氢核的化学位移
核磁H谱化学位移
在有机化合物中，氢核受核外电子的屏蔽作用， 使其共振频率发生变化，即引起共振吸收峰的 位移，这种现象称为化学位移。（不同的氢核， 所处的化学环境不同，化学位移的值也不相 同。）
2、化学位移的表示方法
如定义中所提到的，不同的氢核，所处的化学环境 不同，出峰位置也不同，其峰的位置不便精确测定，
故在试验中采用某一标准物质作为基准，以基准物
如图，苯上的六个π电子产生较强的感应磁场，H位于 去屏蔽区，处于低场。 化学位移为6.8-8.
3、影响化学位移的因素
3.4、氢键的影响
键合在杂原子（N、O等）上的 质子易形成氢键。氢键质子相 比于没有形成氢键的质子有较 小的屏蔽效应，共振吸收峰出 现在低场。
3.5、温度的影响 温度：大多数信号的共振位置受温度影响很小，但-OH、-NH和-SH在升高温度时形 成氢键的程度降低，化学位移移向高场。 3.6、溶剂效应 溶剂效应：溶剂的磁各向异性和溶质与溶剂之间形成氢键将对溶质中不同位置的 氢核的化学位移产生影响。
3.3、磁各向异性 屏蔽区：感应磁场与区域。
如图，双键的H处于去屏蔽区，故其处于低场。 化学位移为4.5-5.1
3、影响化学位移的因素
3.3、磁各向异性
如图，三键是直线构型，H所处感应磁场方向与外磁场 方向相反，处于屏蔽区，故其处于高场。 化学位移为2-3.
核磁H谱化学位移
1
化学位移的产生
2
化学位移的表示方法
3
影响化学位移的因素
4
常见基团的化学位移
5
例题分析
1、化学位移的产生
电子屏蔽效应
氢核周围存在不断运动着的电子，在外磁场的 作用下，运动着的电子产生一个会与外磁场方 向相反的感应磁场，抵消了部分外磁场的作用， 使核受到的外磁场作用减小，起到屏蔽作用。
在有机化合物中，氢核受核外电子的屏蔽作用， 使其共振频率发生变化，即引起共振吸收峰的 位移，这种现象称为化学位移。（不同的氢核， 所处的化学环境不同，化学位移的值也不相 同。）
诱导效应是通诱过导成键效电应子是沿键通轴过方成向传键递电的子，取沿代键基轴距离方越向远传，诱递导的效，应越取弱代。基距离越远，诱导效应越弱。
与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，质子周围的电子云密度越小，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现。 如图，苯上的六个π电子产生较强的感应磁场，H位于去屏蔽区，处于低场。 多取代基对化学位移的影响。 氢键质子相比于没有形成氢键的质子有较小的屏蔽效应，共振吸收峰出现在低场。 3、影响化学位移的响化学位移的因素
3.3、磁各向异性
如图，三键是直线构型，H所处感应磁场方向与外磁场 方向相反，处于屏蔽区，故其处于高场。 化学位移为2-3.
如图，苯上的六个π电子产生较强的感应磁场，H位于 去屏蔽区，处于低场。 化学位移为6.8-8.
