活泼氢的化学位移值课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《活泼氢的化学位移值课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 活泼 化学 位移 课件
- 资源描述:
-
1、第三章第三章 核磁共振氢谱核磁共振氢谱 1.核磁共振的基本原理核磁共振的基本原理 2.核磁共振仪与实验方法核磁共振仪与实验方法3.氢的化学位移氢的化学位移4.各类质子的化学位移各类质子的化学位移5.自旋偶合和自旋裂分自旋偶合和自旋裂分6.自旋系统及图谱分类自旋系统及图谱分类7.核磁共振氢谱的解析核磁共振氢谱的解析前言前言 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
2、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 NMR发展近二十多年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。英国英国R.R.ErnstR.R.Ernst教授因对二维谱的贡献而获得教授因对二维谱的贡献而获得19911991年的年的NobelNobel奖。奖。
3、瑞士科学家库尔特瑞士科学家库尔特维特里希因维特里希因“发明了利用核磁共振技术测定溶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液中生物大分子三维结构的方法”而获得而获得2002年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。1H-NMR o how many types of hydrogen?o how many of each type?o what types of hydrogen?o how are they connected?NMR谱的结构信息谱的结构信息 化学位移 偶合常数 积分高度1.核磁共振的基本原理核磁共振的基本原理 原子核的磁矩原子核的磁矩 自旋核在磁场中的取向和能级自旋核
4、在磁场中的取向和能级 核的回旋和核磁共振核的回旋和核磁共振 核的自旋弛豫核的自旋弛豫 质量数与电荷数均为双数,如质量数与电荷数均为双数,如C12,O16,没有,没有自旋现象。自旋现象。I=0 质量数为单数,如质量数为单数,如H1,C13,N15,F19,P31。I为半整数,为半整数,1/2,3/2,5/2 质量数为双数,但电荷数为单数,如质量数为双数,但电荷数为单数,如H2,N14,I为整数,为整数,1,2 I为自旋量子数为自旋量子数原子核的自旋、磁矩原子核的自旋、磁矩自旋角动量(PN),自旋量子数(I)I=0,1/2,1,3/2 磁矩(N*),核磁矩单位(N),核磁子;磁旋比(N)NNNII
5、g)1(NNNP自旋核在磁场中的取向和能级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。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
6、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能级分裂两种取向代表两个能级,m=-1/2能级高于m=1/2能级。002HHIENN核的回旋和核磁共振核的回旋和核磁共振当一个原子核的核磁矩处于磁场BO中,由于核自身的旋转,而外磁场又力求它取向于磁场方向,在这两种力的作用下,核会在自旋的同时绕外磁场的方向进行回旋,这种运动称为Larmor进动。原子核的进动原子核的进动在磁场中,原子核的自旋取向有2I+1个。各个取向由一个自旋量子数m
7、表示。002HHN自旋角速度,外磁场H0,进动频率磁旋比:1H=26753,2H=410 7,13C=6726弧度/秒 高斯 共振条件 原子核在磁场中发生能级分裂,在磁场的垂直方向上加小交变电场,如频率为v v射射,当v v射射等于进动频率,发生共振。低能态原子核吸收交变电场的能量,跃迁到高能态,称核磁共振。核磁共振的条件核磁共振的条件:E E=h vh v迴迴=h v h v射射=h h B BO O/2 /2 或或 v v射射=v v迴迴=B BO O/2/2射频频率与磁场强度射频频率与磁场强度B Bo o是成正比的,在进行核磁共振是成正比的,在进行核磁共振实验时,所用的磁强强度越高,发生
8、核磁共振所需的实验时,所用的磁强强度越高,发生核磁共振所需的射频频率也越高。射频频率也越高。要满足核磁共振条件,可通过二种方法来实现:频率扫描(扫频):固定磁场强度,改变射频频率 磁场扫描(扫场):固定射频频率,改变磁场强度 实际上多用后者。各种核的共振条件不同,如:在1.4092特斯拉的磁场,各种核的共振频率为:1H 60.000 MHZ 13C 15.086 MHZ 19F 56.444 MHZ 31P 24.288 MHZ对于1H 核,不同的频率对应的磁场强度:射频 40 MHZ 磁场强度 0.9400 特斯拉 60 1.4092 100 2.3500 200 4.7000 300 7.
