2021年特征质子的化学位移
核磁共振氢谱-(PMR或1HNMR)【范本模板】

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。
波谱分析 第四章 3NMR与化学位移

= / (2 ) B实= [ / (2 ) ] B0(1- ) ——
共振方程式
由于屏蔽作用的存在,氢核产生共振需要更大的外磁场 强度,来抵消屏蔽影响。
97
化学位移:
= [ / (2 ) ](1- )B0 是核的化学环境的函数。有机化合物中, 各种氢核周围的电子云密度不同,值不同,
取代基 -OR S邻 0.45 S间 0.10 S对 0.40
a
b
a = 7.30 -(0.45+0.10)=6.75 b = 7.30 -(0.45+0.10)=6.75
-OH
-COR
0.45
-0.70
0.10
-0.25
0.40
-0.10
稠环芳烃因抗磁环流的去屏蔽效应增强,芳氢低场位移
7.81 8.31 7.91 7.39 7.46
/ppm
4.30 3.40 3.10 2.70 2.20 0.20
(b)多取代比单取代有较强的效应, 值移向低场。
化合物 /ppm CHCl3 7.27 CH2Cl2 5.30 CH3Cl 3.05
(c)诱导效应 是通过成键电子传递的,取代基的影响随 距离的增大而迅速降低,通常相隔三个以上碳原子的质子 几乎没有影响。
四、活泼氢的化学位移
峰形有一定的特征 酰胺,羧酸缔合峰为宽峰 醇,酚类的峰形较钝 氨基,硫基峰形较尖
活泼氢由于相互交换及氢键形成的影响, 值很不固定.
ROHb + R’OHa
ROHa + R’OHb
abs = Naa + Nbb
abs - 表观化学位移 N - 氢原子摩尔分数
0.00
C
C H
特征质子的化学位移

R2CHCOOR
2~2、2
RCH2F
4~4、5
RCOOCH3
3、7~4
RCH2Cl
3~4
RC≡CCOCH3
2~3
RCH2Br
3、5~4
RNH2或R2NH
0、5~5(峰不尖锐,常呈馒头形)
RCH2I
3、2~4
ROH
0、5~5、5(温度、溶剂
、浓度改变时影响很大)
RCONRH或ArCONRH
5~9、4
[1]
烷烃
甲烷氢的化学位移值为0、23,其它开链烷烃中,一级质子在高场δ≈9处出现,二级质子移向低场在δ≈1、33处出现,三级质子移向更低场在δ≈1、5处出现。例如:
烷烃
CH4
CH3—CH3
CH3—CH2—CH3
(CH3)3CH
δ
0、23
0、86
0、86
0、91
1、33
0、91
0、86
1、50
甲基峰一般具有比较明显的特征,亚甲基峰与次甲基峰没有明显的特征,而且常呈很复杂的峰形,不易辨认。当分子中引人其它官能团后,甲基、次甲基及亚甲基的化学位移会发生变化,但其δ值极少超出0、7~4-5这一范围。
特征质子的化学位移
由于不同类型的质子化学位移不同,因此化学位移值对于分辨各类质子就是重要的,而确定质子类型对于阐明分子结构就是十分有意义的。下表列出了一些特征质子的化学位移,表中黑体字的H就是要研究的质子。
苯胺的波谱综合分析

苯胺的波谱综合分析
物理性质: 外观与性状:无色或微黄色油状液体,有强烈气味。
熔点(℃):-6.2
相对密度(水=1):1.02
沸点(℃):184.4
相对蒸气密度(空气=1):3.22
分子式:C6H7N
分子量:93.12
化学性质: 有碱性,能与盐酸化合生成盐酸盐,与硫酸化合成硫酸盐。
能起卤化、乙酰化、重氮化等作用。
遇明火、高热可燃。
与酸类、卤素、醇类、胺类发生强烈反应,会引起燃烧。
结构式:
1.苯胺-IR
1176cm-1处表明有 C-N
1498cm-1与1601cm-1处表明有苯环
3429cm-1处表明有 N-H
2.苯胺-MS
93.0处代表分子离子峰M+,而且因为77.0处及以下比例较小可以看出苯环在此实验条件下大多断裂成碎片。
3.苯胺-HNMR
