核磁共振谱图解析与结构确定
合集下载
13C核磁共振波谱及谱图解析示例
12 2021/4/15
谱图去偶作用对比
13 2021/4/15
谱图去偶作用对比
14 2021/4/15
四、13C NMR谱图
1.C7H14O 1H 4H 4H
6H 13C
S
2.3 1.5 0.9
210
2021/4/15
q t t
43 18 12
15
13C NMR谱图2
2.C9H10O 1H
θ＝90 。, CH的最大正信号，其它无信号
θ＝90。 θ＝45。
θ＝135
。
, CH,
CH3非最大正信号，CH2最大负
信号
因此，取θ＝135，。可确定CH；θ＝135，。可确
定CH、CH3和CH2(倒峰)
20 2021/4/15
碳－氢相关谱
ONO
21 2021/4/15
谱图的综合解析 例1： 某含氧化合物分子无对称性，根据13C NMR确定其结构
3 2021/4/15
溶剂的化学位移
• CDCl3： 77.0 (t);
• CD3COCD3: 30.0(7)、206.8(s);
• CD3OD: 49.3(7);
• C6D6:
128.7(t);
• CD3SOCD3: 39.7(7);
4 2021/4/15
化学位移规律：烷烃
碳数n >4 端甲基 C=13-14
O OH
22 2021/4/15
例2：
某化合物C8H8O，根据13C NMR解析其结构
CH 3 O
23 2021/4/15
例3：
某化合物C9H12，根据13C NMR解析其结构
CH3
CH2CH3
谱图去偶作用对比
13 2021/4/15
谱图去偶作用对比
14 2021/4/15
四、13C NMR谱图
1.C7H14O 1H 4H 4H
6H 13C
S
2.3 1.5 0.9
210
2021/4/15
q t t
43 18 12
15
13C NMR谱图2
2.C9H10O 1H
θ＝90 。, CH的最大正信号，其它无信号
θ＝90。 θ＝45。
θ＝135
。
, CH,
CH3非最大正信号，CH2最大负
信号
因此，取θ＝135，。可确定CH；θ＝135，。可确
定CH、CH3和CH2(倒峰)
20 2021/4/15
碳－氢相关谱
ONO
21 2021/4/15
谱图的综合解析 例1： 某含氧化合物分子无对称性，根据13C NMR确定其结构
3 2021/4/15
溶剂的化学位移
• CDCl3： 77.0 (t);
• CD3COCD3: 30.0(7)、206.8(s);
• CD3OD: 49.3(7);
• C6D6:
128.7(t);
• CD3SOCD3: 39.7(7);
4 2021/4/15
化学位移规律：烷烃
碳数n >4 端甲基 C=13-14
O OH
22 2021/4/15
例2：
某化合物C8H8O，根据13C NMR解析其结构
CH 3 O
23 2021/4/15
例3：
某化合物C9H12，根据13C NMR解析其结构
CH3
CH2CH3
核磁共振谱图解析
影响因素多：核磁共振谱图的峰位置、形状和强度受到多种因素的影响如温度、溶剂、 分子结构等。
确定分子结构：通过核磁共振谱图中的化学位移值和偶合常数确定分子中各原子的类型和相 互连接方式
确定分子构型：利用核磁共振谱图中的耦合常数和自旋裂分确定分子中各原子的空间排列和 构型
确定分子动态：通过核磁共振谱图中的弛豫时间和扩散系数等信息了解分子内部的运动状态 和动力学行为
分辨率：核磁共振谱图的分辨率越高能够区分出的峰就越多有助于更准确地解析谱图。 灵敏度：灵敏度高的核磁共振谱图可以检测到更低浓度的物质有助于发现潜在的疾病或污染物。
了解核磁共振原理 熟悉常见峰型和化学位移 注意谱线间的耦合和裂分 结合实验条件和样品性质进行分析
误差分析：对谱图进行定量 和定性分析确定误差范围
添加标题
在医学诊断中的应用：核磁共振谱图可以用于医学影像学通过检测人体内氢原子核的共振信号生成人体 内部结构的图像有助于医生对疾病进行早期诊断和精确治疗。
添加标题
在石油化工中的应用：核磁共振谱图可以用于石油化工领域通过分析油样品的氢原子核共振信号评估油 品的性质和成分有助于石油勘探和开发。
添加标题
在农业食品中的应用：核磁共振谱图可以用于农业食品领域通过检测食品中的水分、脂肪、蛋白质等成 分评估食品的质量和安全性有助于食品安全监管和质量控制。
在材料科学中核磁共振谱图可用于 研究材料的微观结构和性质
在材料合成过程中核磁共振谱图可 用于监测反应进程和鉴定新材料的 结构
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
通过核磁共振谱图可以分析材料的 化学键和分子运动从而评估材料的 性能和潜在应用
核磁共振谱图还可以用于材料表征 和质量控制确保材料的可靠性和一 致性
确定分子结构：通过核磁共振谱图中的化学位移值和偶合常数确定分子中各原子的类型和相 互连接方式
确定分子构型：利用核磁共振谱图中的耦合常数和自旋裂分确定分子中各原子的空间排列和 构型
确定分子动态：通过核磁共振谱图中的弛豫时间和扩散系数等信息了解分子内部的运动状态 和动力学行为
分辨率：核磁共振谱图的分辨率越高能够区分出的峰就越多有助于更准确地解析谱图。 灵敏度：灵敏度高的核磁共振谱图可以检测到更低浓度的物质有助于发现潜在的疾病或污染物。
