核磁共振氢谱1
核磁氢谱原理
核磁氢谱原理核磁共振（NMR）是一种重要的分析技术，它在化学、生物学、医学等领域有着广泛的应用。
其中，核磁氢谱是NMR技术中最常用的一种谱学技术，它主要用于分析有机分子的结构和确定化合物的纯度。
核磁氢谱原理是通过观察样品中氢原子核的共振现象来获取样品的结构和信息。
在核磁氢谱中，样品置于强磁场中，氢原子核产生共振吸收，形成谱线，从而得到样品的结构信息。
核磁氢谱的原理主要包括以下几个方面：1. 核磁共振现象，核磁共振是原子核在外加磁场作用下发生的共振现象。
当样品置于外加磁场中时，氢原子核会受到磁场的影响，不同位置的氢原子核会产生不同的共振频率，从而形成谱线。
2. 化学位移，化学位移是指样品中氢原子核在共振时的吸收频率相对于参考化合物（通常是四氢呋喃）的偏移。
化学位移的大小与氢原子核周围的化学环境有关，可以用来确定化合物的结构。
3. 耦合常数，在核磁氢谱中，不同位置的氢原子核之间会发生耦合现象，即它们的共振频率会相互影响。
通过观察耦合常数，可以确定化合物中不同位置的氢原子核之间的相互作用关系。
4. 积分峰面积，核磁氢谱中峰的面积与样品中不同类型的氢原子核的数量成正比，可以用来确定化合物中不同类型的氢原子核的相对数量。
通过以上原理，核磁氢谱可以提供样品的结构信息、化学环境信息、分子间相互作用信息等。
因此，核磁氢谱在化学合成、药物研发、生物医学等领域有着重要的应用价值。
总的来说，核磁氢谱原理是通过观察样品中氢原子核的共振现象来获取样品的结构和信息。
通过化学位移、耦合常数、积分峰面积等参数的分析，可以获得样品的结构信息、化学环境信息、分子间相互作用信息等。
核磁氢谱在化学、生物学、医学等领域有着广泛的应用前景，是一种非常重要的分析技术。
核磁氢谱原理
核磁氢谱原理核磁共振（NMR）是一种重要的分析技术，它在化学、生物化学、医学等领域有着广泛的应用。
核磁氢谱是核磁共振技术中最常见的一种谱，它通过对样品中氢原子核的共振现象进行分析，可以提供样品的结构信息和分子环境信息。
本文将介绍核磁氢谱的原理及其应用。
核磁共振现象是指处于外加磁场中的原子核在受到特定频率的射频脉冲激发后，吸收或发射特定频率的电磁波。
在核磁氢谱中，主要是对样品中的氢原子核进行分析。
氢原子核由一个质子组成，它具有自旋角动量和磁矩，当处于外加磁场中时，会发生能级分裂，产生共振吸收现象。
核磁氢谱是通过测定氢原子核在不同化学环境下的共振频率来获取样品的结构和环境信息。
在核磁氢谱中，化学位移是一个非常重要的参数。
化学位移是指样品中的氢原子核在共振时的频率与参比物质三氯乙酸钠的氢原子核频率之差。
化学位移与氢原子核所处的化学环境有关，不同化学环境下的氢原子核会有不同的化学位移。
通过分析化学位移，可以确定样品中不同类型的氢原子核所处的化学环境，从而推断样品的结构。
另外，耦合常数也是核磁氢谱中的重要参数。
耦合常数是指在核磁共振中，不同化学环境下的氢原子核之间由于相互作用而产生的共振峰的分裂程度。
通过分析耦合常数，可以确定不同氢原子核之间的相互作用关系，进而推断样品的分子结构。
核磁氢谱在化学分析和结构确定中有着广泛的应用。
通过核磁氢谱的分析，可以确定有机化合物的结构，鉴定化合物的纯度，分析样品的成分等。
此外，核磁氢谱还可以用于生物化学和医学领域，用于研究生物分子的结构和相互作用，以及医学诊断中的影像学技术等。
总之，核磁氢谱是一种重要的分析技术，它通过对样品中氢原子核的共振现象进行分析，可以提供样品的结构信息和分子环境信息。
通过对核磁氢谱的化学位移和耦合常数进行分析，可以确定样品的结构和成分。
核磁氢谱在化学、生物化学、医学等领域有着广泛的应用前景。
