自旋偶合
自旋偶合名词解释
自旋偶合名词解释自旋偶合是物理学中一种重要概念，它涉及到量子物理学、多体理论和物理化学等学科领域，在化学反应、分子物性、分子拓扑结构等方面都有重要的应用。
自旋偶合是指两个或多个粒子之间，因受到相互的磁场干扰，而引起了它们的自旋状态直接紧密耦合的一种现象。
自旋偶合现象可以用偶合常数（coupling constant）表示，它反映了粒子间联系的强弱，可以是正值也可以是负值。
偶合常数的大小通常是由物理规律决定的，总体上表现为粒子间的相互作用的强弱会影响偶合常数的大小。
自旋偶合的物理意义是一种集中的磁场，这种磁场可以影响到原子的结构，而且它不仅可以影响到原子的结构，还可以影响原子的能量状态。
当某些原子受到其他原子的磁场影响时，它们的能量状态会发生变化，这种变化是由于磁场影响所产生的激素反应，这种激素反应可以使相邻原子的能量状态发生一种变化，也可以使原子排列结构发生变化，因此自旋偶合也是一种重要的物理学现象。
根据量子力学中原子和分子的结构，自旋偶合可以被分为两类：一类是由量子结构自旋偶合，它是由量子非相干原理确定的，主要是由量子效应引起的；另一类是由原子和分子的电子自旋确定的，这类自旋偶合主要是由电子结构和电子相互作用引起的。
对于原子和分子的自旋偶合，量子力学的方法可以用来描述它们的结构和能量特性，当自旋偶合的偶合常数为正时，表示原子和分子的相互作用是协同性的；当偶合常数为负时，表示原子和分子的相互作用是相互抑制性的。
自旋偶合在化学反应中也有重要意义。
在化学反应中，原子和分子可以相互作用，起到协同催化反应的作用，这种协同作用是由自旋偶合所引起的，这也是一种自旋偶合的重要意义。
另外，自旋偶合也可以用来解释原子和分子的拓扑结构，由此可以解释原子和分子的空间结构、拓扑结构和它们之间的相互作用等问题，因此自旋偶合在物理化学研究中有着重要的应用。
总之，自旋偶合是一种重要的物理学现象，它涉及到量子物理学、多体理论和物理化学等学科领域，在化学反应、分子物性、分子拓扑结构等方面都有重要的应用，因此自旋偶合在研究物理化学现象中仍然具有重要的价值。
第四章 核磁共振波谱法-氢谱 第四节
↓ ↓ 1/4
氢核相邻三个H原子，H核裂分为四重峰。强度比为1 ︰3 ︰3 ︰1
（4）裂分峰之间的峰面积或峰强度之比符合二项展开式 各项系数比的规律。（a+b）n n为相邻氢核数
n=1 （a+b）1
1︰1
n=2 （a+b）2
1︰2 ︰1
n=3 （a+b）3
1︰3︰3 ︰1
（5）氢核邻近有两组偶合程度不等的H 核时，其 中一组有n个，另一组有n’个，则这组H 核受两 组 H 核自旋偶合作用，谱线裂分成(n+1)(n’+1) 重峰。偶合程度相同时，谱线裂分成（n+n’+1)。
（4）两组氢核相互偶合的J值必然相等，即：Jab=Jba （5）氢核相互偶合的值变化很大，为1-50 。 通过双
数键偶合的为负值，用2J, 4J…表示，使用时用绝对 值；通过单键偶合的J为正值，用1J, 3J…表示。
（6）H 与H 的偶合常数可分为同碳偶合常数 、 邻碳 偶合常数 、 运程偶合常数 、 芳香族及杂原子化合 物偶合常数等（参考书上内容，P.120-P.128）。
若 X 核的自旋量子数 I =1/2，在外磁场 B0中 X 核有 两种不同取向 m = +1/2 和 m = -1/2，它们分别产生两个
强度相同（ B ），方向相反的小磁场，其中一个与外磁场 方向 B0相同，另一个与 B0相反。这时 A 核实际受到的磁 场强度不再是 B0（1-），而是［B0（1-）+ B ］和［B0 （1-）-B］，因此 A 核的共振频率应为：
（1）J 值的大小与B0无关。影响J值大小的主要因素是原子 核的磁性和分子结构及构象。因此，偶合常数是化合物分子
结构的属性。