3.55处表明是 RNH2(氨基)特征质子的化学位移
6.64;6.73;
7.12处表明是 Ar-H(芳香型)特征质子的化学位移
4.苯胺-UV
在苯胺分子中,氨基的n电子由于p-π共轭向苯环转移,导致苯胺的B带红移至280nm,且强度增加。
苯胺在酸性溶液中转变为铵正离子时,由于质子与氨基的n电子结合,而不再与苯环的电子共轭。
这种离子吸收带的位置和强度变得与苯相似,结果苯胺的吸收带紫移至于苯相同的位置。
λmax 203.5 230 203
ε 7000 8600 7500
PS:苯胺的紫外光谱实在难以找到,只能找到最大吸收波长。
丙酮质子的相对化学位移2.1,这种质子共振吸收处于tms的低场

丙酮质子的相对化学位移2.1,这种质子共振吸收处于tms的低场1. 引言1.1 概述丙酮是一种常见的有机溶剂和化工原料,广泛应用于化学合成、药物制造、涂料和染料等领域。
在有机化学研究中,通过核磁共振(NMR)技术可以对丙酮分子进行分析和表征。
其中,丙酮质子的相对化学位移则是一个重要的参数,可以给出关于丙酮分子结构和其它相关性质的信息。
1.2 文章结构本文将首先概述丙酮质子相对化学位移的背景和意义,然后详细介绍质子共振吸收处于三甲基硅烷(TMS)低场下的解释原理。
接着,我们将探讨影响丙酮质子相对化学位移的因素,并通过实验数据分析来验证这些因素在实际情况中的作用。
最后,我们将讨论丙酮质子相对化学位移与其结构之间可能存在的关系,并展望未来研究在此领域中的重要意义。
1.3 目的本文旨在系统地讲解丙酮质子相对化学位移及其相关内容,并深入分析影响丙酮质子相对化学位移的因素。
通过本文的阐述,读者将能够更好地理解丙酮质子相对化学位移与结构之间的关系,并对该领域的未来研究方向有所了解。
以上就是本文章“1. 引言”部分的详细内容,希望能满足您的需求。
如有任何问题,请随时提问。
2. 正文:2.1 丙酮质子的相对化学位移概述在核磁共振(NMR)光谱中,丙酮的质子信号是一个常见的实验信号。
相对化学位移是指某个原子核在强加外磁场下的共振频率与参考物质(通常为四甲基硅烷,简称TMS)的共振频率之比。
丙酮质子的相对化学位移被测定为2.1,在一般实验条件下,这个数值较为稳定。
2.2 质子共振吸收处于TMS的低场解释TMS作为一个标准参考物质,其H-NMR谱图中包含一个定义为零点的信号。
这个信号被定义为0 ppm (部分百万)。
而丙酮所产生的信号出现在更高场(消化位置),意味着它比TMS更受外界磁场影响。
这种低场位移可以通过电荷环境、溶剂效应以及分子构象等因素来解释。
2.3 影响丙酮质子相对化学位移的因素有多种因素会影响丙酮质子相对化学位移。
核磁共振化学位移

HO
O CH3
7.85ppm 7.48ppm 7.54ppm
7.26ppm
6.84ppm 7.18ppm 6.90ppm
苯甲醚
苯甲醛
溴甲烷
溴乙烷
1-溴丙烷
H 7.27
7.78
Ha
A
H
OH
C=O
H 6.73
H 7.81
OCH3 Hb
6.70
8.58
Ha1 O
COCH3
OCH3 B
Hb 8.08 Ha2 C 7.94
Cl CH2 H Cl2 CH H Cl3 C H
3.05 5.30 7.27
基团距离越远,受到的影响越小
CH3 CH2 CH2 Br
1.25 1.69 3.30
CH3F CH3OH CH3Cl CH3Br CH3I CH3-H
/ppm 4.26
3.40
3.05
2.68
2.16
0.23
cba
正屏蔽:
由于结构上的变化或介质的影响使氢核外
电子云密度增加,或者感应磁场的方向与外磁
场相反,则使谱线向高磁场方向移动(右移), 值减小,亦叫抗磁性位移。
去屏蔽:
由于结构上的变化或介质的影响使氢核外
电子云密度减少,或者感应磁场的方向与外磁
场相同,则使谱线向低磁场方向移动(左移), 值增加,亦称顺磁性位移。
优点:
12个氢处于完全相同的化学环境,只有一个 峰,
