核磁共振氢谱

合集下载

核磁共振氢谱(NMR)

核磁共振氢谱(NMR)
氢谱可以用于鉴定生物体内代谢产物的化学结构,有助于了解生物体的代谢过程 和生理状态。
代谢物变化分析
通过比较不同生理状态下的氢谱数据,可以分析代谢产物的变化,从而研究疾病 、营养状况等对生物体的影响。
药物代谢动力学研究
药物代谢过程研究
氢谱可以用于研究药物在体内的代谢过 程,了解药物在体内的转化和排泄机制 。
反应机理研究
总结词
核磁共振氢谱在反应机理研究中具有重要应用,通过监测反 应过程中谱峰的变化,可以揭示反应的中间产物和反应路径 。
详细描述
核磁共振氢谱可以实时监测反应过程中氢原子所处的化学环 境变化,从而揭示反应的中间产物和反应路径。通过分析谱 峰的变化,可以推断出反应过程中各组分的生成和消耗情况 ,有助于深入理解反应机理。
催化剂活性位点研究
总结词
核磁共振氢谱在催化剂活性位点研究中具有独特的应用价值,通过分析催化剂表面吸附物种的谱峰特 征,可以揭示催化剂的活性位点和反应机制。
详细描述
核磁共振氢谱可以用来研究催化剂表面吸附物种的结构和性质。通过分析谱峰的位置和裂分情况,可 以推断出吸附物种所处的化学环境和与催化剂表面的相互作用关系。这些信息有助于揭示催化剂的活 性位点和反应机制,对于优化催化剂性能和提高催化反应效率具有重要意义。
重要信息。
生物医学
用于研究生物大分子的 结构和功能,为疾病诊
断和治疗提供依据。
02
核磁共振氢谱的基本原理
原子核的自旋与磁矩
原子核自旋
原子核具有自旋角动量,使得原子核 具有一定的磁矩。
磁矩与磁场相互作用
能级跃迁
当外加射频场能量与能级分裂相匹配 时,原子核发生能级跃迁,释放出共 振信号。
原子核磁矩在外部磁场中受到洛伦兹 力,产生能级分裂。

核磁共振氢谱

核磁共振氢谱

R''
R'' R'
vA = v中心 + = 819Hz (δ8.19ppm) vB = v中

例如:
图中:1,396.6Hz 2, 387.9Hz 3, 386.7Hz 4, 378.0Hz
图中:
ν1 = 396.6Hz,ν2 = 387.9Hz ν3 = 386.7Hz,ν4 = 378.0Hz JAB = 396.6 - 387.9 = 8.7Hz ν1-ν3 = 396.6 - 386.7 = 9.9Hz νAB = 9.92-8.72= 4.72Hz
峰强度比为1:1:1,
2J N-C-H
7.4Hz
核磁共振图谱的类型 核磁共振图谱分为一级谱和高级谱或二级谱图 一级谱 (1)一级谱的条件 (a)一个自旋体系中的两组质子的化学位移差()至少是偶 合常数J 的6倍以上,即/J6。 在此,和J皆用HZ作单位, = 仪器兆周数。
其它核对1H的偶合
13C
-1H
19F
-1H
31P -1H 2H
(D) -1H
14N-1H
13C
-1H
I=1/2, 符合(n + 1)规律。
1J C-H 2J C-C-H 3J C-C-C-H ;变化范围大,
在13CNMR谱中讨论。
13C
的天然丰度 1.1%,
如 CHCl3
98.9%
12CHCl
3 , 1.1%
(b)各组质子的多重峰中心为该组质子的化学位移,峰形 左右对称,还有“倾斜效应”。 (c)裂距等于偶合常数,偶合常数可以从图上直接给出来。
(d)各组质子的多重峰的强度比为二项式展开式的系数比。
n(核的个数) 0 1 2 3 4 5 ...... 谱线相对强度 1 1 1

核磁共振氢谱(1H-NMR)