9、1000 500 11.7500Boltzmann分布分布 在质子群中处于高低能态的核各有多少?在绝对温度0度时,全部核处于低能态在无磁场时,二种自旋取向的几率几乎相等在磁场作用下,原子核自旋取向倾向取低能态,但室温时热能比原子核自旋取向能级差高几个数量级,热运动使这种倾向受破坏,当达到热平衡时,处于高低能态的核数的分布服从Boltzmann分布:n+/n-1+E/kT 式中:n+-低能态的核数 n-高能态的核数 k-Boltzmann 常数 T-绝对温度 当T=27 C,磁场强度为1.0特斯拉时,高低能态的核数只差6.8ppm 磁场强度为1.4092时,高低能态的核数只差10ppm核的自旋驰
10、豫核的自旋驰豫 驰豫过程可分为两种类型:自旋驰豫过程可分为两种类型:自旋-晶格驰晶格驰豫和自旋豫和自旋-自旋驰豫。自旋驰豫。驰豫过程:由激发态恢复到平衡态的过程 自旋晶格驰豫:核与环境进行能量交换。体系能量降低而逐渐趋于平衡。又称纵向驰豫。速率1/T1,T1为自旋晶格驰豫时间。自旋自旋驰豫:自旋体系内部、核与核之间能量平均及消散。又称横向驰豫。体系的做能量不变,速率1/T2,T2为自旋自旋时间。驰豫时间与谱线宽度的关系:即谱线宽度与驰豫时间成反比。饱和:高能级的核不能回到低能级,则NMR信号消失的现象。核磁共振仪核磁共振仪分类:按磁场源分分类:按磁场源分:永久磁铁、电磁铁、超导磁场按交变频率分
11、按交变频率分:40,60,90,100,200,500,-,800 MHZ(兆赫兹),频率越高,分辨率越高按射频源和扫描方式不同分按射频源和扫描方式不同分:连续波NMR谱仪(CW-NMR)脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)NMR仪器的主要组成部件:仪器的主要组成部件:磁体:提供强而均匀的磁场 样品管:直径4mm,长度15cm,质量均匀的玻璃管 射频振荡器:在垂直于主磁场方向提供一个射频波照射样品 扫描发生器:安装在磁极上的Helmholtz线圈,提供一个附加可 变磁场,用于扫描测定 射频接受器:用于探测NMR信号,此线圈与射频发生器、扫描 发生器三者彼此互相垂直。PFT-NMR谱仪PFT
12、-NMR谱仪与谱仪与CW谱仪主要区别:谱仪主要区别:信号观测系统,增加了脉冲程序器和数据采集、处理系统。各种核同时激发,发生共振,同时接受信号,得到宏观磁化强度的自由衰减信号(FID信号),通过计算机进行模数转换和FT变换运算,使FID时间函数变成频率函数,再经数模变换后,显示或记录下来,即得到通常的NMR谱图。FT-NMR谱仪特点谱仪特点:有很强的累加信号的能力,信噪比高(600:1),灵敏度高,分辨率好(0.45Hz)。可用于测定1H,13C,15N,19F,31P等核的一维和二维谱。可用于少量样品的测定。2.核磁共振仪与实验方核磁共振仪与实验方法法按磁场源分:永久磁铁、电磁铁、超导磁按交
13、变频率分:40兆,60兆,90兆,100兆,220兆,250兆,300兆赫兹频率越高,分辨率越高交变频率与分辨率的关系交变频率与分辨率的关系Nuclei(ppm)A1.89B2.00C2.08Interaction J(Hz)AB4BC8核磁共振波谱的测定核磁共振波谱的测定样品样品:纯度高,固体样品和粘度大液体样品必须溶解。溶剂溶剂:氘代试剂(CDCl3,C6D6,CD3OD,CD3COCD3,C5D5N)标准标准:四甲基硅烷(CH3)4Si,缩写:TMS 优点:信号简单,且在高场,其他信号在低场,值为正值;沸点低(26。5 C),利于回收样品;易溶于有机溶剂;化学惰性 实验方法实验方法:内标
14、法、外标法此外还有:六甲基二硅醚(HMDC,值为0.07ppm),4,4-二甲基-4-硅代戊磺酸钠(DSS,水溶性,作为极性化合物的内标,但三个CH2的 值为0.53.0ppm,对样品信号有影响)NMRLockSolventsAcetone CD3COCD3 Chloroform CDCl3 Dichloro Methane CD2Cl2 Methylnitrile CD3CN Benzene C6D6 Water D2O Diethylether(DEE)(CD3CD2)2O Dimethylether(DME)(CD3)2O N,N-Dimethylformamide(DMF)(CD3)2
15、NCDO Dimethyl Sulfoxide(DMSO)CD3SOCD3 Ethanol CD3CD2OD Methanol CD3OD Tetrehydrofuran(THF)C4D8O Toluene C6D5CD3 Pyridine C5D5N Cyclohexane C6H12 图图3-5乙醚的氢核磁共振谱乙醚的氢核磁共振谱 3.3.氢的化学位移氢的化学位移 原子核由于所处的化学环境不同,而在不同的共振磁场下显示吸原子核由于所处的化学环境不同,而在不同的共振磁场下显示吸收峰的现象。收峰的现象。化学等价化学等价 分子中若有一组核,其化学位移严格相等,则这组核称为彼此化学等价的核。例如C
展开阅读全文