3、影响化学位移的因素
3.4、氢键的影响
键合在杂原子（N、O等）上的 质子易形成氢键。氢键质子相 比于没有形成氢键的质子有较 小的屏蔽效应，共振吸收峰出 现在低场。
计算方程式
如图，三键是直线构型，H所处感应磁场方向与外磁场方向相反，处于屏蔽区，故其处于高场。 与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，质子周围的电子云密度越小，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现。 屏蔽区：感应磁场与外磁场方向相反的区域；
核磁共振氢谱(化学位移)
核磁共振氢谱(化学位移)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1．1946 年斯坦福大学的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H化学位移及影响因素、活泼氢
残余溶剂峰 水峰 CHCl3 (CH3 )2 CO (CH3 )2 SO C6 H6 CH3 CN CH3 OH
brs
s s s s s
1.56 7.26 2.17 2.62 7.36 2.10 3.49 1.09 8.62 7.29 7.68 2.05 4.12 1.26 5.30 0.88 1.26 1.25 3.72
醛基 -CO-H 羟基 R-OH 其它质子 Ar-OH
9.0~10.0 ppm 0.5~1.0ppm （稀溶液） 4~ 5.5 ppm （浓溶液） 3.5~7.7 ppm 10~16 ppm（分子内氢键）
-COOH
10.5~13 ppm
影响δ 值的因素
A. 电子效应 (1) 诱导效应 a 电负性 电负性强的取代基使氢核外电子云密度降低，其共振吸收向低场位移， δ 值 增大 b.多取代有加和性 c.诱导效应通过成键电子传递，随着与电负性取代基 距离的增大，诱导效应的 影响逐渐减弱，通常相隔 3 个以上碳的影响可以忽略不计 （2）.共轭效应 氮、氧等杂原子可与双键、苯环共轭。 苯环上的氢被推电子基取代， 由于 p- π 共轭,使苯环电子云密度增大, δ 值向高场 移动 苯环上的氢被吸电子基取代， 由于 p- π 共轭或π - π 共轭,使苯环电子云密度 降低, δ 值向低场移动 (3). 场效应 在某些刚性结构中,一些带杂原子的官能团可通过其电场对邻近氢核施加影响,使 其化学位移发生变化.这些通过电场发挥的作用称为场效应 (4). 范德华(Van der Waals)效应 在某些刚性结构中,当两个氢核在空间上非常接近，其 外层电子云互相排斥使核 外电子云不能很好地包围氢核，相当于核外电子云密度降低，δ 值向低场移动 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。 （2）双键 >C=O, >C=C<的屏蔽作用与苯环类似。在其平面的上、下方各有一个锥形屏蔽区 （ “+” ） ，其它区域为去屏蔽区。 （3）三键
核磁共振氢谱(化学位移)
影响化学位移的因素
5. 氢键：分子形成氢键后，氢核周围的电子云密度降低， 产生去屏蔽作用，化学位移向低场移动，增大。
6. 温度：大多数信号的共振位置受温度影响很小，但-OH, -NH和-SH在升高温度时形成氢键的程度降低，化学位移 移向高场，降低。 7. 溶剂效应：溶剂的磁各向异性和溶质与溶剂之间形成 氢键将对溶质中不同位置的氢核的化学位移产生影响。
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核磁共振氢谱(1H-NMR)
——化学位移(chemical shifts)
Produced by Jiwu Wen
内容提要
化学位移的产生 化学位移的表示方法与测定 影响化学位移的因素 不同质子的化学位移
化学位移的产生
•核磁共振条件及面临的问题
1. 核磁共振的条件小结:
(1)自旋核(I≠0)
化学位移的产生
•核外电子的影响，屏蔽效应，化学位移
核外电子在外加磁场作用下产生电子环