（2）简单自旋偶合体系J值等于多重峰的间距，复杂自旋偶
协和博士研究生课程-自旋偶合与自旋分裂
3.3 自旋偶合的分裂规则
（2）CHACl2―CHX2Cl的自旋分裂 HA与两个HX相邻，每个HX有两个自旋取向，分
别用↑和↓表示。两个HX的自旋取向的组合形成3 种情况：
分别经价电子传递而在HA处产生3种局部磁场 （2ΔH，0，-2ΔH），影响HA共振时的外磁场强 度。因此，HA实际上受3种外磁场的作用：
3.5 与二级分裂有关的一些术语和概念
对映异位质子在非手性溶剂中为化学等 价质子，非对映异位质子在任何环境中都 是化学不等价质子。
3.5 与二级分裂有关的一些术语和概念
例如：1,3-二苯-1,3-二溴丙烷有两种光学异构体： 1R,3R型和1R,3S型。
Hc Hd
R
S
Ha
Hb Br
Br
3.5 与二级分裂有关的一些术语和概念
3Jab
3.5 与二级分裂有关的一些术语和概念
3.5.1 分子的对称性
C3
（1）对称因素
Cl
①对称轴(Cn) 如果分子沿某一轴
C
H
H
H
旋转2π/n能够复原，则
此轴叫做分子的n阶对
称轴，用Cn表示。
3.5 与二级分裂有关的一些术语和概念
②对称面σ 能将分子切成互为
镜象的两部分的平面， 称为分子的对称面， 用σ表示。
3.2 偶合机理
ee
ee
ee
H
13C
13C
H
12C
12C
ee H
ee
ee H
3.2 偶合机理
以邻偶系统 中， CHA CHX HA的两种自旋态对HX的共振 的影响为例，说明自旋偶合 的机理。
HA m=+1/2
HX m=-1/2
自旋偶合与自旋系统 - 自旋偶合与自旋系统
一、自旋偶合和自旋分裂
1.自旋偶合 核自旋产生的核磁矩间的相互干扰。
2.自旋分裂 由自旋偶合产生的峰裂分现象。
3. 峰裂分及其原因 -CH2CH3 R-CHR-CHR’2
在H-H偶合中，峰裂分是由于邻近碳原子上H核核磁 矩的存在，轻微改变了被偶合核的屏蔽效应，使吸收峰发 生裂分。
Cl CH CH Cl
Ha C
Hb
Cl C
Cl
磁等价
核 是 磁 等 价
或
Ha
Hc
化
CC
Ha,Hb,Hc化学不等价
学 等
Hb
Cl
价
？
CH3CH CCl CH3上3个H磁等价
四、自旋系统及命名原则
1. 自旋系统
分子中相互偶合的一些核 或核组构成一个自旋系统。
自旋系统是独立的，自旋系统内核才有偶合
CH3 CH2 CH2 AM X
7.55 8.0 O
X
3H 7.4
C CH3
2H
7.55 8.0
X
Y
8
7
X
X
六个H核 化学等价 磁等价
例：磁不等价
Ha
Fa
CC
Hb
Fb
H2' 3J H3'
Y 5J H4
H2 H3
Ha，Hb化学等价，磁不等价。 J Ha Fa≠J Hb Fa
H2'
H3'
X
Y
H2 H3
手 性 C 相 连 的 C 上 Ha ， Hb 磁 不等价（有最稳定构象）。
H1和H2化学不等价
哪 些
氢
Jac≠Jbc， 则c裂分为（1+1）×（1+1）=4重峰 Jbc≠Jab， 则b裂分为（1+1）×（1+1）=4重 峰
3、3自旋耦合与耦合常数
a.饱和型
1、二面角的影响：Karplus公式
例如：乙酰杜鹃素 JAX=4Hz,JBX=11Hz HB: 直立键（1800 ） HA： 平伏键（ 600 ）
2、取代基电负性影响
电负性升高，J邻下降，自由旋转化合物影响不大，固定 构象化合物与取代基的方向有关p123
（J同，2J，JH—C—H）： 一般为负值，数值与结构有关。大多数sp3杂化氢
为 -10~-15 赫 ， sp2 杂 化 为 +2~-2 赫 ， 环 丙 烷 类 为 3~-9。 A。电负性取代基影响：电负性增加，α氢J同增加， β氢J同降低。 B。邻位π键的影响（C=C、C=O等）：使J同减小。 C。∠HCH键角的影响：