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。
核磁共振氢谱解析(1)
能级分裂
两种取向代表两个能级，m=-1/2能级高于m=1/2能级。
E
N
I
H 0 2 N H 0
核的回旋和核磁共振
当一个原子核的核磁矩处于磁场BO中，由于核自身的旋 转，而外磁场又力求它取向于磁场方向，在这两种力的 作用下，核会在自旋的同时绕外磁场的方向进行回旋， 这种运动称为Larmor进动。
第三章 核磁共振氢谱
1. 核磁共振的基本原理 2. 核磁共振仪与实验方法 3. 氢的化学位移 4. 各类质子的化学位移 5. 自旋偶合和自旋裂分 6. 自旋系统及图谱分类 7. 核磁共振氢谱的解析
前言
过去50年，波谱学已全然改变了化学家、生物学家和 生物医学家的日常工作，波谱技术成为探究大自然中 分子内部秘密的最可靠、最有效的手段。NMR是其中 应用最广泛研究分子性质的最通用的技术：从分子的 三维结构到分子动力学、化学平衡、化学反应性和超 分子集体、有机化学的各个领域。 1945年 Purcell（哈佛大学） 和 Bloch（斯坦福大学） 发现核磁共振现象，他们获得1952年Nobel物理奖 1951年 Arnold 发现乙醇的NMR信号，及与结构的关 系 1953年 Varian公司试制了第一台NMR仪器
I=n/2 n = 0 , 1 , 2 , 3 ---（取整数）
一些原子核有自旋现象，因而具有角动量，原子核是带电的粒 子，在自旋的同时将产生磁矩，磁矩和角动量都是矢量，方向是 平行的。 哪些原子核有自旋现象？ 实践证明自旋量子数I与原子核的质量 数A和原子序数Z: A Z I 自旋形状 NMR信号 原子核 12C,16O, 偶数 偶数 0 无自旋现象 无 32S, 28Si, 30Si 1H, 13C, 奇数 奇数或偶数 1/ 2 自旋球体 有 15N, 19F, 31P 奇数 奇数或偶数 3/2, 5/2,--- 自旋惰球体 有 11B,17O,33S,35Cl,79Br,127I 2H, 10B, 偶数 奇数 1, 2, 3, --- 自旋惰球体 有 14N
核磁共振氢谱(1H-NMR)
两个或两个以上质子在单键快速旋转过程中位置可对映互换
氯乙烷,乙醇中CH3
对称性化学等价
在分子中通过对称操作而发生互换的核
对称轴
对称面
对称中心
(2)磁等价
化学位移相同，对任意另一核的耦合常数相同
磁不等价
化学位移相同
对任意另一核的耦合常数不相同
双键上同碳质子
带有双键性质的单键质子
(3)不等价质子
δ3=5.25-0.35=4.90
δ4=5.25+2.11=7.36
e芳环氢
δHi=7.26+ΣZi
1溶剂影响:
低极性溶剂,CDCL3,CCL4,δoHi =7.26
高极性溶剂, DMSOδoHi =7.41
2.取代基在邻间对位作用不同
f.芳杂环
环上的氢的化学位移与其相对于杂原子的位置有关
g.醛基氢:9-12ppm
可用重水交换
活泼氢积分面积不足或消失
(5).丙环体系
§3自旋耦合与裂分
n+1规律
1.某组环3;1）取向，使与其发生耦合的核裂分为n+1条峰
2.每相邻的两条谱线间距离都是相等的
3.谱线间强度比为（a+b）n展开式的各项系数
耦合常数
裂分峰的数目和J值可判断相互耦合的氢核数目及基团的连接方式
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。
核磁共振氢谱解析(1)
6
12Βιβλιοθήκη 12,627.27
7.09
6.78
7.48
6.35