电负性 Si C, 屏蔽作用很高,一般质子的 吸收峰都出现在它的左边-----低场,
沸点低,27oC,易挥发,能与许多有机溶剂 相溶。
标准:四甲基硅(TMS),δ=0
TMS的化学位移最大,但规定 TMS=0,
1175《仪器分析》西南大学网教19秋作业答案

1175 20192单项选择题1、 水分子有几个红外谱带,波数最高的谱带对应于何种振动 ?.4 个,弯曲 . 2 个,对称伸缩. 2 个,不对称伸缩 .3 个,不对称伸缩2、关于MS ,下面说法正确的是( ). 质量数最大的峰为分子离子峰 . A,B,C 三种说法均不正确. 质量数第二大的峰为分子离子峰 .强度最大的峰为分子离子峰3、 在液相色谱法中,按分离原理分类,液固色谱法属于. 排阻色谱法 . 分配色谱法. 离子交换色谱法 .吸附色谱法4、色谱分析法中的定性参数是( ). 保留值. 半峰宽 .峰面积.基线宽度5、某化合物分子式为C6H14O, 质谱图上出现m/z59(基峰)m/z31以及其它弱峰m/z73,m/z87和m/z102. 则该化合物最大可能为.E. 己醇-2.乙基丁基醚.正己醇.二丙基醚6、为测定某组分的保留指数,气相色谱法一般采取的基准物是.正构烷烃.正丁烷和丁二烯.正庚烷.苯7、分子式为C9H9ClO3的化合物,其不饱和度为(). 4. 6. 5. 28、并不是所有的分子振动形式其相应的红外谱带都能被观察到,这是因为.分子中有些振动能量是简并的.因为分子中有C、H、O 以外的原子存在.分子既有振动运动,又有转动运动,太复杂.分子某些振动能量相互抵消了9、在100MHz仪器中,某质子的化学位移δ=1ppm,其共振频率与TMS相差.C. 100Hz.1Hz.200Hz.50Hz10、在溴己烷的质谱图中,观察到两个强度相等的离子峰,最大可能的是:.m/z 为15 和29.m/z 为29 和95.m/z 为95 和93.m/z 为93 和1511、某一化合物在紫外吸收光谱上未见吸收峰, 在红外光谱的官能团区出现如下吸收峰:1700cm-1左右, 则该化合物可能是.芳香族化合物.酮.醇.烯烃12、下列化合物中,质子化学位移值最大的是().CH3F.CH4.CH3Br.CH3I13、CH3CH2Cl的NMR谱,以下几种预测正确的是.CH2中质子比CH3中质子屏蔽常数大.CH2中质子比CH3中质子外围电子云密度小.CH2中质子比CH3中质子共振磁场高.CH2中质子比CH3中质子共振频率高14、根据范第姆特议程式,指出下面哪种说法是正确的.最佳流速时,塔板高度最大.最佳塔板高度时,流速最小.最佳流速时,塔板高度最小.最佳塔板高度时,流速最大15、下列数据中,哪一组数据所涉及的红外光谱区能够包括CH3CH2COH的吸收带. A. 3300—3010cm-1, 1900—1650cm-l,1000——650cm-1.3000—2700cm-1,1675—1500cm-1,1475—1300cm一1.3000—2700cm-1, 1900—1650cm-1, 1475——1300cm-1.3300—3010cm-1,1675—1500cm-1, 1475—1300cm-116、CH3CH2Cl的NMR谱,以下几种预测正确的是.CH2中质子比CH3中质子外围电子云密度小.CH2中质子比CH3中质子共振磁场高.CH2中质子比CH3中质子屏蔽常数大.CH2中质子比CH3中质子共振频率高17、乙炔分子的平动、转动和振动自由度的数目分别为.2,3,7.3,2,7.2,3,3.3,2,818、在液相色谱中,为了改变色谱柱的选择性,可以进行如下哪些操作?.改变填料的粒度和柱长.改变固定相的种类或柱长.改变固定相的种类和流动相的种类.改变流动相的种类或柱子19、塔板理论不能用于.塔板高度计算.解释色谱流出曲线的形状.塔板数计算.解释色谱流出曲线的宽度与哪些因素有关20、利用大小不同的分子在多孔固定相中的选择渗透而达到分离的色谱分析法称为.吸附色谱法.分配色谱法.分子排阻色谱法.