了解核磁共振原理 熟悉常见峰型和化学位移 注意谱线间的耦合和裂分 结合实验条件和样品性质进行分析
误差分析：对谱图进行定量 和定性分析确定误差范围
添加标题
在医学诊断中的应用：核磁共振谱图可以用于医学影像学通过检测人体内氢原子核的共振信号生成人体 内部结构的图像有助于医生对疾病进行早期诊断和精确治疗。
添加标题
在石油化工中的应用：核磁共振谱图可以用于石油化工领域通过分析油样品的氢原子核共振信号评估油 品的性质和成分有助于石油勘探和开发。
添加标题
在农业食品中的应用：核磁共振谱图可以用于农业食品领域通过检测食品中的水分、脂肪、蛋白质等成 分评估食品的质量和安全性有助于食品安全监管和质量控制。
在材料科学中核磁共振谱图可用于 研究材料的微观结构和性质
在材料合成过程中核磁共振谱图可 用于监测反应进程和鉴定新材料的 结构
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
通过核磁共振谱图可以分析材料的 化学键和分子运动从而评估材料的 性能和潜在应用
核磁共振谱图还可以用于材料表征 和质量控制确保材料的可靠性和一 致性
核磁共振基本原理与结构鉴定
核磁共振基本原理 和结构鉴定
核磁共振现象产生的条件？
核磁共振基本原理 和结构鉴定
一、原子核的自旋 atomic nuclear spin
核磁共振基本原理 和结构鉴定
★ 原子核的基本属性：质量和电荷数。 ★ 原子核的自旋特性，在量子力学中用自旋量子数I描述原子 核的运动状态。而自旋量子数I的值又与核的质量数和所带电荷 数有关，即与核中的质子数和中子数有关。
一、概述 (introduction)
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（ 10-1~102MHz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。
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 构可以研究纯化合物结构、混合物成分及定量分析等。
核磁共振基本原理 和结构鉴定
特点：
▪ 与通常的吸收光谱相比，其来源不同，来源于 原子核自旋跃迁所得吸收谱； ▪ 应用范围广，有机、无机、定性、结构分析、 定量等； ▪ 不需要标准样品，可直接进行定量； ▪ 不破坏样品； ▪ 只能研究磁性核 。
奇或偶数 1/2
有
1H1 13C6 19F9 15N7 31P15
奇或偶数 3/2 5/2… 有 11B5 35Cl17 79Br35 81Br35 17O8 33S16
奇数
1,2,3
有
核磁共振基本原理
和结构鉴定
2H1 14N7
讨论:
(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 22 S等 ，无自旋，没有磁矩， 不产生共振吸收
m =1/2 E1
核磁共振现象产生的条件？
核磁共振基本原理 和结构鉴定
一、原子核的自旋 atomic nuclear spin
核磁共振基本原理 和结构鉴定
★ 原子核的基本属性：质量和电荷数。 ★ 原子核的自旋特性，在量子力学中用自旋量子数I描述原子 核的运动状态。而自旋量子数I的值又与核的质量数和所带电荷 数有关，即与核中的质子数和中子数有关。
一、概述 (introduction)
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（ 10-1~102MHz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。
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 构可以研究纯化合物结构、混合物成分及定量分析等。
核磁共振基本原理 和结构鉴定
特点：
▪ 与通常的吸收光谱相比，其来源不同，来源于 原子核自旋跃迁所得吸收谱； ▪ 应用范围广，有机、无机、定性、结构分析、 定量等； ▪ 不需要标准样品，可直接进行定量； ▪ 不破坏样品； ▪ 只能研究磁性核 。
奇或偶数 1/2
有
1H1 13C6 19F9 15N7 31P15
奇或偶数 3/2 5/2… 有 11B5 35Cl17 79Br35 81Br35 17O8 33S16
奇数
1,2,3
有
核磁共振基本原理
和结构鉴定
2H1 14N7
讨论:
(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 22 S等 ，无自旋，没有磁矩， 不产生共振吸收
m =1/2 E1
核磁共振波谱分析法-质子核磁共振波谱
C C CH3 O C CH3
CH3
H=3.2~4.0 H=2.2~3.2 H=1.8 H=2.1 H=2~3
02:02:01
各类有机化合物的化学位移
②烯烃 端烯质子：H=4.8~5.0 内烯质子：H=5.1~5.7 与烯基，芳基共轭：H=4~7
③芳香烃 芳烃质子：H=6.5~8.0 供电子基团取代–OR， –NR2 时：H=6.5~7.0 吸电子基团取代–COCH3，–CN时：H=7.2~8.0
1:2:1
1:1
峰裂分数
1:3:3:1
HH
CCH
