核磁共振氢谱
核磁共振氢谱(NMR)
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(1H-NMR)
第二章核磁共振氢谱(1H-NMR)§ 1概述 基本情况1H天然丰度：99.9844%, 1=1/2 ,Y =26.752 (107radT-1S-1) 共振频率：42.577 MHz/T 3 : 0〜20ppmY (relntive) tie-qiiciKV M I L7 Tn JI Lira] fiHiindancc relaii^c wrni 竹 viTy*'IIKH) 5(KJ MHz ms 1%25 L25 Mllz I 1 %⑴七“N-105( ►MHzI 曰19 F455 MHzHH)叫，-20购 Mllz4.7 %nr-釦P40 203 MH7 1 <M) %0.07also trskinp iiitci accniniT Kpicall llliRc^'b idth' and rdl.ix-Viojii mtc%§ 2化学位移1. 影响3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，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 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-n 共轭，使苯环电子云密度增大，3值向高场移动苯环上的氢被吸电子基取代， 由于p-n 共轭或n -n 共轭，使苯环电子云密度降低,3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距离的增大，诱导效应的影响逐渐，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，5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。
核磁共振氢谱
+ C
+ + +
C +
- C
+
C -
- C
+
C -
ห้องสมุดไป่ตู้
- C
+
O -
-
电子云密度小， 屏蔽 电子云密度小，负屏蔽(-)
电子云密度高， 屏蔽 电子云密度高，正屏蔽(+)
1.乙酸乙酯中得的三种类型氢核电子屏蔽效 1.乙酸乙酯中得的三种类型氢核电子屏蔽效 应是否相同？若发生核磁共振， 应是否相同？若发生核磁共振，共振峰应 当怎么排列？ 值大小如何？ 当怎么排列？δ值大小如何？
3.3 氢键缔合对化学位移的影响
氢核电子云密度减小，其化学位移增大， 氢核电子云密度减小，其化学位移增大，向低场 位移
浓度越大，氢核化学位移向低场移动， 浓度越大，氢核化学位移向低场移动，数值增大
分子间氢键与分子内氢键
3.4 其他因素对化学位移的影响
溶剂、分子内范德华力、 溶剂、分子内范德华力、不对称因素
CH3-COO-CH2-CH3
2. 下列各组化合
1
CH3CH2CH2C
CH
与
CH3CH2CH2CH CH2 O CH3
（
物用箭头标记 的氢核中， 的氢核中，何 者共振峰位于 地场？ 地场？为什么 ？
）
CH3
2
与
（
）
O
3
CH3
与
O
（
）
CH3
4
与
H3C
（
）
3.3 氢核交换对化学位移的影响
RCOOHa ＋ R`OHb = RCOOHb ＋ R`OHa 平均峰化学位移δobs = Naδa+ Nbδb 平均峰化学位移 例如：乙酸的浓度是 水也是0.1mol/L，而纯 例如：乙酸的浓度是0.5mol/L, 水也是 ， 乙酸和水的化学位移分别为11.6 和5.2 ppm, 计算平均 乙酸和水的化学位移分别为 化学位移
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。
核磁氢谱原理
核磁氢谱原理核磁氢谱（Nuclear Magnetic Resonance Hydrogen-1，简称NMR）是一种广泛应用于有机化学、生物化学和药物研究领域的波谱学方法。
它通过测定原子核在磁场中的共振频率，揭示了原子核磁性的奥秘。
本文将介绍核磁氢谱的原理、技术和应用。
一、核磁氢谱原理核磁氢谱的基本原理是原子核在磁场中受到外磁场和射频辐射的相互作用。
当原子核处于外磁场中时，它们会吸收能量并产生共振。
这种共振现象可以通过调整射频辐射的频率来实现。
通过测定共振频率，可以确定原子核的性质，如自旋、磁矩和磁场强度。
在核磁氢谱中，最常见的原子核是氢原子核（1H）。
氢原子核具有1个单位自旋，即1/2。
当氢原子核受到外磁场的影响时，它们会吸收能量并产生共振。
通过测定共振频率，可以确定氢原子核所处的环境，如化合物的结构、分子运动和动力学特性。
