自旋偶合与自旋系统 - 自旋偶合与自旋系统
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。
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
(2021年整理)仪器分析第7章核磁共振波谱法
仪器分析第7章核磁共振波谱法编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（仪器分析第7章核磁共振波谱法）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为仪器分析第7章核磁共振波谱法的全部内容。
核磁共振波谱法最早美国两所大学1945年同时发现NMR。
哈佛的Pacell和Pound发现石腊质子有NMR现象,斯坦富大学的Bloch和Honson发现H2O中质子有NMR，且Pacell和Bloch因此而获得诺贝尔奖。
1953年第一台仪器商品化,当时仅30MHZ，现已有700MC的仪器（MC越高，分辩率越高）。
至今50多年发展中，这门学科共12位科学家获诺贝尔奖。
第一节概述到目前为止，我们所学的光谱分析中,⑴除荧光分析外，均为吸收光谱,今天开始学的NMR亦是吸收光谱; ⑵除原子吸收，其余均为分子吸收,所以NMR属于分子吸收光谱。
一。
产生：置于强磁场中吸收无线电波试样H1长波长电磁波照射原子核自旋能原子核能级分裂 1-10 m级跃迁（核磁矩改变而产生电流，此现象为核磁共振）测产生的感应电流 NMR光谱。
利用核磁共振光谱进行结构测定，定性及定量分析的方法称为核磁共振光谱法。
NMR谱获得方法有两种：⒈扫场:固定照射频率υ，依次改变磁场强度H0—-常用之⒉扫频：固定磁场强度H0，依次改变照射频率υ0P151 图17-1五个部分：磁铁：提供稳定的高强度磁场H扫场线圈：附加磁场,可调节D接收线圈：产生感应电流R照射线圈:与外磁场H0垂直60兆,90兆…兆数越高,图谱越精密,易解释。
注：三个线圈互相垂直，互不干扰。
二。
与Vis—UV，IR比较:都属于分子吸收光谱例: CH3CH2OH 紫外几乎无吸收（仅末端吸收)无π骨架红外有υOHNMR:OH,CH2,CH3三种类型H0NMR有H1，C13谱。
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。
仪器分析与波普解析重点复习文档
第一章紫外吸收光谱分析法一、紫外吸收光谱的产生1.概述紫外吸收光谱：分子中价电子能级跃迁。
波长范围：100-800nm.2.吸收曲线的讨论：(1)同一种物质对不同波长光的吸光度不同吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax(2)不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形；相似λmax不变。
(3)不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，在λmax处吸光度A的差异最大。
此特性可作作为物质定量分析的依据。
(4)在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。
吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。
(5)不同物质的λmax有时可能相同，但E max不一定相同.3.生色团和助色团（1）生色团最有用的紫外—可见光谱是由π→π＊和n→π＊跃迁产生的。
这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。
这类含有π键的不饱和基团称为生色团。
简单的生色团由双键或参键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基一N=N一、乙炔基、腈基一C三N等。
（2）助色团有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH2、-NHR、—X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收入200nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n→π＊共轭作用，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。
4.红移与蓝移λmax向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移(或紫移)。
吸收强度即摩尔吸光系数E增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应。
二、紫外—可见光谱吸收定律1、朗伯—比尔定律2、吸光度具有加和性：A=A1+A2+A3+……+An吸光度的加和性是测定混合组分的依据。