HH
CH3 C CH3
1:6:15:20:15:6:1
H
1H核与n个不等价1H核相邻时，裂分峰数：
（n+1)( n´+1)…个；
1:2:1 1:1
Hb Ha Hc CCC
C
Hd
(nb+1)(nc+1)(nd+1)=2×2 × 2=8 Ha裂分为8重峰
02:02:01
偶合峰的判断
（1）偶合常数（ J 值）相等
（2）峰形 通常两组相互偶
合的峰都是相应“内 侧”峰偏高，而“外 侧”峰偏低，在偶合 信号的强峰上画一对 相应的斜线，形成屋 顶形状。
02:02:01
四、化学等价与磁等价
1. 化学等价（化学位移等价）
若分子中两个相同原子（或两个相同基团）处于相同 的化学环境，其化学位移相同，它们是化学等价的。 化学不等价例子：
02:02:01
单键的磁各向异性效应
沿键轴方向为去屏蔽效应。链烃中δCH>δCH2>δCH3
甲基上的氢 被碳取代后，去 屏蔽效应增大， 共振频率移向低 场。
CH3
H=3.2~4.0 H=2.2~3.2 H=1.8 H=2.1 H=2~3
02:02:01
各类有机化合物的化学位移
②烯烃 端烯质子：H=4.8~5.0 内烯质子：H=5.1~5.7 与烯基，芳基共轭：H=4~7
③芳香烃 芳烃质子：H=6.5~8.0 供电子基团取代–OR， –NR2 时：H=6.5~7.0 吸电子基团取代–COCH3，–CN时：H=7.2~8.0
1:2:1
1:1
峰裂分数
1:3:3:1
HH
CCH
HH
CH3 C CH3
1:6:15:20:15:6:1
H
1H核与n个不等价1H核相邻时，裂分峰数：
（n+1)( n´+1)…个；
1:2:1 1:1
Hb Ha Hc CCC
C
Hd
(nb+1)(nc+1)(nd+1)=2×2 × 2=8 Ha裂分为8重峰
02:02:01
偶合峰的判断
（1）偶合常数（ J 值）相等
（2）峰形 通常两组相互偶
合的峰都是相应“内 侧”峰偏高，而“外 侧”峰偏低，在偶合 信号的强峰上画一对 相应的斜线，形成屋 顶形状。
02:02:01
四、化学等价与磁等价
1. 化学等价（化学位移等价）
若分子中两个相同原子（或两个相同基团）处于相同 的化学环境，其化学位移相同，它们是化学等价的。 化学不等价例子：
02:02:01
单键的磁各向异性效应
沿键轴方向为去屏蔽效应。链烃中δCH>δCH2>δCH3
甲基上的氢 被碳取代后，去 屏蔽效应增大， 共振频率移向低 场。
核磁解谱步骤
核磁解谱步骤
核磁解谱是通过分析核磁共振谱图来确定化合物结构的过程。
以下是一般的核磁解谱步骤：
1. 收集核磁共振数据：使用核磁共振仪对样品进行测试，得到核磁共振谱图。
2. 标识谱峰：对谱图中的峰进行标识，确定每个峰对应的原子核类型。
3. 化学位移分析：通过测量谱峰的化学位移，可以获得有关原子核周围化学环境的信息。
4. 峰的裂分和耦合常数分析：观察谱峰的裂分情况，确定相邻原子核之间的相互作用和耦合常数。
5. 解析自旋系统：根据峰的数量和裂分模式，确定化合物中存在的自旋系统（如质子自旋系统、碳核自旋系统等）。
6. 结构推断：结合化学位移、耦合常数和自旋系统的信息，推断化合物的可能结构。
7. 验证结构：通过与已知化合物的谱图进行比较，或者进行进一步的实验验证，确认推断的结构是否正确。
8. 综合分析：综合考虑所有的实验数据和分析结果，得出最终的结构结论。
需要注意的是，核磁解谱是一个复杂的过程，需要具备一定的化学和核磁谱学知识。
对于复杂的化合物，可能需要结合其他分析方法来确证结构。
如果你需要更详细的指导，建议参考相关的核磁谱学教材或咨询专业的化学家。
核磁共振氢谱确定有机化合物结构
根据1H-NMR推出有机化合物的分子结构式zuozhe一、实验目的(1)了解核磁共振谱的发展过程，仪器特点和流程。
(2)了解核磁共振波谱法的基本原理及脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪的工作原理。
(3)掌握AV300MHz核磁共振谱仪的操作技术。
(4)熟练掌握液体脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪的制样技术。
(5) 学会用1HNMR谱图鉴定有机化合物的结构。
二、实验原理1H-NMR的基本原理遵循的是核磁共振波谱法的基本原理。
化学位移是核磁共振波谱法直接获取的首要信息。
由于受到诱导效应、磁各向异性效应、共轭效应、范德华效应、浓度、温度以及溶剂效应等影响，化合物分子中各种基团都有各自的化学位移值的范围，因此可以根据化学位移值粗略判断谱峰所属的基团。
1H-NMR中各峰的面积比与所含的氢的原子个数成正比，因此可以推断各基团所对应氢原子的相对数目，还可以作为核磁共振定量分析的依据。
偶合常数与峰形也是核磁共振波谱法可以直接得到的另外两个重要的信息。
它们可以提供分子内各基团之间的位置和相互连接的信息。
根据以上的信息和已知的化合物分子式就可推出化合物的分子结。
图1是1H-NMR所用的脉冲序列。
图1： zg脉冲序列三、仪器与试剂1. 仪器：瑞士bruker公司生产的AVANCE300NMR谱仪；ø5mm的标准样品管1支。
滴管1个。
2. 试剂：TMS（内标）；CDCL3（氘代氯）仿；未知样品。