• 胡锦涛总书记在讲话中给清华大学学生和全国青年学生提 出三点希望。一是要把文化知识学习和思想品德修养紧密 结合起来，刻苦学习科学文化知识，积极加强自身思想品 德修养，立为国奉献之志，立为民服务之志，以实际行动 创造无愧于人民、无愧于时代的业绩。二是要把创新思维 和社会实践紧密结合起来，做到勤于学习、善于思考、勇 于探索、敏于创新，坚持理论联系实际，积极投身社会实 践，切实掌握建设国家、服务人民的过硬本领。三是要把 全面发展和个性发展紧密结合起来，实现思想成长、学业 进步、身心健康有机结合，努力成为可堪大用、能负重任 的栋梁之才。
核磁共振氢谱解析
COOH
OH
HO
CHO
8.8,1H
12.2,1H
6.9,2H 9.2,1H
DMSO 溶剂峰
8.4，1.8Hz
1.8 8.4
7.00,8.4,2.4
6.86,8.4 7.12,2.4
7.63,16
6.25,16
13.2, 2.4 13.2, 2.4 13.2, 16.8
16.8, 2.4
核磁共振氢谱简单看法
核磁共振氢谱简单看法核磁共振氢谱被广泛应用于化学、生物学、医学等领域。
在此，我将就核磁共振氢谱的原理、应用和局限性进行简要阐述。
一、原理1.1 基本原理：该技术利用核磁共振现象分析分子结构和物理化学性质。
当仪器中的样品处于强磁场中时，其中所有含有氢原子的分子核都会进入共振状态，此时通过给样品输入特定的射频能量，使得样品中的核自由翻转。
当射频脉冲消失后，核重新回到原来的方向，并在此过程中辐射射频信号，这种现象就是核磁共振信号。
1.2 谱图解读：核磁共振谱的横坐标是化学位移（δ值），纵坐标是信号强度，参照化合物的谱图特征，可以推断未知的谱图所代表的化合物原子结构和数量。
化学位移与核所处的环境有关，如通过测量质子受到的电子环境（即相邻原子所带的电荷）来得出。
因此，核磁共振谱是一种极为敏感的定量和结构分析方法，可测量数目庞大的化合物和类似物。
二、应用2.1 化学：核磁共振氢谱广泛应用于化学分析，包括分析化合物组分、确定纯度和鉴定未知样品。
它还可以用于分析化合物的立体结构和有机反应动力学。
2.2 生物：核磁共振氢谱可用于分析体内分子，包括蛋白质、核酸和代谢产物等。
这项技术已广泛应用于疾病诊断和治疗、药物研发等方面。
2.3 医学：核磁共振氢谱被广泛应用于医学诊断和监测，例如诊断肿瘤和肝脏疾病等。
它还可以评估治疗效果、预测患者的预后、了解代谢、血流和组织结构等信息。
三、局限性3.1 磁场不均：核磁共振氢谱中分析结果的准确性受到磁场均匀性的影响。
磁场不均会导致信号的失真和分离，从而降低分析结果的精度。
3.2 样本准备：核磁共振氢谱的分析结果受样本准备技术的影响。
样品需要通过特定的处理方法才能得到准确的分析结果。
3.3 噪声影响：核磁共振氢谱机器本身的噪声会对分析结果产生干扰，降低分析结果的精度和可靠性。
总体来说，核磁共振氢谱是一种准确、灵敏且广泛应用的分析方法，对于化学、生物学、医学等领域都具有重要的意义。
但是，为了得到准确的分析结果，需要注意磁场均匀性、样本准备技术和噪声干扰等因素的影响。
核磁共振NMR一级氢谱解析方法
7根8据fp场p峰m组的4 间峰.2的是1等水p间峰p距m。，处可盼以找多到重相邻峰的（基团对。应一个 氘氢代原试剂子不）可能显10然0%是地氘由代相，它邻的基不完团全耦氘代合（裂也就分是氘代试剂仍然残留氢原子）会产生溶剂峰。 6四产p、p生m确的定。峰待组测对所应含两的个官氢能原团子，因此是一个亚甲基。 所谓约指1认. 就6 是p对pm于推的导峰的化组合对物结应构两的每个个氢基团原都子标注，出化学位移数值，分析化学位移数值是否合理，更重要的是分析每个基团的耦 合磁因裂性此分 核的之是峰间一型才是会个否有亚合耦理合甲。