二、核磁氢谱技术核磁氢谱技术主要包括以下几个方面：1. 磁场系统：核磁氢谱仪通常使用超导磁体，可以提供高度均匀且强大的磁场。
这种磁场强度通常在0.5-9.4特斯拉之间，足以使氢原子核产生共振。
2. 射频系统：射频系统用于产生射频辐射并调节其频率。
射频辐射的频率与氢原子核的共振频率相匹配，以便产生共振并测量共振频率。
3. 数据收集和处理：核磁氢谱仪可以实时收集并处理数据，生成图谱。
这些图谱可以显示氢原子核在不同化学环境下的分布，从而揭示化合物的结构和性质。
三、核磁氢谱的应用核磁氢谱在许多领域都有广泛的应用，包括：1. 有机化学：核磁氢谱可以用于确定化合物的结构，识别同分异构体，研究反应机制和动力学等。
2. 生物化学：核磁氢谱在蛋白质结构研究、生物大分子相互作用和生物分子动力学等方面具有重要应用。
3. 药物研究：核磁氢谱在药物设计、药物筛选和药物代谢研究等方面具有重要价值。
四、核磁氢谱的局限性尽管核磁氢谱在许多领域都有广泛的应用，但它也存在一些局限性。
首先，核磁氢谱只能用于研究含有氢原子的化合物，对于不含氢原子的化合物，如金属有机化合物和有机硫化合物，无法使用核磁氢谱进行研究。
核磁共振氢谱
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。
核磁共振氢谱原理
核磁共振氢谱原理核磁共振氢谱是一种重要的分析技术，它利用核磁共振现象来研究分子的结构和性质。
核磁共振氢谱原理是基于氢原子核的磁共振行为，通过测定样品中氢原子核的共振频率和强度，可以得到关于样品分子结构和环境的信息。
下面将详细介绍核磁共振氢谱的原理。
首先，核磁共振现象是指处于外加磁场中的原子核会发生共振吸收放射的现象。
在外加磁场的作用下，原子核会产生磁偶极矩，当外加射频场的频率与原子核的共振频率相同时，原子核会吸收能量并发生共振。
在实验中，通过改变外加磁场的强度或者改变射频场的频率，可以得到原子核的共振频率和共振信号的强度。
其次，氢原子核的核磁共振行为是核磁共振氢谱的基础。
氢原子核是由一个质子组成，其核自旋为1/2，因此具有核磁矩。
在外加磁场中，氢原子核会产生核磁矩，并且具有两个取向，即沿外加磁场方向的平行取向和反平行取向。
这两种取向对应着不同的能级，其能级差由外加磁场的强度决定。
当外加射频场的频率与氢原子核的共振频率相同时，氢原子核会吸收能量并发生共振。
最后，核磁共振氢谱的原理是基于样品中氢原子核的共振行为。
在核磁共振实验中，样品会被置于外加磁场和射频场中，通过测定吸收的能量和共振信号的强度，可以得到样品中氢原子核的共振频率和共振信号的强度。
这些信息可以用来研究样品分子的结构和环境，例如化学键的性质、分子的构象和溶剂的作用等。
总之，核磁共振氢谱原理是基于核磁共振现象和氢原子核的核磁共振行为，通过测定样品中氢原子核的共振频率和共振信号的强度，可以得到关于样品分子结构和环境的信息。
这项技术在化学、生物化学、药物研发等领域具有重要的应用价值，对于研究物质的结构和性质有着重要的意义。
第四章 氢谱
各向异性效应
化合物中非球形对称的电子云，如 π电子系统，对邻近质 子会附加一个各向异性的磁场，即这个附加磁场在某些区 域与外磁场 B0的方向相反，使外磁场强度减弱，起抗磁性 屏蔽作用，而在另外一些区域与外磁场 B0方向相同，对外 磁场起增强作用，产生顺磁性屏蔽的作用。 通常抗磁性屏蔽作用简称为屏蔽作用，产生屏蔽作用的区 域用“ + ”表示，顺磁性屏蔽作用也称作去屏蔽作用，去 屏蔽作用的区域用“ -”表示。
磁等价
如果两个原子核不仅化学位移相同（ 即化学等价），而且还以相同的耦合常数与 分子中的其他核耦合，则这两个原子核就是磁等价的。 乙醇分子中甲基的三个质子有相同的化学环境，是化学等价的，亚甲基的两个质 子也是化学等价的。同时，甲基的三个质子与亚甲基每个质子的耦合常数都相等 ，所以三个质子是磁等价的，同样的理由，亚甲基的两个质子也是磁等价的。 对位取代苯2，Ha和 Ha’ ，Hb和 Hb’ 是化学等价的，但 Ha与 Hb是间隔三个键的 2 邻位耦合（3J ），Ha’ 与 Hb是间隔五键的对位耦合（5J ），所以它们不是磁等 价的；同样，处于取代基 Y 邻位的 Hb和 Hb 也是化学等价，但不是磁等价的。 如果是对称的三取代苯3，则 Ha和 Ha’ 是磁等价的，因为它们与 Hb都是间位耦 3 合（4J），耦合常数相等。
1H
是有机化合物中最常见的同位素，1H NMR 谱是有机物结构解 析中最有用的核磁共振谱之一。
核磁共振氢谱
6
4 4 4
提供的结构信息： δ、J、峰的裂分情况和峰面积
氢化学位移 δ
1.
化学位移值能反映质子的类型以及所处的化学环境，与分子 结构密切相关
2. 3.