四、操作步骤1. 样品的配制：取2mg的:C9H10O2）放入ø 5mm核磁共振标准样品管中，再将0.5ml氘代氯仿也加入此样品管中（溶液高度最好在3.5—4.0cm之间），轻轻摇匀，等完全溶解后，方可测试。
若样品无法完全溶解，也可适当加热或用微波震荡等致其完全溶解。
2. 测谱：(1)样品管外部用天然真丝布擦拭干净后再插入转子中，放在深度规中量好高度。
严格按照操作规程（此处操作失误有可能摔碎样品管损害探头！）。
按下“Lift on/off”键，此键灯亮。
核磁共振谱图解析与结构确定
对比
2. 谱图解析与结构(1)确定
化合物 C10H12O2
3
2 2
5
8
7
6
5
4
3
2
1
0
谱图解析与结构确定步骤
=1+10+1/2(-12)=5
δ 3.0和δ 4.30三重峰和三重峰 O—CH2CH2—相互偶合峰
δ 2.1单峰三个氢，—CH3峰 结构中有氧原子，可能具有：
δ 7.3芳环上氢，单峰烷基单取代
δ2.3 δ1.2 2H 3H
结构(3)确定过程
化合物 C10H12O2， =1+10+1/2(-12)=5
a. δ 2.32和δ 1.2—CH2CH3相互偶合峰 b. δ 7.3芳环上氢，单峰烷基单取代
c. δ 5.21—CH2上氢，低场与电负性基团相连
哪个正确 a O
b
CH2 C O CH2CH3 A
质子a与质子b 所处的化学环境不 同，两个单峰。 单峰：没有相邻碳 原子（或相邻碳原 子无质子）
质子b直接与吸电子元素相连，产生去屏蔽效应，峰在低 场（相对与质子a ）出现。
质子b也受其影响，峰也向低场位移。
谱图解析（ 3 ）
裂分与位移
谱图解析（ 4 ）
苯环上的质子在低场出现。为什么？ 为什么1H比6H的化学位移大？
最后解析：芳烃质子和其它质子
• 活泼氢D2O交换，解析消失的信号 • 由化学位移，偶合常数和峰数目用一级谱解析
• 参考 IR，UV，MS和其它数据推断解构
• 得出结论，验证解构
1. 谱图解析（1）
6个质子处于完全相同的化学环境，单峰。 没有直接与吸电子基团（或元素）相连，在高场出现。
核磁共振H谱图解析与结构确定
δ 7.3芳环上氢，单峰烷基单取代
ab
Oc
正确结构：
CH 2CH 2OC CH 3
δ3.0 δ 4.30
δ2.1
2020/7/2
谱图解析与结构确定(2)
C7H16O3，推断其结构
9
δ 5.30 1
δ 3.38 δ 1.37 6
2020/7/2
结构确定(2)
C7H16O3，u=1+7+1/2(-16)=0 u=1+n4 + 1/2(n3-n1)
2020/7/2
1H—NMR图谱的解析大体程序为： （1）首先注意检查TMS信号是否正常； （2）根据积分曲线算出各个信号对应的H数； （3）解释低磁场处（δ10～16）出现的—COOH及
具有分子内氢键缔合的—OH基信号； （4）参考化学位移、小峰数目及偶合常数，解释低
级偶合系统； （5）解释芳香氢核信号及高级偶合系统； （6）对推测出的结构，结合化学法或利用UV、IR、
化合物 C10H12O2
3
2
2
5
8
7
6
5
4
3
2020/7/2
2
1
0
谱图解析与结构确定(1)
u=1+10+1/2(-12)=5,
u=1+n4 + 1/2(n3-n1)
δ 3.0和δ 4.30三重峰和三重峰 O—CH2CH2—相互偶合峰
δ 2.1单峰三个氢，—CH3峰 结构中有氧原子，可能具有：
O C CH3
2020/7/2
一、谱图中化合物的结构信息
（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，
多少种；
（2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，
核磁共振图谱解析解析NMR
同核J-偶合(Homonuclear J-Coupling)
多重峰出现的规则: 1. 某一原子核与N个相邻的核相互偶合将给出(n+1)重峰. 2. 等价组合具有相同的共振频率.其强度与等价组合数有关. 3. 磁等价的核之间偶合作用不出现在谱图中. 4. 偶合具有相加性. 例如: observed spin coupled spin intensity
JCH JCH
H C
p-pulse on H
H C
这相当于使用一系列1800脉冲快速照射氢核。 pH pH
C-H
+J/2
C-H
-J/2
C-H
+J/2
pH
C-H
-J/2
pH
C-H
+J/2
pH
C-H
-J/2
Fig. 4-2.5 The proton-decoupled 13C spectrum of 1-propanol
H-12C H-13C H-13C x100
105 Hz
proton-coupled spectra (nondecoupled spectra)
Quartet, J=127 Hz
Proton-coupled spectra for large molecules are often difficult to interpret. The multiplets from different C commonly overlap because the 13C-H coupling constants are frequently larger than the chemical differences of the C in the spectrum. 原子核间的偶合导致谱图 的复杂化(―精细裂分”)， 灵敏度下降。 Fig. 4-2.4 Ethyl phenylacetate. (a) The proton-coupled 13C spectrum. (b) The proton-decoupled 13C spectrum