3、吸光系数和摩尔吸光系数（1）吸光系数(a)当c以g·L-1,b以cm表示时，吸光系数a单位为L·g-1·cm-1，此时吸收定律为：A=abc（2）摩尔吸光系数(ε)浓度c用mol·L-1，液层厚度b以cm为单位时，摩尔吸光系数ε单位为L·mol-1·cm-1,此时，吸收定律为A=εbc注：ε愈大，表示该物质对某波长光的吸收能力愈强，测定的灵敏度就愈高，因此进行吸收测量时，为了提高分析的灵敏度，必须选择摩尔吸光系数大的化合物，以及选择具有最大ε值的波长作入射光．4、偏离比尔定律的主要原因及减免方法（1）化学因素比尔定律只有在描述稀溶液对单色光的吸收时才是正确的，在较高浓度时（通常大于0.01mol·L-1）将引起偏差。
波谱分析第四章5自旋偶合与自旋裂分
22
（1）丙烯型偶合
通过三个单键和一个双键的偶合（H-C =C-C-H）； J 为负值（0～-3Hz）； 大小与双面夹角有关,θ为90°时偶合最强，θ为0°和 180°时偶合最小。
H
CH3
CC
13CH2F2
A 2M 2X
H
Cl
H
A A 'B B '
11
三、相互偶合的一般规则
1.一组相同的磁核,所具有裂分峰的数目： 由邻近的磁核数目(n)决定的 裂分峰数目 ＝ 2In＋1 当有不同的邻近时（n、n’） 裂分峰数目＝( n+1)(n’+1）
C l C l Hc C l C C C Hc
Ha Hb Hc
X Hb
C从OHH锯O、、齿HH型65 远JJ程均均偶约约合00..6，4HHz判z 断-OH 与–NO2形成氢键
26
1,1,2－三氯丙烷 Hb 与Ha和Hc的偶合 (Jab ≠ Jac) Hb ＝( n+1)(n’+1)＝ (1+1)(3+1)=8
2. 裂分峰强度比相当于二项式(a+b)n展开式的系数比
n=2 1:2:1;
n=3 1:3:3:1 ;
n=4 1:4:6:4:1
3.裂分峰以该质子化学位移为中心，峰形左右对称。
、Y、Z… (δ位于低场)；K、L △ν/J< 6用相差较近的字母表示
、M…(δ位于中场)；
AX、AMX、AB、ABC…等系统
（3）每一种磁全同的核的个数写在大写字母右下角。
（4）I=1/2的非氢核（13C、15N、19F
核磁共振波谱法作业题
核磁共振波谱法讲授内容第一节.概述第二节.基本原理第三节.化学位移第四节.自旋偶合和自旋系统第五节.核磁共振仪和实验方法第六节.氢谱的解析方法第七节.碳谱简介第一节.概述第二节.基本原理填空题1.原子核是否有自旋现象是由其自旋量子数Ⅰ决定的，Ⅰ为的核才有自旋，为磁场性核。
2.进行核磁共振实验时，样品要置于磁场中，是因为。
3.对质子（=×108T-1·s-1）来说，仪器的磁场强度如为，则激发用的射频频率为。
选择题1.下列原子核没有自旋角动量的是哪一种A．14NB．28SiC．31PD．33S2.下述核中自旋量子数I=1/2的核是B.19FE.12C3.1H核在外磁场中自旋取向数为4.若外加磁场的磁场强度H逐渐增大时，则使质子从低能级E跃迁至高能级E所需的能量：A.不发生变化B.逐渐变小C.逐渐变大D.不变或逐渐变小E.不变或逐渐变大简答题1.试述产生核磁共振的条件是什么2.一个自旋量子数为1/2的核在磁场中有多少种能态各种能态的磁量子数取值为多少3.哪些类型的核具有核磁共振现象目前的商品核磁共振仪主要测定是哪些类型核的核磁共振4.为什么强射频波照射样品会使NMR信号消失而UV与IR吸收光谱法则不消失。
计算题1.试计算在的磁场中，1H、13C的共振频率。
2.试计算在25o C时，处在磁场中13C高能态核与低能态核数目的比例。
第三节.化学位移填空题1.有A，B，C三种质子，它们的共振磁场大小顺序为B A＞B B＞B C，则其化学位移δ的大小顺序为。
2.有A，B，C三种质子，它们的屏蔽常数大小顺序为σA＞σB＞σC，试推测其共振磁场B的大小顺序为。
3.在化合物CH3X中，随着卤原子X的电负性增加，质子共振信号将向磁场强度方向位移。
选择题1.不影响化学位移值的因素是：A.核磁共振仪的磁场强度B.核外电子云密度C.磁的各向异性效应D.所采用的内标试剂E.使用的溶剂2.在下列化合物中，质子化学位移（ppm）最大者为：F33.CH3X中随X电负性增大，H核信号：A.向高场位移，共振频率增加B.向高场位移，共振频率降低C.向低场位移，共振频率增加D.向低场位移，共振频率降低E.变化无规律4.在磁场中质子周围电子云起屏蔽作用，以下几种说法正确的是：A.质子周围电子云密度越大，则屏蔽作用越小B.屏蔽作用与质子周围的电子云密度无关C.屏蔽越小，共振磁场越高D.屏蔽越大，共振频率越高E.屏蔽越大，化学位移δ越小5.抗磁屏蔽效应和顺磁屏蔽效应对化学位移有重要贡献，结果是：A.抗磁屏蔽使质子去屏蔽，顺磁屏蔽使质子屏蔽B.抗磁屏蔽使质子的共振信号向低场位移，顺磁屏蔽使质子的共振信号向高场位移C.抗磁屏蔽使质子的δ值增大，顺磁屏蔽使质子的δ值减小D.