离子交换色谱法21、在含羰基的分子中,增加羰基的极性会使分子中该键的红外吸收带. F. 不移动.向低波数方向移动.稍有振动.向高波数方向移动22、在红外光谱分析中,用KBr制作为试样池,这是因为.KBr 晶体在4000~400cm-1 范围内不会散射红外光.在4000~400 cm-1 范围内,KBr 对红外无反射.KBr 在4000~400 cm-1 范围内有良好的红外光吸收特性.KBr 在4000~400 cm-1 范围内无红外光吸收多项选择题23、液液分配色谱中,对载体的要求是().与固定相之间有着较大吸引力.多孔.惰性.对被测组分有一定吸附力24、LC-MS联用中,可以采用的流动相包括().乙酸铵.甲酸.磷酸.氨水25、质谱中常用的质量分析器有().电磁式双聚焦质量分析器.Q.磁式单聚焦质量分析器.MALDI26、下列现象表明电磁辐射波动性的有().反射.衍射.折射.发射27、常用于衡量色谱柱柱效的物理量是().理论塔板数.塔板高度.色谱峰宽.保留体积28、测试NMR时常用内标为TMS,它具有以下特点().硅的电负性比碳小.结构对称,出现单峰.TMS质子信号比一般有机质子信号处于更高场.沸点低且易溶于有机溶剂29、高效液相色谱中,选择流动相时应注意().对被分离的组分有适宜的溶解度.黏度大.与检测器匹配.与固定相不互溶30、气相色谱中,影响组分容量因子的主要因素有().固定液性质.柱长.柱温.载气种类31、两组分在分配色谱柱上分离的原因是().在固定液中的溶解度不同.结构上的差异.极性不同.相对校正因子不同32、使质子化学位移值出现在低场的原因().形成氢键.去屏蔽效应.屏蔽效应.与电负性大的基团相连33、醇类化合物形成氢键后,vOH吸收峰的特征表现为().峰位向高频移动,且峰强变大.峰位向低频移动,在3300~3500cm-1.形成氢键后vOH变为尖窄的吸收峰.峰强增大,峰形变宽34、能使两组分的相对比移值发生变化的因素有().改变薄层厚度.改变固定相种类.改变展开剂组成.改变固定相的粒度35、气相色谱法中常用的载气有().氦气.氮气.氧气.氢气36、属于色谱-质谱联用的技术是().GC-FTIR.LC-FTIR.LC-MS.CE-MS37、影响电泳速度大小的因素有().电场强度E.毛细管长度.介质特性.粒子离解度38、一个含多种阴阳离子及一种中性分子的混合物,可使用的分离方法是().环糊精电动毛细管色谱法.胶束电动毛细管色谱法.毛细管凝胶电泳法.毛细管区带电泳法39、高效液相色谱中,影响色谱峰扩展的因素是().柱压效应.分子扩散项.涡流扩散项.传质扩散项40、在X射线,紫外光、红外光、无线电波四个电磁波谱区中,关于X 射线的描述正确的是.波长最长.波数最大.波长最短.频率最小41、质谱图中分子离子峰的辨认方法是().分子离子峰的m/z应为偶数.分子离子必须是一个奇数电子离子.分子离子峰与邻近碎片离子峰的质量差应该合理.分子离子峰的质量应服从氮律42、酸度对显色反应影响很大,这是因为酸度的改变可能影响().反应产物的稳定性.显色剂的浓度.反应产物的组成.被显色物的存在状态43、下列化合物中,其红外光谱能出现vC=O吸收峰的有().醇.酮.醛.酯主观题44、在红外光区域内可能有哪些吸收?参考答案:在红外光谱区域内可能有以下吸收:3500~77500px-1,两个不太强的尖峰, NH伸缩振动峰;2960~2870 cm-1,双峰为υCH(-CH3);2930~2850 cm-1至少有两个峰,亚甲基的C-H伸缩振动;2270~2100 cm-1尖锐的峰,炔的C-C伸缩振动;1475~1300 cm-1 δC-H的弯曲振动。
氢的化学位移

各向异性效应
芳环 叁键 羰基 双键 单键
在分子中处于某一化学键的不同空间位置上的核受到不同的屏 蔽作用,这种现象称为各向异性效应,这是因为由电子构成的化 学键在外磁场的作用下,产生一个各向异性的附加磁场,使得某 些位置的核受到屏蔽,而另一些位置上的核则为去屏蔽.