A。电负性取代基影响 p121
B。邻位π键的影响
（C=C、C=O等）：使J同减小
C。 ∠HCH键角的影响
3.4.2邻位偶合常数 （J邻，3J，JH—C—C—H）： 一般为正值，自由旋转：~7赫，固 定构象：0-18赫
a.饱和型
b.烯型：J反>J顺，J顺：6-14Hz，J反：18Hz
取代基电负性增加，偶合常数变小。
多重峰的峰间距：偶合常数（J 单 位 Hz），用来衡量偶合作用的大小。
偶合常数的表示 JAB
3.3.2、峰裂分数与峰面积
1. 峰裂分
a）、n+1 规律----------峰裂分数： 相邻碳原子上的 n个质子数，使其裂分为n+1重峰；
n+1 规律可形象表述如下：
以Hd为观察核： 1）Jad≠Jbd≠Jcd 则Hd核共振峰的数目为： Nd=（na+1）(nb+1)(nc+1) 2)Jad≈Jbd≈Jcd，从外表上看： Nd=（na+nb+nc）+1。 3）Jad=Jbd=Jcd，则Nd=（na+nb+nc）+1。
自旋偶合与自旋裂分
3Hb
峰裂分数
1:3:3:1
1:1
H C CH3 H H C C H
1:2:1
1:1
峰裂分数
1:3:3:1
1:2:1
H H C C H H H CH3 C CH3 H
1:1 1:6:15:20:15:6:1
三. 耦合常数（J）
NMR的直接信息
自旋－自旋耦合，可反映相邻核的特征， 可提供化合物分子内相接和立体化学的信息
C
H H
J= 12 ~ 15
C=C
H H
J=0~ 3
2.邻碳偶合
NMR的直接信息
指间隔3个单键的质子之间的偶合，即相邻2个碳上 的质子之间的偶合。用 3J 表示
例如， H-C-C-H
3J=5~9Hz
3J的大小与2个质子之间的夹角有关，
(Karplus公式)
H Φ C C H
3J=A+BcosΦ+Ccos2Φ
Ha
Ha
Ha R2 R1 Hc Hd
R2 R3 R1
Hb Hc
R2 Hd R1
R3 Hc
R3
Ha
Hc
Hd
Ha
Hb
Hc
Ha
Hb
Hc
2
CDCl3
7.65
DMSO
7.65
5
2
7.60
5
7.55 7.50
7.62 7.61 7.61 7.60 7.60 7.60 7.59 7.59 7.58
7.67 7.67 7.66 7.65 7.65 7.63 7.62 7.62 7.61 7.61 7.60
7.60 7.55 7.50
3
3
自旋偶合及自旋
Ha COR C= C Hb Hc
3、远程偶合 （1）、丙烯键远程偶合
HA C HB
C
C HC
JAC=0~1.5HZ JBC=1.6~3.0 HZ
（2）、芳环和杂芳环上质子的远程偶合 分别用Jo、Jm、Jp来表示 Jo=6~10 HZ、Jm=1~3 HZ、Jp=0~1 HZ
（3）、W型（4JH-H）或折线型（5JH-H）偶合
CH3-CH=C=CHCl (C) (A) (B) JAB=5. 8Hz JBC=2. 4Hz
5、其它核对1H的偶合P119
（2）、乙烯型 A、当两个碳原子的杂化态都是SP2杂化时, 3JH-H值较 大。例如乙烯 3JH-H J顺 =11.7Hz ， J反 =19.0Hz，对 于无环形烯烃3J反式值在12~18Hz之间； B、与取代基的电负性有关，随取代基电负性增加， 3J H-H值减小；
C、与环体系中夹角的大小有关，当键角增加时， 3J H-H值减小。
（4）、磁全同的核之间也有偶合但是没有裂分现 象，谱线是单峰。
四、偶合常数与分子结构的关系的因素 偶合常数可分别用1J、2J、3J等表示： H-F 1J, H-C-H
2J，H-C-C-H 3J
1、同碳质子偶合常数 （ 2J＜0） A、谱图不表现裂分； B、受取代基电子效应的影响和键角的影响。