作基用。。其中左面的四重 八峰、看对推得导比出的较结清构进楚行，核 右边的峰组粗看是 由因两于为重样 分品子峰可式，能仅含含看有氧得水原分子不，，清因所此以楚在两，核个磁活它共泼们振氢氢只实谱能际中是存羟上在基是相。应的水峰。 根d×据每d个的峰峰组的组化，学位只移不数值过和其所对中应一的氢个原耦子数合，常可以确定它们是什么官能团。 任对数何于比使 结氢构较谱不小的复峰杂，往的因右未移知而动物裂（，化有分学可不位能移不显数需著值要减分。小子从）式的也左作能往用确称定为它屏的蔽结效构应。； 6右5 p第pm的1-单第峰3（的对跨应两距个等氢原于子第）加2重～水第交换4后的消跨失，因此可知它对应的是活泼氢。 氢由距谱于，峰 杂组质也有的等比含较量于好比右的样定品边量本峰关身系要组。低的很多较，大因此的杂裂质峰分易间于从样品峰组中区分出来。 代距表。原子这核是之间大的的键合耦关合系、常化数学键，之应间的该夹是角二2。面角。 核进磁一共振步氢的谱的二横裂坐标分是，化学是位旁移，边化的学位CH移裂是电分子所对核自旋的屏蔽作用，代表原子核在分子中的位置。 致。
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图中横坐标为化学位移,图上有三个峰，则表明该有机物分子中的氢有三种类型： 峰面积的积分比为9：5：2，表明该化合物的三种不同氢的数目分别是9、5和2； 化学位移δ 7.2处的峰表示苯环上5个相同的氢，δ2.5处的峰表示亚甲基上的2个相 同氢，而δ0.9处的峰则表示三个甲基上的9个相同的氢。这样，能够判断出有机 物分子中氢的种类和数目就可以非常容易地推断出有机物的分子结构。
1.5-2.5 ppm 羰基区域 质子相邻羰基 C=O, C=C or 苯环。 3.0-4.5 ppm 醚区域. (同样醇，酯有CH-O group.) 质 子直接邻氧，如果有更多的电负性取代基化学位移移 向低场。
5.0-7.0 ppm 双键区域 . 氢直接与C=C 双键相连.
7.0-8.0 ppm 芳环质子区域. 磁各向异性作用， 导致芳环质子处于去屏蔽区。同样现象发生在 醛由于羰基地磁各向异性，醛质子化学位移在
偶合常数反映有机化合物结构的信息,特 别是反映立体化学的信息.当自旋体系存 在自旋－自旋偶合时，核磁共振谱线发 生分裂。由分裂所产生的裂距反映了相 互偶合作用的强弱，称之为偶合常数 （Coupling constant）.用J表示。J以 赫兹（Hz）(周/秒)为单位。偶合常数J 反映的是两个核之间作用的强弱，故其 数值与仪器的工作频率无关
o 6- 9 m 13 p 01
1-2 2,02,6 1-3 1,52,2 1-4 1,82,3 2-3 2,84,0 1-2 4,95,7 1-3 1,62,6 1-4 0,71,1 1-5 0,20,5 2-3 7,28,5 2-4 1,41,9
1-2 4,6-5,8 1-3 1,0-1,8 1-4 2,1-3,3 2-3 3,0-4,2
2.1 化学位移
化学位移是核磁共振最重要参数之一.前 面我们已经讨论了影响化学位移的因素. 这里不再讨论.根据上述各种影响氢核化 学位移的因素和多年核磁共振测定有机 物结构的经验，同样总结出了不同有机 基团氢核的化学位移δ值。根据δ值，可 以进行相应有机基团的推断，常见的一 些有机基团的氢核的化学位移总结于表 2.1中。
C=CPh Cl Br I OH -OR -OPh -OCOR -OCOPh NH2 NR2 NO2 SR -CHO -COR -COOH -COOR CN
C C
对于次甲基的δ值依然可以用Shoolery 经验公式计算,但常数项改为1.5.