磁各向异性效应: A.双键碳上的质子
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。
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)。一般通过双数键的偶合常数(2J, 4J等)为负值,通过单数键的偶合常数(3J,5J等)为 正值。
同碳质子的偶合常数(2J,J同)
以2J或J同表示,2J一般为负值,但变化范围较大
屏蔽效应
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
预测化合物中各组氢的裂分情况
5.3 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。 偶合常数,单位为赫(Hz)
- 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)。
特征质子的化学位移欧阳光明(2021.03.07)由于不同类型的质子化学位移不同,因此化学位移值对于分辨各类质子是重要的,而确定质子类型对于阐明分子结构是十分有意义的。
下表列出了一些特征质子的化学位移,表中黑体字的H是要研究的质子。
特征质子的化学位移质子的类型化学位移质子的类型化学位移RCH30.9ArOH4.54.7(分子内缔合10.5~16)R2CH21.3R3CH1.5R2C=CR—OH15~19(分子内缔合)0.22RCH2OH3.4~4R2C=CH24.5~5.9 ROCH33.5~4R2C=CRH5.3RCHO9~10R2C=CR—CH3 1.7RCOCR2—H 2~2.7RC≡CH7~3.5HCR2COOH 2~2.6ArCR2—H2.2~3R2CHCOOR 2~2.2RCH2FRCOOCH33.7~4RCH2Cl3~4RC≡CCOCH32~3RCH2Br3.5~4RNH2或R2NH0.5~5(峰不尖锐,常呈馒头形)RCH2I3.2~4ROH0.5~5.5(温度、溶剂、浓度改变时影响很大)RCONRH或ArCONRH5~9.4[1]烷烃甲烷氢的化学位移值为0.23,其它开链烷烃中,一级质子在高场δ≈9处出现,二级质子移向低场在δ≈1.33处出现,三级质子移向更低场在δ≈1.5处出现。
例如:CH4CH3—CH3CH3—CH2—CH3(CH3)3CHδ0.230.860.860.911.330.910.861.50甲基峰一般具有比较明显的特征,亚甲基峰和次甲基峰没有明显的特征,而且常呈很复杂的峰形,不易辨认。
当分子中引人其它官能团后,甲基、次甲基及亚甲基的化学位移会发生变化,但其δ值极少超出0.7~45这一范围。
环己烷的各向异性屏蔽效应[1]环烷烃能以不同构象形式存在,未被取代的环烷烃处在一确定的构象中时,由于碳碳单键的各向异性屏蔽作用,不同氢的δ值略有差异。
例如,在环己烷的椅型构象中,由于CI上的平伏键氢处于C⑵—C⑶键及C⑸—C⑹键的去屏蔽区,而CI上的直立键氢不处在去屏蔽区,(图环己烷的各向异性屏蔽效应)。
所以平伏键氢比直立键氢的化学位移略高0.2~0.5。
在低温(100℃)构象固定时,NMR谱图上可以清晰地看出两个吸收峰,一个代表直立键氢,一个代表平伏键氢。
但在常温下,由于构象的迅速转换(图环己烷构象的转换),一般只看到一个吸收峰(见右图)。
环己烷构象的转换[1]其它未取代的环烷烃在常温下也只有一个吸收峰。
环丙烷的δ值为0.22,环丁烷的δ值为1.96,别的环烷烃的δ值在1.5左右。
取代环烷烃中,环上不同的氢有不同的化学位移,它们的图谱有时呈比较复杂的峰形,不易辨认。
[1]C6D11H在不同温度下的1HNMR谱[1]烯烃烯氢是与双键碳相连的氢,由于碳碳双键的各向异性效应,烯氢与简单烷烃的氢相比δ值均向低场移动3~4乙烯氢的化学位移约为5.25,不与芳基共轭的取代烯氢的化学位移约在4.5~6.5范围内变化,与芳基共轭时δ值将增大。