抗磁屏蔽使质子的δ值减小，即产生高场位移；顺磁屏蔽使质子的δ值增大，即产生低场位移E.抗磁屏蔽和顺磁场屏蔽均使质子去屏蔽6.乙烯质子的化学位移值(δ)比乙炔质子的化学位移值大还是小其原因是什么A．大，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在屏蔽区，乙炔质子处在去屏蔽区；B．大，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在去屏蔽区，乙炔质子处在屏蔽区；C．小，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在去屏蔽区，乙炔质子处在屏蔽区；D．小，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在屏蔽区，乙炔质子处在去屏蔽区。
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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
2. 偶合常数（J）
简单偶合（ 10 )
J
高级偶合（ ＜10）
J
偶合常数是峰裂分的距离
需计算偶合常数
J大小反映核间偶合作用强弱。 J与外加磁场大小(H0)无关。
影响J的因素
（1）偶合核间相隔的键数（键数多，J绝对值↓）
OH X 烷基
AA'BB'C 复杂峰 （ A B B 'C C） '
2）对取代苯
X XY
A 4系统
单峰
X Y AA'BB'系统 双二重峰 X,Y至少一个非烷基 Y X Y 但X,Y均为烷基 A4系统 单峰
3）邻取代苯
X
X Y 烷基 A4系统
Y
X Y 烷基 AA'BB' 双二重峰
X Y 烷基 ABCD系统 复杂峰
Ha除了受H0影响，还受Hb影响，相当于相邻C上 有两块小磁铁，由于质子自旋有两种取向，二个 Hb有4种组合：
↑↑
Hb1Hb2
顺磁场
↓↑
Hb1Hb2
↓↑
↓↓
Hb1Hb2
Hb1Hb2
逆磁场
分裂图
分裂图：
二、自旋分裂的规律
1. n+1律 (I 1 )
2
某基团上的H与n个H相邻时，峰裂分为n+1重峰
Cl-CH2-CH2-Cl A4系统
-CH2-CH3
A2X3 系统
-CH2-CH2-CH3
A2M2X3 系统
AX系统
AX6 系统
A1 A3 A3
(2) 二级图谱
高级偶合（Δν ＜ 10 ）产生的图谱又称为 J
高级图谱
特点（297页）
二级图谱举例： 1）单取代苯
X X 烷基
A5系统 磁等价单峰
实际上：峰裂分为2nI 1 重峰.
峰高比服从二项式展开式系数比：
返回
（1）偶合常数相等，峰裂分为（n + n′+…)+1重峰
a cb
H3C CH CH2 COOH Br
Jac= Jbc
3 + 2 + 1 = 6 重峰
（2）偶合常数不等，峰裂分为（n+1）（n`+ 1）重峰
例：
Ha
Hc
CC
Hb
F
ab c d
e
五组氢核均为磁等价核
பைடு நூலகம்
磁等价核的特点：
①组内核化学位移相等。 ②与组外核偶合时，偶合常数相等。 ③无组外核时，组内核偶合，但峰不分裂。 如：CH3I组内核偶合，不分裂单峰
例：磁等价
H CH H
三个H核 化学等价 磁等价
H HCF
F
二个H核 化学等价 磁等价
H H2 H HCCCH
HH
矩干扰小）
180° J 最大
（3）基团的电负性
CH3 CH2 X
偶合作用靠电子传递： X原子电负性↑，J↓。
三、化学等价和磁等 价
1. 化学等价 化学位移相同的核称为化学等价核。
Cl
Ha
Hb Ha与Hb 化学等价
Hc
Hd NH2
Hc与Hd
2. 磁等价
分子中一组化学等价核与组外任何核都有相同强 度的偶合 （J相等），这组核称为磁等价核。
Cl
Ha
Ha'
Hb
Hb'
NH2
AA’BB’
CH3 a
CH3 O CH
A3
c CH3 b
AX6
CH3 CH2 CH2 A3 M2 X2
O CH2
CH3
A3M2X2
A2M3
五、核磁图谱的分类
（1）一级图谱
简单偶合（ 10）产生的图谱 一级图谱
J
特征：？
举例：Cl2-CHR-CH2-Cl AX2系统
O CH2CH3
二个系统
2. 自旋系统的命名原则
（1）化学位移相同的核为一组，用一个大写 字母表示（A）。磁等价核An表示。 （2）核或核组之间：
1（ 0 简单偶合），用A, X或A，M，X表示
J
＜1（ 0 高级偶合），用A，B，C表示（连续的英文字母）
J
（3）组内核磁等价，字母右下脚用数字表示 组内核磁不等价，化学等价，AA’或BB’表示
a. 偕偶（同碳偶合）：2J = 2 Hz
H
Ha—C—Hb
HCH
sp3杂化图上看不到（不裂分）
b. 邻偶（3J） 3J = 6 ~ 8 Hz
Ha—C—C—Hb→峰裂分
c. 远程偶合（4个键以上）
H
环能看到裂分：间J = 2 ~ 4 Hz，对J = 0 ~ 2 Hz H
H
（2）键的角度
90° J 最小（核磁