流，电子环流产生相应的感应磁场，感
应磁场的方向与原外加磁场的方向相反，
磁场强度等于σB0，此时原子核实际受 到的磁场强度小于原外加磁场强度B0， 这种核外电子对原子核的影响称为屏蔽
效应，σ称为屏蔽常数。
修正的核磁共振条件： 由于屏蔽效应不同导致化学环境不同的
3. 杂化效应
影响化学位移的因素
4. 磁各向异性效应，屏蔽与去屏蔽 (1) 双键的磁各向异性效应
影响化学位移的因素
(2)苯环的磁各向异性效应
环内氢 = -2.99 环外氢 = 9.28
影响化学位移的因素
(3)叁键的磁各向异性效应
影响化学位移的因素
(4)单键的磁各向异性效应
直立键上的氢核处于屏蔽区，在较高场，平伏键上的氢核处于去屏 蔽区，在较低场，化学位移值大约相差0.5 ppm。
各种的化学位移值经验计算方法及常见氢核的化学位移
各种的化学位移值经验计算方法及常见氢核的化学位移化学位移是核磁共振（NMR）技术中常用的参数之一，用于描述分子中的氢原子（或其他核）相对于参考物质（通常是三氯甲烷或二氯苯）的相对化学环境。
化学位移的数值通常以部分百万（ppm，常见的是ppm）表示。
计算化学位移值的经验方法有很多，下面我将介绍几种常见的方法：1. 基于Lewis结构：根据分子的Lewis结构推测氢原子的化学位移。
通常，带有电负性较大的原子和共价键上的卤素原子会导致周围氢原子的化学位移增加。
2.基于电子云环绕：根据分子中的电子云环绕情况预测化学位移。
共振的π电子云通常会导致化学位移减小，而孤对电子通常会导致化学位移增加。
3.基于环境效应：根据分子中邻近原子的类型和相对位置推测氢原子的化学位移。
例如，与电负性较大的原子相邻的氢原子通常具有较大的化学位移。
4.基于结构类似性：通过与已知结构类似的分子比较，推测分子中氢原子的化学位移。
这种方法通常适用于分子结构较为相似的情况。
常见氢核的化学位移值如下：1. 烷基氢（CH₂）的化学位移范围通常在0.8 ppm到2.5 ppm之间。
2. 烯基氢（CH）的化学位移范围通常在4.5 ppm到6.5 ppm之间。
3. 苯环上的氢原子（CH）的化学位移范围通常在7.0 ppm到8.5ppm之间。
4. 醇基氢（OH）的化学位移范围通常在1.5 ppm到5.0 ppm之间。
5. 胺基氢（NH）的化学位移范围通常在1.5 ppm到3.5 ppm之间。
化学位移是核磁共振技术中一个重要的参数，可以为化学结构和分子环境提供有用的信息。
通过了解各种氢核的化学位移值范围及其计算方法，可以更好地应用核磁共振技术进行分子结构和化学分析。
3、2 化学位移与各类氢核的化学位移
60MHz :
134 60 106
106
2.23
100MHz :
223 100 106
106
2.23
化学位移的表示 ：单位ppm 标准：四甲基硅（TMS部屏蔽效应（诱导效应、共轭效应） 远程屏蔽效应（化学键的磁场各向异性）
局部屏蔽效应 （诱导效应、共轭效应）：氢原
子化学位移移向低场。
如下面化合物4个羟基的均可以形成氢键，δ按照氢键由弱到强的顺 序，逐步增大。
乙醇的羟基随浓度 增加，
分子间氢键增强， 化学位移增大
溶剂效应 ：溶剂不同使化学位移改变的效应
甲 基
亚甲基和次甲基
经验计算：
烯氢的化学位移
经验公式
烯氢的化学位移
芳环芳氢的化学位移
炔基氢的化学位移:1.6~3.4
为此，一般是以适当的化合物(如四甲基硅烷： TMS)为内标准，测定相对的频率变化，（相 对）化学位移以下式表示：
试样－ TMS 106＝ 106
0
0
由于采用了相对频率变化值，使得 在不同磁场强度测定的核磁共振谱 图也完全一致。
例如，1，2，2－三氯丙烷甲基上的 H原子在60MHz仪器上的信号为 134Hz，在100MHz仪器上的信号为 223Hz，计算化学位移值为：
单键
双键
A α=1.27， B α=1.23， C α=1.17，
β=0.85
β=0.72
β=1.01
羰基平面上下各有一个锥形的屏蔽区，其它方向（尤其
是平面内）为去屏蔽区。
芳环环的上下方为屏蔽区，其它地方为去屏蔽区
叁键 ：键轴向为屏蔽区，其它为去屏蔽区。