乙烯基对甲基、亚甲基、次甲基的化学位移也有影响。
例如:化合物CH4CH3—CH=CH2CH3—CH3CH3—CH2—CH=CH2(CH3)2CH2(CH3)2CH—CH=CH2δ0.231.710.860.861.002.001.331.73从上面的数据可以看出,同碳上有乙烯基的氢δ值约在 1.59~2.14之间,变化较大,邻碳上有乙烯基的氢,δ值变化较小。
[1]炔烃炔基氢是与三键碳相连的氢,由于炔键的屏蔽作用,炔氢的化学位移移向高场,一般δ=1.7~35 处有一吸收峰。
例如,HC≡CH(1.80),RC≡CH(1.73~1.88),ArC≡CH(2.71~337),—CH=CHC≡CH(2.60~ 3.10),—C≡C—C≡CH(1.75~2.42),CH3C≡CC≡CC≡CH(1.87)。
HC≡C—若连在一个没有氢的原子上,则炔氢显示一个尖锐的单峰。
炔基对甲基、亚甲基的化学位移有影响,与炔基直接相连的碳上的氢化学位移影响最大,其δ值约为1.8~2.8。
[1]芳烃由于受π电子环流的去屏蔽作用,芳氢的化学位移移向低场,苯上氢的δ=7.27。
萘上的质子受两个芳环的影响δ值更大,α质子的δ为7.81,β质子的δ为7.46。
一般芳环上质子的在δ值在6.3~8.5范围内,杂环芳香质子的δ值在6.0~9.0范围内。
[1]卤代烃由于卤素电负性较强,因此使直接相连的碳和邻近碳上质子所受屏蔽降低,质子的化学位移向低场方向移动,影响按F,Cl,Br,I的次序依次下降。
与卤素直接相连的碳原子上的质子化学位移一般在δ=2.16~4.4之间,相邻碳上质子所受影响减小,δ=1.25~1.55之间,相隔一个碳原子时,影响更小,δ= 1.03~1.08之间。
[1]其他醇的核磁共振谱的特点参见后文。
醚αH的化学位移约在 3.54附近。
酚羟基氢的核磁共振的δ值很不固定,受温度、浓度、溶剂的影响很大,只能列出它的大致范围。
一般酚羟基氢的δ值在4~8范围内,发生分子内缔合的酚羟基氢的δ值在10.5~16范围内。
羧酸H的化学位移在2~2.6之间。
羧酸中羧基的质子由于受两个氧的吸电子作用,屏蔽大大降低,化学位移在低场。
R2CHCOOH δH=10~12。
胺中,氮上质子一般不容易鉴定,由于氢键程度不同,改变很大,有时N—H和C一H质子的化学位移非常接近,所以不容易辨认。
一般情况在αH δH=2.7~3.1,βH δ=1.1~1.71。
NH δ=0.5~5,RNH2,R2NH的δ值的大致范围在0.4~3.5,ArNH2,ArzNH,ArNHR的δ值的大致范围在2.9~4.8之间。
[1]羧酸衍生物酯中烷基上的质子RCOOCH2R的化学位移δH=3.7~4。
酰胺中氮上的质子RCONHR 的化学位移,一般在δ= 5~9.4之间,往往不能给出一个尖锐的峰。
羰基或氮基附近α碳上的质子具有类似的化学位移= 2~3,例如,CH3COCl δH=2.67,CH3COOCH3 δH=2.03,RCH2COOCH3 δH=2.13,CH3CONH2 δH= 2.08,RCH2CONH2 δH=2.23,CH3CN δH=1.98,RCH2CN δH=2.30。
[1]偶合常数自旋偶合和自旋裂分两张图谱分别是低分辨核磁共振仪和高分辨核磁共振仪所作的乙醛(CH3CHO)的PMR图谱。
对比这两张图谱可以发现,用低分辨核磁共振仪作的图谱,乙醛只有两个单峰。
在高分辨图谱中,得到的是二组峰,它们分别是二重峰、四重峰。
乙醛在低分辨图谱和高分辨图谱中峰数不等是因为在分子中,不仅核外的电子会对质子的共振吸收产生影响,邻近质子之间也会因互相之间的作用影响对方的核磁共振吸收。
并引起谱线增多。