核磁共振氢谱确定有机化合物结构
质量数（a）原子序数（ Z） 自旋量子（I）
奇数
奇或偶
例子
偶数
偶数
0
偶数
奇数 1，2，3……
2.化学位移
某一个质子的吸收峰位置与参比物质（通常为四基硅烷）的吸收峰位置之间的差 就是该质子的化学位移。在不同化学环境下的质子具有不同的化学位移，相同环 境下相同的质子具有相同的化学位移。化学位移计算公式为：
磁核之间的互相干扰称为自旋 -自旋耦合，当自旋体系耦合时，谱线就会发生裂 分对于 AmXn 体系（即一组 m 个等同质子受另一组 n 个等同质子作用）谱线的裂 分数目 N 与邻近核的自旋量子数 I 和核的数目 n 关系如下
N=2nI+1 对于 1H，I=1/2，N=n+1，即 n+1 规则。利用这一规则可以判断相邻基团上质子 的数目。
直至基线水平且峰形对称为止。 (12)标定作为标准峰的化学位移值为 0. (13)根据需要对选定的峰进行积分，第一个积分的峰系统会缺省将面积定位 1。 (14)标出所需峰的化学位移值。 (15)调整图形的尺寸，准备打印 (16)打印谱图
五、数据处理
分子式：C12H14O4 不饱和度ω=（12+1）-14/2=6 由于不饱和度较大，且化学位移 7～8 之间中强峰，这是芳香族化合物的特征， 除去苯环的 4 个不饱和度，还有 2 个；与可能为碳碳不饱和键或是羰基。从谱图 中并没有看到活泼氢的特征谱线，故不存在羧基。
进动轨道
自
旋
核磁矩μ
轴
原子核在静磁场 B0 中进动
进动频率ωl 由下式决定：
ωl = γ B0
进动的方向由γ的符号决定。设想在垂直与 B0 的平面上加上一个线偏振交变磁 场，其圆频率等于ωl。线偏振交变磁场可以分解为旋转方向相反的两个圆偏振磁
- 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)。
OH OH
三、谱图解析
i. 由分子式求不饱合度
谱图解析步骤
ii. 由积分曲线求1H核的相对数目 核的相对数目 iii. 解析各基团 先解析： 首 先解析： H3CO ,H3CN 再解析： 再解析：
O ,H3C Ar ,H3C C ,H3C C
COOH,
CHO
( 低场信号 )
最后解析： 最后解析：芳烃质子和其它质子 • 活泼氢 2O交换，解析消失的信号 活泼氢D 交换 交换， • 由化学位移，偶合常数和峰数目用一级谱解析 由化学位移， • 参考 IR，UV，MS和其它数据推断解构 ， ， 和其它数据推断解构 • 得出结论，验证解构 得出结论，
稀土元素的离子与孤对电子配位后， 稀土元素的离子与孤对电子配位后，相邻元素上质子的 化学位移发生显著移动。 化学位移发生显著移动。 常用：Eu（DPM）3 [三—（2,2,6,6—四甲基）庚二酮 （ 四甲基） ） 三 （ 四甲基 庚二酮—3,5]铕 铕
H2 H2 H2 H2 H2 HO C C C C C CH3
第四节 谱图解析与化合物 结构确定
analysis of spectrograph and structure determination
三、谱图解析
spectrum unscrambling
四、谱图联合解析
deduce the structures from NMR spectrum and IR spectrum
O CH 2CH 3
正确结构： 正确结构： HC O CH 2CH 3
O CH 2CH 3
谱图解析与结构(3) 谱图解析与结构(3)
化合物 C10H12O2，推断结构 ，
δ7.3 δ2.3 δ 5.21 5H 2H 2H 3H δ1.2
结构(3)确定过程 结构(3)确定过程 (3)
化合物 C10H12O2， ，
一、谱图中化合物的结构信息
（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种； ）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种； 面积)： 相对)， （2）峰的强度 面积 ：每类质子的数目 相对 ，多少个； ）峰的强度(面积 每类质子的数目(相对 多少个； （3）峰的位移 δ )：每类质子所处的化学环境，化合物中位置； ）峰的位移( ：每类质子所处的化学环境，化合物中位置； （4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数； ）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数； （5）偶合常数 ：确定化合物构型。 ）偶合常数(J)： 不足之处： 不足之处： 仅能确定质子（氢谱）。
1. 谱图解析（1） 谱图解析（ ）
6个质子处于完全相同的化学环境，单峰。 没有直接与吸电子基团（或元素）相连，在高场出现。
谱图解析（ 2 ） 谱图解析（