核磁共振氢谱(1H-NMR)
快速旋转等价
两个或两个以上质子在单键快速旋转过程中位置可对映互换
氯乙烷,乙醇中CH3
对称性化学等价
在分子中通过对称操作而发生互换的核
对称轴
对称面
对称中心
(2)磁等价
化学位移相同,对任意另一核的耦合常数相同
磁不等价
化学位移相同
对任意另一核的耦合常数不相同
双键上同碳质子
带有双键性质的单键质子
(3)不等价质子
δ3=5.25-0.35=4.90
δ4=5.25+2.11=7.36
e芳环氢
δHi=7.26+ΣZi
1溶剂影响:
低极性溶剂,CDCL3,CCL4,δoHi =7.26
高极性溶剂, DMSOδoHi =7.41
2.取代基在邻间对位作用不同
f.芳杂环
环上的氢的化学位移与其相对于杂原子的位置有关
g.醛基氢:9-12ppm
可用重水交换
活泼氢积分面积不足或消失
(5).丙环体系
§3自旋耦合与裂分
n+1规律
1.某组环3;1)取向,使与其发生耦合的核裂分为n+1条峰
2.每相邻的两条谱线间距离都是相等的
3.谱线间强度比为(a+b)n展开式的各项系数
耦合常数
裂分峰的数目和J值可判断相互耦合的氢核数目及基团的连接方式
B.邻近基团的磁各向异性
某些化学键和基团可对空间不同空间位置上的质子施加不同的影响,即它们的屏蔽作用是有方向性的。磁各向异性产生的屏蔽作用通过空间传递,是远程的。
(1)芳环
在苯环的外周区域感应磁场的方向与外加磁场的方向相同(顺磁屏蔽),苯环质子处于此去屏蔽区,其所受磁场强度为外加磁场和感应磁场之和,δ值向低场移动。

核磁共振氢谱

核磁共振氢谱

核磁共振氢谱核磁共振氢谱(NuclearMagneticResonanceSpectroscopy,简称NMR)是一种能用来研究化合物中原子构型的分子物理学技术。

它可以用来研究物质的构造或化学结构,它也可以用来识别和鉴定分子特征。

NMR是一种能识别产生信号的分子,也是一种能探测物质内部构型的技术。

NMR可以用来检测氢原子、碳原子和其他同位素在分子中结合的形式、位置以及构型,并能定位其中自由基的存在。

它可以发现未知的结构,以及识别以相同元素为基础的化合物,帮助我们进行有效的化学研究。

NMR的工作原理是通过对模式分子中的官能团(如氢、氧、碳等)进行磁化,并将其与激发源相互作用,以计算分子中核磁共振部分所产生的信号。

果分子是不对称的,则可以通过磁场的强度及宽度,判断原子结构的结合能力及空间位置。

NMR可以通过电脑模型的研究来模拟出不同的构象,以检测分子的构象。

NMR的应用非常广泛,在科学研究、医疗以及化学工业中都有它的身影。

它不仅可以帮助我们识别和鉴定有机分子的结构,而且可以帮助我们了解有机分子的空间构型,为合成化学提供重要参考依据。

在药物分子研究中,NMR可以帮助我们了解药物分子的结构,寻找新药物的分子结构特征,以及分析药物-蛋白质相互作用的机制。

NMR同时也被用来研究有机合成中涉及的重要反应机理,协助分析过程中发生的变化,研究其机理,从而更好地控制和利用反应。

NMR是一种强大的分子物理学技术。

它的发展为化学研究带来了巨大的进步。

它可以非常准确地识别出物质中不同原子的空间位置,从而为化学研究提供重要的线索和信息。

在合成化学、药物分子研究以及其他生物化学研究中,NMR的应用日益广泛,可以帮助我们更好地了解我们所研究的物质。

第五章核磁共振氢谱

第五章核磁共振氢谱

C O
CH2
O
C OH
两个羧基缔合状态不同
1)分子中原子核相对静止时: 用对称操作判断化学等价性
X
i)
Ha
C
例: CH2Cl2
X
Hb
两取代基完全相同, Ha 和Hb有C2对称轴和对称平面,这两个氢 称为等位氢(homotopic), (“同偏”氢), 具有相同化学位移, 又 称等频氢(isochronous), 无论在任何环境都是化学等价的.
J : 相邻两峰之间的距离.
3) 一级谱图的规律:
a. 磁等价的质子之间,有偶合,但不发生裂分,如果没 有其他质子的偶合应出单峰。
b. 磁不等价的质子之间的偶合,发生裂分,峰数目符合 n+1规律。
c. 各组质子多重峰中心为质子的化学位移,峰形左右对 称,还有“倾斜效应”。
d. 偶合常数可以从图上直接读出。 e. 各组质子多重峰的强度比为二项式展开式的系数比。 f. 不同类型质子积分面积之比等于质子的个数比。 g. 如果不同邻近基团的核与所研究的核之间有相同的偶
1.化学等价(Chemical equivalence): 若分子中两相同原子(或两相同基团)处于相同化
学环境时,它们是化学等价的.
化学不等价: (1) 在化学反应中反应速度不同; (2) 波谱特征不同.
例如: 柠檬酸
OH HO2C CH2 C CH2 CO2H
CO2H
HO C
O
H2
C
O
C
H O
H
2) 分子内存在着快速运动: 常见分子内运动: 链旋转, 环的翻转(reversal)等. i) 链旋转: RCH2-CXYZ
ii) 环的翻转: 环己烷翻转时, 直立氢和平伏氢交互变化, 二者等频,一个信号.