这种原子核之间的相互作用称为自旋自旋偶合(spinspin coupling),简称自旋偶合(spin coupling)。
因自旋偶合而引起的谱线增多的现象称为自旋自旋裂分,简称自旋裂分。
[1]乙醛的低分辨核磁共振谱图[1]乙醛的高分辨核磁共振谱图[1]自旋耦合的起因谱线裂分是怎样产生的?在外磁场的作用下,质子是会自旋的,自旋的质子会产生一个小的磁矩,通过成键价电子的传递,对邻近的质子产生影响。
质子的自旋有两种取向,假如外界磁场感应强度为自旋时与外磁场取顺向排列的质子,使受它作用的邻近质子感受到的总磁感应强度为B0+B',自旋时与外磁场取逆向排列的质子,使邻近的质子感受到的总磁感应强度为B0B',因此当发生核磁共振时,一个质子发出的信号就分裂成了两个,这就是自旋裂分。
一般只有相隔三个化学键之内的不等价的质子间才会发生自旋裂分的现象。
[1]偶合常数自旋偶合的量度称为自旋的偶合常数(coupling constant),用符号J表示,J值的大小表示了偶合作用的强弱J的左上方常标以数字,它表示两个偶合核之间相隔键的数目,J的右下方则标以其它信息。
就其本质来看,偶合常数是质子自旋裂分时的两个核磁共振能之差,它可以通过共振吸收的位置差别来体现,这在图谱上就是裂分峰之间的距离。
偶合常数的大小与两个作用核之间的相对位置有关,随着相隔键数目的增加会很快减弱,一般来讲,两个质子相隔少于或等于三个单键时可以发生偶合裂分,相隔三个以上单键时,偶合常数趋于零。
例如在丁酮中,Ha与Hb之间相隔三个单键,因此它们之间可以发生偶合裂分,而Ha与Hb或Hb与Hc之间相隔三个以上的单键,它们之间的偶合作用极弱,也即偶合常数趋于零。
但中间插人双键或三键的两个质子,可以发生远程偶合。
化学位移随外磁场的改变而改变。
偶合常数与化学位移不同,它不随外磁场的改变而改变。
因为自旋偶合产生于磁核之间的相互作用,是通过成键电子来传递的,并不涉及外磁场。
因此,当由化学位移形成的峰与偶合裂分峰不易区别时,可通过改变外磁场的方法来予以区别。
[1]磁等价磁不等价性在分子中,具有相同化学位移的核称为化学位移等价的核。
分子中两相同原子处于相同的化学环境时称为化学等价(chemical equivalence),化学等价的质子必然具有相同的化学位移,例如CH2Cl2中的两个1H是化学等价的,它们的化学位移也是相同的。
但具有相同化学位移的质子未必都是化学等价的。
判别分子中的质子是否化学等价,对于识谱是十分重要的,通常判别的依据是:分子中的质子,如果可通过对称操作或快速机制互换,它们是化学等价的。
通过对称轴旋转而能互换的质子叫等位质子(homotopic proton)。
等位质子在任何环境中都是化学等价的。
通过镜面对称操作能互换的质子叫对映异位质子(enantiotopic Pmton)。
一组化学位移等价(chemical shift equivalence)的核,如对组外任何其它核的偶合常数彼此之间也都相同,那么这组核就称为磁等价(magnetic equivalence)核或磁全同核。
显然,磁等价的核一定是化学等价的,而化学等价的核不一定是磁等价的。
在判别分子中的质子是否化学等价时,下面几种情况要予以注意。
⑴与不对称碳原子相连的CH2上的两个质子是化学不等价的。
不*欧阳光明*创编 2021.03.07对称碳原子的这种影响可以延伸到更远的质子上。
⑵在烯烃中,若双键上的一个碳连有两个相同的基团,另一个双键碳连有两个氢,则这两个氢是化学等价的,与带有某些双键性质的单键相连的两个质子,在单键旋转受阻的情况下,也能用同样的方法来判别它们的化学等价性。
⑶有些质子在某些条件下是化学不等价的,在另一些条件下是化学等价的。
例如环己烷上的CH2,当分子的构象固定时,两个质子是化学不等价的,当构象迅速转换时,两个质子是化学等价的。
只有化学不等价的质子才能显示出自旋偶合。