质子a与质子b 所处的化学环境不 同，两个单峰。 单峰：没有相邻碳 原子（或相邻碳原 子无质子） 质子b直接与吸电子元素相连，产生去屏蔽效应，峰在低 场（相对与质子a ）出现。 质子b也受其影响，峰也向低场位移。
吡啶溶液 溶液 2 1 CDCl3溶液
CH3 CH3 O H3C CH3
2
1
4. 去偶法（双照射） 去偶法（双照射）
第二射频场 H2
υ2
Xn（共振） 共振）
AmXn系统
Hb Hb Ha Hc C C C Br Hb Ha Hc
消除了X 消除了 n对的Am偶合
照射 Ha
照射 Hb
5. 位移试剂 (shift reagents)
正确结构： 正确结构：
a b O c CH 2CH 2 O C CH 3 δ3.0 δ 4.30 δ2.1
谱图解析与结构(2)确定 谱图解析与结构(2)确定 (2)
C7H16O3，推断其结构 ，
9
δ 3.38 δ 5.30 1 6
δ 1.37
结构(2)确定过程 结构(2)确定过程 (2)
C7H16O3， Ω =1+7+1/2(-16)=0 ， a. δ3.38和δ 1.37 四重峰和三重峰 和 —CH2CH3相互偶合峰 b. δ 3.38含有 含有—O—CH2 —结构 含有 结构 结构中有三个氧原子，可能具有(—O—CH2 —)3 结构中有三个氧原子，可能具有 c. δ 5.3CH上氢吸收峰，低场与电负性基团相连 上氢吸收峰， 上氢吸收峰
O
O b C CH 2 CH 3 B
谱图解析与结构(4) 谱图解析与结构(4)
化合物 C8H8O2，推断其结构 ，
10
9
8
7ห้องสมุดไป่ตู้
6
5
4
3
结构(4)确定过程 结构(4)确定过程 (4)
化合物 C8H8O2， ，
Ω=1+8+1/2(-8)=5
δ =7-8芳环上氢，四个峰对位取代 芳环上氢， 芳环上氢 •δ δ= 9.87—醛基上氢， 醛基上氢 醛基上 O •低δ= 3.87 CH3上氢，低场移动，与电负性强的元素 低场移动， C H 相连： 相连： —O—CH3
8
7
6
5
4
3
2
1
0
谱图解析与结构确定步骤
Ω =1+10+1/2(-12)=5
δ 3.0和δ 4.30三重峰和三重峰 和 三重峰和三重峰 O—CH2CH2—相互偶合峰 相互偶合峰 δ 2.1单峰三个氢，—CH3峰 单峰三个氢， 单峰三个氢 结构中有氧原子，可能具有： 结构中有氧原子，可能具有： δ 7.3芳环上氢，单峰烷基单取代 芳环上氢， 芳环上氢 O C CH3
• 第四节 谱图解析与结构确定
analysis of spectrograph and structure determination
• 第五节
13C
13C核磁共振波谱
nuclear magnetic resonance
结束
内容选择： 内容选择：
• 第一节 核磁共振基本原理
principle of nuclear magnetic resonance
• 第二节 核磁共振与化学位移
nuclear magnetic resonance and chemical shift
• 第三节 自旋偶合与自旋裂分
spin coupling and spin splitting
Ω =1+10+1/2(-12)=5
a. δ 2.32和δ 1.2—CH2CH3相互偶合峰 和 b. δ 7.3芳环上氢，单峰烷基单取代 芳环上氢， 芳环上氢 c. δ 5.21—CH2上氢，低场与电负性基团相连 上氢，
a O b CH 2 C O CH 2 CH 3 a CH 2 A
哪个正确? 正确：B 为什么?
正确结构： 正确结构：
H 3C O
O C H
四、联合谱图解析
（1）C6H12O
1700cm-1, C=0, 醛,酮 <3000 cm-1, -C-H 饱和烃
两种质子 1：3或3：9 -CH3 ：-C(CH3)9 无裂分，无相邻质子
谱图解析 （2）C8H14O4
1700cm-1, C=0, 醛,酮，排除羧酸， 酮 排除羧酸， 醇，酚 <3000 cm-1, -C-H 饱和烃， 饱和烃，无芳环 1．三种质子 4：4：６ ． ： ： 裂分，有相邻质子； ２．裂分，有相邻质子； 裂分为3, ３． δ=1.3(6H) 两个 CH3 裂分为 相邻C有 相邻 有2H; CH3-CH24. δ=2.5(4H) ,单峰 单峰, 单峰 CO-CH2CH2-CO5. δ=4.1(4H) 低场 吸电子 低场(吸电子 吸电子), 两个 -O-CH2-
一级谱的特点
裂分峰数符和n+1规律，相邻的核为磁等价即只有一个偶合 规律， 裂分峰数符和 规律 常数J；若相邻n个核 个核偶合常数为J 个核n 常数 ；若相邻 个核 1个核偶合常数为 1， n2个核偶合常数 则裂分峰数为 为J2，n= n1+ n2则裂分峰数为（n1+1)( n2+1) 峰组内各裂分峰强度比(a+1)n的展开系数 峰组内各裂分峰强度比 从谱图中可直接读出δ和J，化学位移δ在裂分峰的对称中心， 从谱图中可直接读出δ ，化学位移δ在裂分峰的对称中心， 裂分峰之间的距离（ ）为偶合常数J 裂分峰之间的距离（Hz）为偶合常数 非一级谱（二级谱） 非一级谱（二级谱） 一般情况下，谱峰数目超过 一般情况下，谱峰数目超过n+1规律所计算的数目 规律所计算的数目 组内各峰之间强度关系复杂 一般情况下， 不能从谱图中可直接读出 一般情况下， δ和J不能从谱图中可直接读出 不能