（1）、杂化形式（SP3 -10~-15Hz，SP2 2~-2Hz）； （2）、取代基的性质（CH4 -12.4Hz， CH3Cl -10.8Hz，CH2Cl2 -7.5Hz）； （3）、邻位π键的存在； （4）、成环的影响（环己烷 -12.6Hz， 环丁烷体系 -10.9~ -14Hz）。
3、偶合相互作用的一般规则 （1）、裂分峰数目 2nI + 1
自旋偶合名词解释
自旋偶合名词解释自旋偶合是的一种量子力学现象，指的是一个原子或分子的两个能级之间的能量耦合。
它可以将原子或分子的两个轨道中的自旋转变成三种以上的自旋状态，并且能在两个轨道中的自旋状态发生改变。
自旋偶合也叫做核旋磁偶合，是由于原子内电子的局部磁场和原子核内电子及核磁子之间的相互作用所引起的。
自旋偶合是量子力学中最为重要的现象之一，它涉及到原子和分子自旋在相互影响的过程中发生的改变。
其发现推动了量子力学的发展和理论的完善，发挥了重要的作用。
自旋偶合的发现是德国物理学家哈玻在1925年发表的一篇论文《自旋孤子交互论文》中提出来的，他提出自旋孤子之间由磁偶合构成，孤子之间可以通过磁场来交互作用而达成能量交换。
他的提出和研究也是自旋偶合理论发展的基础。
自旋偶合是一种无穷近视角下可以看到的自旋示态，它可以有效的帮助我们建立一种量子力学的框架，明确原子和分子的自旋级以及各自的性质。
从它的发现开始，量子力学的研究和理论进入了一个全新的阶段，它的发现推动了量子力学的发展和理论的完善。
通过自旋偶合的研究，这种量子力学现象的性质可以更加清晰的明确出来，也可以为物理学研究带来更多新的认识。
它涉及到量子力学和分子物理学的研究方面，也在物理化学、材料物理和其它研究领域发挥着重要作用。
它不仅有助于理解原子、分子自旋的性质，也为大量实验研究开拓了新方向，推动了量子物理和分子物理的研究方向的发展和完善。
自旋偶合的理论是量子力学的重要组成部分，它提供了一个完整的框架，可以有效的应用到物理化学、材料物理和其它研究领域中去。
它的研究也推动了量子力学发展和理论完善，给我们提供了一个完整、正确的框架，为研究原子和分子的自旋状态提供了一个新的视角。
总之，自旋偶合是一种量子力学现象，它对于量子力学的发展和理论的完善具有重要的作用。
它的研究为我们提供了一个完整、正确的框架，为我们理解原子和分子自旋状态提供了新的视角，并且也可以有效的应用到物理化学、材料物理和其它研究领域中去。
- 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、"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、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)。
12
Company name
远程偶合
超过三个键的偶合称为远程偶合(long-range co upling)，如芳烃的间位偶合和对位偶合都属于 远程偶合。远程偶合的偶合常数都比较小，一般 在0～3Hz之间。 常见的远程偶合有下列几种情况： 1、丙烯型偶合 2、高丙烯偶合 3、炔及叠烯 4、折线性偶合 5、W型偶合
4
单 (G qG -G G G
Company name
核的等价性
核的等价性包括化学等价和磁等价。 化学等价是立体化学中的一个重要概念。分子中有一组氢核, 它们的化学环境完全相同,化学位移也严格相同,则这组核称为化 学等价的核。 化学等价包括快速旋转化学等价和对称性化学等价。 快速旋转化学等价：若两个或两个以上的1H在单键快速旋转过 程中位置可对应互换则为化学等价。 对称性化学等价：分子构型中存在对称性(点 ，线， 面),通 过某种对称操作后,分子中可以互换位置的1H为化学等价.