核磁共振氢谱 (PMR或1HNMR)

核磁共振氢谱 (PMR或1HNMR)

核磁共振氢谱(PMR或1HNMR)核磁共振技术是20世纪50年代中期开始应用于有机化学领域,并不断发展成为有机物结构分析的最有用的工具之一。

它可以解决有机领域中的以下问题:(1)结构测定或确定,一定条件下可测定构型和构象;(2)化合物的纯度检查;(3)混合物分析,主要信号不重叠时,可测定混合物中各组分的比例;(4)质子交换、单键旋转、环的转化等化学变化速度的测定及动力学研究。

NMR的优点是:能分析物质分子的空间构型;测定时不破坏样品;信息精密准确。

NMR通常与IR并用,与MS、UV及化学分析方法等配合解决有机物的结构问题,还广泛应用于生化、医学、石油、物理化学等方面的分析鉴定及对微观结构的研究。

一、基本概念核磁共振(简称为NMR)是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率(兆赫数量级的射频)的电磁波作用时,在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。

检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。

因此,就本质而言,核磁共振波谱是物质与电磁波相互作用而产生的,属于吸收光谱(波谱)范畴。

根据核磁共振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子结构。

发展历史1.1946 年美国斯坦福大学的F. Bloch 和哈佛大学E.M .Purcell领导的两个研究组首次独立观察到核磁共振信号,由于该重要的科学发现,他们两人共同荣获1952 年诺贝尔物理奖。

NMR发展最初阶段的应用局限于物理学领域,主要用于测定原子核的磁矩等物理常数。

2.1950 年前后W .G. Proctor等发现处在不同化学环境的同种原子核有不同的共振频率,即化学位移。

接着又发现因相邻自旋核而引起的多重谱线,即自旋—自旋耦合,这一切开拓了NMR 在化学领域中的应用和发展。

3.20 世纪60 年代,计算机技术的发展使脉冲傅里叶变换核磁共振方法和谱仪得以实现和推广,引起了该领域的革命性进步。

随着NMR 和计算机的理论与技术不断发展并日趋成熟,NMR 无论在广度和深度方面均出现了新的飞跃性进展,具体表现在以下几方面:1)仪器向更高的磁场发展,以获得更高的灵敏度和分辨率,现己有300、400、500、600MHz,甚至1000MHz 的超导NMR 谱仪;2)利用各种新的脉冲系列,发展了NMR 的理论和技术,在应用方面作了重要的开拓;3)提出并实现了二维核磁共振谱以及三维和多维核磁谱、多量子跃迁等NMR 测定新技术,在归属复杂分子的谱线方面非常有用。

核磁共振氢谱 (PMR或1HNMR)

核磁共振氢谱 (PMR或1HNMR)

核磁共振氢谱(PMR或1HNMR)核磁共振技术是20世纪50年代中期开始应用于有机化学领域,并不断发展成为有机物结构分析的最有用的工具之一。

它可以解决有机领域中的以下问题:(1)结构测定或确定,一定条件下可测定构型和构象;(2)化合物的纯度检查;(3)混合物分析,主要信号不重叠时,可测定混合物中各组分的比例;(4)质子交换、单键旋转、环的转化等化学变化速度的测定及动力学研究。

NMR的优点是:能分析物质分子的空间构型;测定时不破坏样品;信息精密准确。

NMR通常与IR并用,与MS、UV及化学分析方法等配合解决有机物的结构问题,还广泛应用于生化、医学、石油、物理化学等方面的分析鉴定及对微观结构的研究。

一、基本概念核磁共振(简称为NMR)是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率(兆赫数量级的射频)的电磁波作用时,在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。

检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。

因此,就本质而言,核磁共振波谱是物质与电磁波相互作用而产生的,属于吸收光谱(波谱)范畴。

根据核磁共振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子结构。

发展历史1.1946 年美国斯坦福大学的F. Bloch 和哈佛大学E.M .Purcell领导的两个研究组首次独立观察到核磁共振信号,由于该重要的科学发现,他们两人共同荣获1952 年诺贝尔物理奖。