常见复杂谱图
X
7.55 8.0 O 3H 7.4 2H 7.55 8.0 C CH 3
X
Y
X
8
7
X
二、简化谱图的方法
1. 采用高场强仪器 60MHz
H H C C H CN
100MHz
220MHz HB HC
HA
2. 活泼氢 2O交换反应 活泼氢D 交换反应 3. 介质效应
OH>NH>SH
OH CH3
谱图解析（ 3 ） 谱图解析（
裂分与位移
谱图解析（ 4 ） 谱图解析（
苯环上的质子在低场出现。为什么？ 苯环上的质子在低场出现。为什么？ 为什么1H比6H的化学位移大？ 为什么 比 的化学位移大？ 的化学位移大
对比
2. 谱图解析与结构 确定 谱图解析与结构(1)确定 化合物 C10H12O2 2 2 5 3
第十九章 核磁共振波谱 分析法
nuclear magnetic resonance spectroscopy; NMR
一、谱图中化合物的结 构信息
structure information of compound in spectrograph
三、谱图解析
i. 由分子式求不饱合度
谱图解析步骤
ii. 由积分曲线求1H核的相对数目 核的相对数目 iii. 解析各基团 先解析： 首 先解析： H3CO ,H3CN 再解析： 再解析：
O ,H3C Ar ,H3C C ,H3C C
COOH,
CHO
( 低场信号 )
最后解析： 最后解析：芳烃质子和其它质子 • 活泼氢 2O交换，解析消失的信号 活泼氢D 交换 交换， • 由化学位移，偶合常数和峰数目用一级谱解析 由化学位移， • 参考 IR，UV，MS和其它数据推断解构 ， ， 和其它数据推断解构 • 得出结论，验证解构 得出结论，
稀土元素的离子与孤对电子配位后， 稀土元素的离子与孤对电子配位后，相邻元素上质子的 化学位移发生显著移动。 化学位移发生显著移动。 常用：Eu（DPM）3 [三—（2,2,6,6—四甲基）庚二酮 （ 四甲基） ） 三 （ 四甲基 庚二酮—3,5]铕 铕
H2 H2 H2 H2 H2 HO C C C C C CH3
第四节 谱图解析与化合物 结构确定
analysis of spectrograph and structure determination
三、谱图解析
spectrum unscrambling
四、谱图联合解析
deduce the structures from NMR spectrum and IR spectrum
O CH 2CH 3
正确结构： 正确结构： HC O CH 2CH 3
O CH 2CH 3
谱图解析与结构(3) 谱图解析与结构(3)
化合物 C10H12O2，推断结构 ，
δ7.3 δ2.3 δ 5.21 5H 2H 2H 3H δ1.2
结构(3)确定过程 结构(3)确定过程 (3)
化合物 C10H12O2， ，
一、谱图中化合物的结构信息
（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种； ）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种； 面积)： 相对)， （2）峰的强度 面积 ：每类质子的数目 相对 ，多少个； ）峰的强度(面积 每类质子的数目(相对 多少个； （3）峰的位移 δ )：每类质子所处的化学环境，化合物中位置； ）峰的位移( ：每类质子所处的化学环境，化合物中位置； （4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数； ）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数； （5）偶合常数 ：确定化合物构型。 ）偶合常数(J)： 不足之处： 不足之处： 仅能确定质子（氢谱）。
1. 谱图解析（1） 谱图解析（ ）
6个质子处于完全相同的化学环境，单峰。 没有直接与吸电子基团（或元素）相连，在高场出现。
谱图解析（ 2 ） 谱图解析（
质子a与质子b 所处的化学环境不 同，两个单峰。 单峰：没有相邻碳 原子（或相邻碳原 子无质子） 质子b直接与吸电子元素相连，产生去屏蔽效应，峰在低 场（相对与质子a ）出现。 质子b也受其影响，峰也向低场位移。
吡啶溶液 溶液 2 1 CDCl3溶液
CH3 CH3 O H3C CH3
2
1
4. 去偶法（双照射） 去偶法（双照射）
第二射频场 H2
υ2
Xn（共振） 共振）
AmXn系统
Hb Hb Ha Hc C C C Br Hb Ha Hc
消除了X 消除了 n对的Am偶合
照射 Ha
照射 Hb
5. 位移试剂 (shift reagents)
正确结构： 正确结构：
a b O c CH 2CH 2 O C CH 3 δ3.0 δ 4.30 δ2.1
谱图解析与结构(2)确定 谱图解析与结构(2)确定 (2)
C7H16O3，推断其结构 ，
9
δ 3.38 δ 5.30 1 6
δ 1.37
结构(2)确定过程 结构(2)确定过程 (2)