δ (TMS)=0
τ(TMS)=10
- 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)。
一般不产生峰的裂分，对相邻C上的H影响复杂
活泼氢
1）惰性溶剂稀释，移向高场。 甲醇OH的甚至可降至负值。
2）活泼氢形成氢键，去屏作用， 增加。
3）活泼氢易发生质子交换，属于特定分子 的时间短，峰不裂分， 可变。 4）重水可以确认活泼氢
R OH + D2O R O
=4.7 ppm
D + H O D
CH3-CH3 酸度顺序 C杂化形式 0.9 (3) SP3 CH2=CH2 5.8 (2) SP2 CHCH 2.9 (1) SP
屏蔽作用减弱
3、环状体系的环电流效应
以苯环为例 （环外H与磁场同向）
•环外氢: 顺磁效应,去屏蔽
• 环内侧氢: 逆磁效应,屏蔽
7.3
H
2.3
CH3
2.0
HB = 7.27+1.0-0.15 = 8.12
b.邻位二取代
* *
相同取代基时，谱图左右对称 不同取代基时，谱图复杂
c.间位二取代
*
谱图复杂。中间质子显示粗略单峰。
4)活泼氢： OH
NH2 SH COOH
值变化大。易受温度、添加重水、 改变溶剂及酸度的影响 醇OH 羧酸COOH 脂肪胺NH2 3.0-6.0 ppm(CCl4等惰性溶剂) 10-13 ppm 0.5-5.5 ppm
H O RO
H O R2N
C.炔烃的各向异性
•叁键C上的氢受屏蔽作用
*
*
*
NHR
NRR'
邻对位质子受屏蔽作用，在高场，分辨不开 间位质子在低场，三重峰
c.间位单取代
CHO NO 2 COR N N Ar COOR SO3H COOH CONHR
苯环电子云密度降低，邻位质子受影响大
Ha Hb
Jab：7 10 Hz ； Jac：2 3 Hz ； Jad：0 1 Hz
谱线分裂数的n+1规则:
相邻原子上的质子数以n表示，则简单氢谱NMR谱线的裂
分数为n+1。
n
0 1 2 3
二项式展开系数
1 1 1
峰型
单峰 双峰 三重峰
1 2 1 1 1 4 3 3 6 4 1 1
四重峰 五重峰
4
5
1 5 10 10 5 1
NMR观测结果能提供物质结构的基本信息
1、静态结构
• ①.化学位移（δ ） • ②.偶合常数（J） • ③.积分面积
2、动态结构
• ④.纵向弛豫（T1），即自旋－晶格弛豫 • ⑤.横向弛豫（T2），即自旋－自旋弛豫 • ⑥.核欧沃豪斯增强效应（Nuclear Overhauser Effect，简称为NOE）
一般比CH2的值大0.3ppm
(2)烯： 47 ppm (6.5 ppm左右较普遍 )
Ha C Hb C X Hc
一般1Hc最大。
(3)苯环： 无取代基时，1H=7.3 ppm, 单峰
A) 单取代 a.烃基单取代
CH3
CH2
HC
HC
CHR
C
CR
一组峰，分辨不开
b.邻对位单取代
OH OR NH 2
CH3OHA + CH3OHB
CH3OHB + CH3OHA
R
N HA + R
N HB
R
N HB + R
N HA
CH3OHA + HB O H
CH3OHB + HA O H
HA O O O O O
HB O
HB
HA
HB
HA
1、取代基的电负性
化学位移
屏蔽作用
电子云密度
电负性
与CH3连接基团的电负性对其质子化学位移的影响
Hc Hd
邻位质子受去屏作用，大，粗略呈双峰； 其它质子位移不大。
B) 二取代 a.对位二取代
最具特色，两对3J耦合 四重峰，左右对称
NH 2 A B NO 2 A B
o-NO2:1.0; m-NO2: 0.3 o-NH2: 0.8; m-NH2: 0.15
HA = 7.27-0.8+0.3 = 6.77
CH3
H2C
-1.0
CH2 CH2 H2C CH2
•电子数满足4n+2的环状多烯
=-3.0
=9.3 甲基1H, =-4.2
B.烯烃的各向异性
•双键C上的氢：去屏蔽作用，值高于饱和C •双键平面上下方：逆磁效应，屏蔽作用
=9.7 =10.0 =8.0 =7.8
H O R
H O
化合物
(CH3)4-Si, TMS (CH3)3-Si(CD2)2CO2-Na+, TSP-d4 CH3I CH3Br CH3Cl CH3F CH3NO2 CH2Cl2 CHCl3
(CH3)
0.0 定义 0 2.2 2.6 3.1 4.3 4.3 5.5 7.3
CH3—X的质子位移
2、相连碳原子的S-P杂化
(a+b)n展开式的各项系数
六重峰
附录：
各种常见官能团的1H NMR化学位移
1.常见官能团的氢谱
(1)烷基：02 ppm (烷烃)
A) CH3
0.9 ppm (饱和)
在高场出峰，峰强，易于辨认
CH3
C
CH3
CH3
N
CH3
H C
O
CH3Байду номын сангаас
O
0.8 1.2;
2.12.6;
2.2 3.2;
2.0 2.7;
3.2 4.0
1H(CH
3)
B) CH2
X CH2 Y
H3C
CH2
CH3
H3C
CH2
H C
O
H3C
CH2
OR
1H(CH
2)
1.17
2.47
3.40
C) CH