NMR发展最初阶段的应用局限于物理学领域,主要用于测定原子核的磁矩等物理常数。

2.1950 年前后W .G. Proctor等发现处在不同化学环境的同种原子核有不同的共振频率,即化学位移。

接着又发现因相邻自旋核而引起的多重谱线,即自旋—自旋耦合,这一切开拓了NMR 在化学领域中的应用和发展。

3.20 世纪60 年代,计算机技术的发展使脉冲傅里叶变换核磁共振方法和谱仪得以实现和推广,引起了该领域的革命性进步。

随着NMR 和计算机的理论与技术不断发展并日趋成熟,NMR 无论在广度和深度方面均出现了新的飞跃性进展,具体表现在以下几方面:1)仪器向更高的磁场发展,以获得更高的灵敏度和分辨率,现己有300、400、500、600MHz,甚至1000MHz 的超导NMR 谱仪;2)利用各种新的脉冲系列,发展了NMR 的理论和技术,在应用方面作了重要的开拓;3)提出并实现了二维核磁共振谱以及三维和多维核磁谱、多量子跃迁等NMR 测定新技术,在归属复杂分子的谱线方面非常有用。

核磁共振之氢谱

核磁共振之氢谱
例如:B0 =4.7TG时,下列核的共振频率:
1H Υ=26.752(107 rad./s.T), 200MHz 13C Υ=6.728 (107 rad./s.T), 50.3MHz 19F Υ=25.181(107 rad./s.T), 188.2MHz 31P Υ=10.841(107 rad./s.T), 81MHz
118.2(s) 206.5(s)
核弛豫
在电磁波的作用下,当h对应于分子中某种 能级(分子振动能级、转动能级、电子能级、核 能级等)的能量差E时,分子可以吸收能量, 由低能态跃迁到高能态。
在电磁波的作用下,激发态的分子可以放出
能量回到低能态,重建Boltzmann分布。
只有当激发和辐射的几率相等时,才能 维持Boltzmann分布,可以连续观测到光谱信 号。
核磁共振氢谱
(1H Nuclear Magnetic Resonance Spectra,1H NMR)
第一节 核磁共振基本原理
核自旋, 核磁矩 核磁共振 核弛豫
一、核自旋和核磁矩
原子核是带正电的微粒(由质子 +中子组成),大 多数原子核都具有自旋现象。 核的自旋现象,用自旋量子数I表示,I值与原子核
( = ·P )。
自旋核的取向,即磁矩 的取向。
无外磁场(B0)时,磁矩 的取向是任意 的。
在B0中
I 0的自旋核,磁矩的取向不是任意的,而 是量子化的,共有(2I + 1)种取向。可用磁量 子数m表示:m:I,I-1,,-I+1,-I
I = 1/2的自旋核,共有2种取向 (+1/2,-1/2)
的质量A和核电荷数(质子数或原子序数)Z有关。
质量(A) 原子序数(Z)
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

m = m = m = m = 1
m = 1/2
m = 1
m = 2 I=2
I = 1/2
I=1
在B0中:
自旋角动量在Z轴(B0轴)上的投影:
PZ =
h 2
m
h · 2
磁矩在Z轴(B0轴)上的投影:
Z = · PZ =
m
磁矩与磁场相互作用能E: h E = -Z· B0=- · m · B0 2
频率为1,在B1的作用下,会产生一个与 自旋核旋进方向相同的回旋频率1
B0

RF B1

当1 = 0时,核就会吸收能量, 由低能态(+1/2)跃迁至高能态(-
1/2),这种现象称核磁共振。
共振吸收频率
=
同一种核,
例如 对于1H
1 2
· B0
=常数, ∝B0
B0=1.41TG =60MHz, B0=2.35TG =100MHz
(T=104高斯)
81MHz
188.2MHz
H-1 F-19
81MHz 50.3MHz
P-31 C-13
200MHz
100MHz
0MHz
产生NMR条件
(1) I 0的自旋核 (2) 外磁场B0 (3) 与B0相互垂直的射频场B1, 且 1 = 0
= · B0 2
自旋核在B0场中的进动
I 0的自旋核, 绕自旋轴旋转(自旋轴
的方向与 一致),自旋轴又与 B0场保持一
角,绕 B0 场进动( Precess ) , 或称 Larmor 进
动。这是由于 B0对 有一个扭力, 与B0平
行,旋转又产生离心力,平衡时保持 不变。
的谱线加宽,不利于核磁共振检测。
二、核磁共振
磁矩的取向 I 0的自旋核,具有一定的角动量 P, ( P =
h 2
I ( I 1) ), 核 自 旋 产 生 磁 矩
( = · P )。 自旋核的取向,即磁矩 的取向。 无外磁场(B0)时,磁矩 的取向是任意
的。
在B0中
B0 回旋轴
B0
核磁距 回旋轴 自旋轴
自旋轴 核磁距
I = 1/2
I =1/2
(经典力学分析,自旋核在 B0 中就象一个
旋转的陀螺在地心场中。)
进动的频率