C7H16O3， Ω =1+7+1/2(-16)=0 ， a. δ3.38和δ 1.37 四重峰和三重峰 和 —CH2CH3相互偶合峰 b. δ 3.38含有 含有—O—CH2 —结构 含有 结构 结构中有三个氧原子，可能具有(—O—CH2 —)3 结构中有三个氧原子，可能具有 c. δ 5.3CH上氢吸收峰，低场与电负性基团相连 上氢吸收峰， 上氢吸收峰
O
O b C CH 2 CH 3 B
谱图解析与结构(4) 谱图解析与结构(4)
化合物 C8H8O2，推断其结构 ，
10
9
8
7ห้องสมุดไป่ตู้
6
5
4
3
结构(4)确定过程 结构(4)确定过程 (4)
化合物 C8H8O2， ，
Ω=1+8+1/2(-8)=5
δ =7-8芳环上氢，四个峰对位取代 芳环上氢， 芳环上氢 •δ δ= 9.87—醛基上氢， 醛基上氢 醛基上 O •低δ= 3.87 CH3上氢，低场移动，与电负性强的元素 低场移动， C H 相连： 相连： —O—CH3
8
7
6
5
4
3
2
1
0
谱图解析与结构确定步骤
Ω =1+10+1/2(-12)=5
δ 3.0和δ 4.30三重峰和三重峰 和 三重峰和三重峰 O—CH2CH2—相互偶合峰 相互偶合峰 δ 2.1单峰三个氢，—CH3峰 单峰三个氢， 单峰三个氢 结构中有氧原子，可能具有： 结构中有氧原子，可能具有： δ 7.3芳环上氢，单峰烷基单取代 芳环上氢， 芳环上氢 O C CH3
• 第四节 谱图解析与结构确定
analysis of spectrograph and structure determination
• 第五节
13C
13C核磁共振波谱
nuclear magnetic resonance
结束
内容选择： 内容选择：
• 第一节 核磁共振基本原理
principle of nuclear magnetic resonance
• 第二节 核磁共振与化学位移
nuclear magnetic resonance and chemical shift
• 第三节 自旋偶合与自旋裂分
spin coupling and spin splitting
Ω =1+10+1/2(-12)=5
a. δ 2.32和δ 1.2—CH2CH3相互偶合峰 和 b. δ 7.3芳环上氢，单峰烷基单取代 芳环上氢， 芳环上氢 c. δ 5.21—CH2上氢，低场与电负性基团相连 上氢，
a O b CH 2 C O CH 2 CH 3 a CH 2 A
哪个正确? 正确：B 为什么?
正确结构： 正确结构：
H 3C O
O C H
四、联合谱图解析
（1）C6H12O
1700cm-1, C=0, 醛,酮 <3000 cm-1, -C-H 饱和烃
两种质子 1：3或3：9 -CH3 ：-C(CH3)9 无裂分，无相邻质子
谱图解析 （2）C8H14O4
1700cm-1, C=0, 醛,酮，排除羧酸， 酮 排除羧酸， 醇，酚 <3000 cm-1, -C-H 饱和烃， 饱和烃，无芳环 1．三种质子 4：4：６ ． ： ： 裂分，有相邻质子； ２．裂分，有相邻质子； 裂分为3, ３． δ=1.3(6H) 两个 CH3 裂分为 相邻C有 相邻 有2H; CH3-CH24. δ=2.5(4H) ,单峰 单峰, 单峰 CO-CH2CH2-CO5. δ=4.1(4H) 低场 吸电子 低场(吸电子 吸电子), 两个 -O-CH2-
一级谱的特点
裂分峰数符和n+1规律，相邻的核为磁等价即只有一个偶合 规律， 裂分峰数符和 规律 常数J；若相邻n个核 个核偶合常数为J 个核n 常数 ；若相邻 个核 1个核偶合常数为 1， n2个核偶合常数 则裂分峰数为 为J2，n= n1+ n2则裂分峰数为（n1+1)( n2+1) 峰组内各裂分峰强度比(a+1)n的展开系数 峰组内各裂分峰强度比 从谱图中可直接读出δ和J，化学位移δ在裂分峰的对称中心， 从谱图中可直接读出δ ，化学位移δ在裂分峰的对称中心， 裂分峰之间的距离（ ）为偶合常数J 裂分峰之间的距离（Hz）为偶合常数 非一级谱（二级谱） 非一级谱（二级谱） 一般情况下，谱峰数目超过 一般情况下，谱峰数目超过n+1规律所计算的数目 规律所计算的数目 组内各峰之间强度关系复杂 一般情况下， 不能从谱图中可直接读出 一般情况下， δ和J不能从谱图中可直接读出 不能
常见复杂谱图
X
7.55 8.0 O 3H 7.4 2H 7.55 8.0 C CH 3
X
Y
X
8
7
X
二、简化谱图的方法
1. 采用高场强仪器 60MHz
H H C C H CN
100MHz
220MHz HB HC
HA
2. 活泼氢 2O交换反应 活泼氢D 交换反应 3. 介质效应
OH>NH>SH
OH CH3
谱图解析（ 3 ） 谱图解析（
裂分与位移
谱图解析（ 4 ） 谱图解析（
苯环上的质子在低场出现。为什么？ 苯环上的质子在低场出现。为什么？ 为什么1H比6H的化学位移大？ 为什么 比 的化学位移大？ 的化学位移大
对比
2. 谱图解析与结构 确定 谱图解析与结构(1)确定 化合物 C10H12O2 2 2 5 3
第十九章 核磁共振波谱 分析法
nuclear magnetic resonance spectroscopy; NMR
一、谱图中化合物的结 构信息
structure information of compound in spectrograph