δ=1.50 +Σσ 烯烃的化学位移计算
H C 同R C R反 R顺
苯环质子化学位移的计算
取代苯环的氢化学位移可按照下式计算: δ=7.26+Σ Zi 7.26是未取代的苯环的δ值, Zi是取代参 数. Zi的值取决于取代基地种类以及取代 基相对于苯环氢的位置。 计算苯环化学位移的经验参数参照林永 成有机化合物结构鉴定与有机波谱学 P40
2.2.偶合常数
常见基团化学位移
对于大部分有机化合物来说氢谱的化学位 移值在0-13 ppm. 大致可分以下几个区 0-0.8 ppm 很少见，典型化合物; 环丙烷，硅烷，以及 金属有机化合物。 0.8-1.5 ppm 烷烃区域. 氢直接与脂肪碳相连，没有强电 负性取代基。化学位移地次序 CH>CH2>CH3.。如果有更多的取代基化 学位移移向低场。
亚甲基与次甲基的δ计算
对于亚甲基可以用Shoolery公式加以计 算 δ=1.25 +Σσ (2-1) 式中σ为取代基的经验屏蔽常数.表中给 出其数值.
表2.2 Shoolery 公式中的经验屏蔽常数(σ)
σ 取代基 R 0.0 0.8 0.9 1.3 2.0 1.9 1.4 1.7 1.5 2.3 2.7 2.9 1.0 1.0 3.0 1.0 1.2 1.2 0.8 0.7 1.2
δC=C-H =5.25 + Z同 +Z顺 +Z反
Z同 ,Z顺 ,Z反分别代表相应取代基的取代 参数.参阅宁永成P40`41
H C C
Cl
Cl
F
δ=5.25 +1.08 +0.18 -1.02 =5.49 (5.56)
H3COOC Hb
Ha
CH2Br
Ha=5.25+Z反（－H) =5.25+0.8+0.11+0=6.16(实际测定6.10） Hb=5.25+Z同（－CH2Br)+Z顺（ CO2R)+Z反（－H) =5.25+0.70+1.18+0=7.13(实际测定7.10)
2.3自旋偶合体系(spin system)
2.3.1化学等价(chemical equivalence) 化学等价是立体化学中的一个重要观念. 如果分子中两个相同原子(或两相同基团) 处于相同化学环境时,它们是化学等价.化 学不等价的两个基团,在化学反应中,可以 反映出不同的反应速度,在光谱,波谱的测 量中,可能有不同的测量结果,因而可用谱 学方法来研究化学等价性.
9-10 ppm -OH 可以出现在任何位置，谱线的性质由多重 因此影响H的交换：pH.浓度，温度，溶剂等。 一般芳环酚羟基更趋于低场。
大多数的-NHR, -NH2和醇一样，可被交换，在 2-3 ppm 区域显示宽峰。 -CO2H 可交换,象醇 (>11 ppm)
化学位移的计算
某些基团或化合物的质子化学位移可以 用经验公式计算.这些经验公式是根据取 代基对化学位移地影响具有加和性 (additivity)的原理由大量实验数据归纳 总结出来的.某些情况下估算具有较高准 确度,具有实用价值,而在某些场合下,虽 然误差较大,但依然有参考价值.化学位移 计算主要目的是:1).对谱线进行归属;2). 为测定分子结构提供理论依据.
典型nJH,H-偶合常数
类型 J (Hz) 12-15 0 5,57,0 0,5- 3 13-18 0,52,5 类型 J ( Hz) 2-9 6,5- 7,5 aa 5-8 ae 2-4 ee 2-4 7-12 4-10 0
9- 13
1- 3
2- 3
2- 4 1-2 1,62,0 1-3 0,61,0 1-4 1,31,8