对于氢谱，根据偶合质子间相隔化学键的数目可分为同碳 偶合（2J），邻碳偶合（3J）和远程偶合（相隔4个以上的 化学键）。一般通过偶数键的偶合常数（2J，4J等）为负 值，通过奇数键的偶合常数（3J，5J等）为正值。
7
Company name
偶合常数与分子结构的关系
同碳质子的偶合常数：
以2J或J同表示，2J一般为负值，但变化范围较大 影响2J的因素主要有： 1、杂化成分的影响 2、电负性取代基的影响 3、邻位∏键 响 4、环系的影响 5、末端双键类型的2J
5
Company name
核的等价性
磁等价——分子中有一组化学位移相同的核，若它 们对其他组中任何一个核的偶合均相等，则这组核 为磁等价核。
6
Company name
偶合常数
偶合常数(用J表示)也是核磁共振谱的重要数据，它与化合 物的分子结构关系密切。 偶合常数的大小与外磁场强度无关。 由于磁核间的偶合作用是通过化学键成键电子传递的，因 而偶合常数的大小主要与互相偶合的二个磁核间的化学键 的数目及影响它们之间电子云分布的因素（如单键、双键 、取代基的电负性、立体化学等）有关。 可用于判断有机化合物分子的结构。单位为赫(Hz)
8
Company name
邻碳质子的偶合常数（ 邻碳质子的偶合常数（3J, J邻）
饱和型邻位偶合常数； 烯型邻位偶合常数
9
Company name
饱和型邻位偶合常数
在饱和化合物中，通过三个单键（H-C-CH）的偶合叫饱和型邻位偶合。开链脂肪 族化合物由于σ键自由旋转的平均化，使 3J数值约为7Hz。3J的大小与双面夹角、取 代基电负性、环系因素有关。
3
Company name
n+1） 偶合原理 （n+1）规律
在一级谱中,氢原子受邻近碳上的氢的偶合产生裂分峰数的数目 可以用n+1规律计算： 若邻近碳上有n个相同种类的氢，则产生（n+1)个裂分峰；同一 组核若分别与n个和m个化学环境不同的核发生偶合时,裂分峰的数目 为(n+1)(m+1)。 自旋裂分时裂分峰的积分高度之比符合二项式(a+b)n展开式的系 数比。 n数 数 系数 项 开 系数 0 1 1 1 1 2 1 2 1 3 1 3 3 1 4 1 4 6 4 1 5 1 5 10 10 5 1
Ž`‰› 共
氢谱（1H-NMR) 氢谱（
—— ‰ž„Þˆ:Ž5
Contents
1 2 3 4 5
2
自旋偶合与自旋裂分 偶合原理和(N+1)原理 核的等价性 偶合常数 偶合常数与分子结构的关系
Company name
自旋偶合与自旋裂分
自旋偶合与自旋裂分邻近自旋核的影响
有机化合物分子中,邻近自旋核之间的相互 干扰称为自旋偶合； 自旋偶合导致化学位移相同的信号峰发生裂 分的现象称为自旋裂分。
10位偶合常数
烯氢的邻位偶合是通过二个单键和一个双 键（H-C=C-H）发生作用的。由于双键的 存在，反式结构的双面夹角为180o，顺式 结构的双面夹角为0o，因此J反大于J顺.
11
Company name
芳氢的偶合常数
芳环氢的偶合可分为邻、间、对位三种偶合，偶合常 数都为正值， 邻位偶合常数比较大，一般为6.0～9.4 Hz(三键)， 间位为0.8～3.1Hz（四键）， 对位小于0.59Hz（五键）。 一般情况下，对位偶合不易表现出来。苯环氢被取代后 ，特别是强拉电子或强推电子基团的取代，使苯环电子 云分布发生变化，表现出J邻、J间和J对的偶合，使苯环 质子吸收峰变成复杂的多重峰。
13
Company name
Thank You!
14
Company name