氢键与化学位移 ：绝大多数氢键形成后，质
氢的化学位移
化学位移的根源
磁场中所有自旋核产生感应磁场，方向与外加磁场相反或相同，使 原子核的实受磁场降低或升高，即屏蔽效应。
H核=HO（1-σ ）
其中H核表示氢核实际所受的磁场，σ为屏蔽常数 分类：顺磁屏蔽，抗磁屏蔽
显然，核外电子云密度越大，屏蔽效应越强，要发
生共振吸收就势必增加外加磁场强度，共振信号将移向
芳环氢的化学位移值
芳环的各向异性效应使芳环氢受到去屏蔽影响，其化学 位移在较低场。苯的化学位移为δ7.27ppm。当苯环上的 氢被取代后，取代基的诱导作用又会使苯环的邻、间、 对位的电子云密度发生变化，使其化学位移向高场或低 场移动。 芳环氢的化学位移可按下式进行计算； δ = 7.27 +∑Si
9.10
噻吩 吡咯 呋喃 （CDCl3) （CDCl3) （CDCl3)
吡啶 (DMSO)
吲哚 (DMSO)
活泼氢的化学位移值
常见的活泼氢，如-OH、-NH-、-SH、-COOH等基团的质子，在溶 剂中交换很快，并受测定条件如浓度、温度、溶剂的影响，δ值不 固 定在某一数值上，而在一个较宽的范围内变化（表3-9）。活泼氢的 峰形有一定特征，一般而言，酰胺、羧酸类缔合峰为宽峰，醇、酚 类的峰形较钝，氨基，巯基的峰形较尖。用重水交换法可以鉴别出 活泼氢的吸收峰，（加入重水后活泼氢的吸收峰消失）。
4.2. 不饱和碳上质子的化学位移 炔氢 叁键的各向异性屏蔽作用，使炔氢的化学位移出现在1.6 –3.4ppm范围内.
烯氢
烯氢的化学位移可用Tobey和Simon等人提出的经验公 式来计算： δ = 5.25 + Z同 + Z顺 + Z反 式中常数5.25是乙烯的化学位移值，Z是同碳、顺式 及反式取代基对烯氢化学位移的影响参数。
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氢核的化学位移
13.5.3.1电子屏蔽效应在外磁场B0中，氢核外围电子在与外磁场垂
直的平面上绕核旋转时，将产生一个与外磁场相对抗的感生磁场，其结果对于氢核来说，相当于产生了一种削弱外磁场的屏蔽，13-39所示。
这种现象叫作电子屏蔽效应。
感生磁场的大小与外磁场的强度成正比，用σB0表示。
其中σ叫作屏蔽常数，它反映了屏蔽效应的大小，其数值取决于氢核周围电子云密度的大小，而电子云密度的大小又和氢核的化学环境，即与之相邻的原子或原子团的亲电能力、化学键的类型等因素有关。
氢核外围电子云密度越大，σ就越大，σB0也越大，氢核实际感触到的有效磁场Beff就越弱，即有图13-39 氢核的电子屏蔽效应 Beff=B0-σB0＝(1-σ)B0 假如考虑屏蔽效应的影响，欲实现核磁共振，则有所以实现核磁共振的条件应为：通常采纳固定射频v，并缓慢转变外磁场B0强度的办法来满足上式。
此时v、γ均为常数,所以产生共振汲取的场强B0的大小仅仅取决于，的大小。
化合物中各种类型氢核的化学环境不同，核外电子云密度就不同，屏蔽常数σ也将不同，在同一频率v的照耀下,引起共振所需要的外磁场强度也是不同的。
这样一来，不同化学环境中氢核的共振汲取峰将浮现在NMR波谱的不
同磁场强度的位置上。
如上所述，当用同一射频照耀样品时，样品分子中处于不同化学环境的同种原子的磁性核所产生的共振峰将浮现在
不同磁场强度的区域，这种共振峰位置的差异叫作化学位移。
在实际工作中，要精确测定磁场强度比较棘手，因此常将待测磁性核共振峰
所在的场强Bs和某标准物质磁性核共振峰所在的场强Br举行比较，
用这个相对距离表示化学位移，并用δ代表：因为磁场强度与射频
频率成正比，而测定和表示磁性核的汲取频率比较便利，故有在NMR 中，射频普通固定，如240 MHz, 600 MHz等，样品和标准氢核的汲取频率虽然有差异，但都在射频频率v 附近变幻，相差仅约万分之一。
为了使δ的数值易于读写，可改写为： 13.5.3.2影响氢核化学位移的因素影响化学位移的因素无数，主要有诱导效应、磁各向异性效应、
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