= 20 = · B0
0 =
1 · B 2 0
0 ∝ B0

核磁共振
若在垂直于B0的方向加射频场B1,其

B0一定时,不同的核,不同,不同。
例如:B0 =4.7TG时,下列核的共振频率:
1H 13C 19F 31P
Υ=26.752(107 rad./s.T), 200MHz Υ=6.728 (107 rad./s.T), 50.3MHz Υ=25.181(107 rad./s.T), 188.2MHz Υ=10.841(107 rad./s.T),
核弛豫
一、核自旋和核磁矩
原子核是带正电的微粒(由质子 +中子组成),大 多数原子核都具有自旋现象。 核的自旋现象,用自旋量子数I表示,I值与原子核 的质量A和核电荷数(质子数或原子序数)Z有关。
质量(A) 奇 偶 偶 原子序数(Z) 奇或偶 奇 偶 I 半整数 整数 0 I=1/2,3/2,5/2…
25Mg
12
27Al
13
55Mn
25
67Zn
30

I=1: I=2:
I=3: I=0:
2H
1
6Li
3
14N
7
58Co 10B
27
5 16O 32S
12C
6
8
16
I0的原子核都具有自旋现象 产生磁矩( ),
与自旋角动量P有关。
P = =
h 2
I ( I 1)
· P
I值不同,原子核表面电荷分布情况不同,可用电 四极矩eQ来衡量, eQ是核表面电荷偏离球体的物理量 度.
I= 1, 2…
I=0
I=1/2:
1H
1
13C
6
15N
7
19F
9
31P
15
57Fe
26
77Se
34
195Pt
78
199Hg
80

33S
I=3/2:
7Li
39K
3
9Be
4
11B
5
23Na
11
16
19
63Cu 81Br
29
65Cu
29
35Cl
17
37Cl
17
79Br
35
35
...
I=5/2:
17O
8
核磁共振氢谱
(1H Nuclear Magnetic Resonance
Spectra,1H NMR)
核磁共振基本原理
核磁共振仪 化学位移 影响化学位移的因素 自旋偶合与裂分
偶合常数与分子结构的关系
常见的自旋系统
H-1 NMR解析及其应用
第一节 核磁共振基本原理
核自旋, 核磁矩 核磁共振
, eQ = 0:
核电荷均匀分布于球体表面,
球形自转体,
0



I = 1/2 eQ =0
I > 1/2 eQ > 0
I > 1/2 eQ < 0
1 I> 2 核电荷在原子核表面呈非均匀分布

eQ > 0
14N 7
核电荷非均匀分布,长椭球自转
2H , < 0
电偶极矩:
电量相等而符号相反的两个点电荷相距很小距离时,
就构成电偶极矩。
电四极矩:
两个大小相等、方向相反的电偶极矩相距很近时, 构成电四极矩。 电四极矩公式: Q = 2/5 z (b2-a2)
原子核的电四极矩
I = 0,
eQ = 0:
核电荷均匀分布于球体表面,
球形非自转体, = 0。
I
1 = 2
核电荷非均匀分布 , 扁椭球自转
37Cl ,7Li 体, 0 。如 17 3
电荷均匀分布于原子核表面(I = 于核磁共振检测。
eQ = 0)的核,核磁共振的谱线窄,有利
1 2
,
电荷非均匀分布于原子核表面 ( I> 1 ,eQ
2
0 )的核,都具有特有的弛
豫机制( Relaxation ) , 导致核磁共振
量子力学选律可知,只有m = 1的
跃迁,才是允许跃迁,所以相邻两能级之
间的能量差:
E = E 2 – E 1 E = =
h - · · m 2 h · 2
· B0
· B0
E ∝ B 0
E
E1
E2 B0
磁诱导产生自旋核的能级裂分
E = h
h h = · · B0 2
I 0的自旋核,磁矩的取向不是任意的,而
是量子化的,共有(2I + 1)种取向。可用磁量
子数m表示:m:I,I-1,,-I+1,-I I = 1/2的自旋核,共有2种取向 (+1/2,-1/2)
I = 1的自旋核,共有3种取向
(+1,0, -1)
z
z
z
B0
m = +1/2
m =+1 m =
相关文档
最新文档