相连与氧原子相连的亚甲基氢的亚甲基氢)(与羰基相连与羰基相连的甲基氢的甲基氢)YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程4.从从13C-NMR谱中还可以直接观测不带氢的谱中还可以直接观测不带氢的含碳官能团的信息，如（含碳官能团的信息，如（C=O）、氰基（）、氰基（-C=N）和季碳原子。）和季碳原子。二、二、13C核磁共振波谱参数核磁共振波谱参数（一）化学位移（一）化学位移 在在13C-NMR中，有机化合物分子中不

16、同中，有机化合物分子中不同的的13C核对应不同的化学位移范围，因此，核对应不同的化学位移范围，因此，值是结构鉴定的主要依据。值是结构鉴定的主要依据。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程13C-NMR的化学位移的化学位移 内标：内标：TMS。以其中的。以其中的13C核的化学位移为标准。核的化学位移为标准。变化范围：变化范围：0250ppm。各种常见的各种常见的13C核的化学位移如下：核的化学位移如下：050100150200220150-220100-15050-800-60烷烃类饱和碳原子苯环碳氰基碳COCO/ppmC酮 类醛类酸类酯与

17、酰胺 类188-228ppm185-208ppm165-182ppm155-180ppm双键碳YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程 而一些吸电子基团如而一些吸电子基团如-NO2、-C=N等与苯环等与苯环相连时，邻、对位碳受到去屏蔽效应，共振峰相连时，邻、对位碳受到去屏蔽效应，共振峰向低场区移动，即向低场区移动，即5.介质影响介质影响 溶剂对溶剂对13C

18、核化学位移也发生影响。核化学位移也发生影响。YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程13C-NMR的谱图的谱图 下图是下图是2,2,4-三甲基三甲基-1,3-戊二醇的戊二醇的13C 的宽带去偶谱：的宽带去偶谱：YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程YANGTZE NORMAL UNIVERSITY重庆市精品课程建设课程重庆市精品课程建设课程