《第13講核磁共振波譜法課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第13講核磁共振波譜法課件.ppt（58頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程主講：石文兵主講：石文兵第十三章第十三章 核磁共振波譜法核磁共振波譜法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，NMR Spectroscopy）化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 核磁共振波譜法簡稱核磁共振（核磁共振波譜法簡稱核磁共振（Nuclear Magnetic Reson

2、ance），），它是基于某些磁性它是基于某些磁性原子核在很強外磁場的作用下，可以分裂成原子核在很強外磁場的作用下，可以分裂成兩個或兩個以上量子化的能級，如果此時用兩個或兩個以上量子化的能級，如果此時用一個其能量恰好等于裂化后相鄰兩能級之差一個其能量恰好等于裂化后相鄰兩能級之差的電磁波照射，則該核就可吸收能量，發(fā)生的電磁波照射，則該核就可吸收能量，發(fā)生能級躍遷，同時產(chǎn)生核磁共振信號，得到核能級躍遷，同時產(chǎn)生核磁共振信號，得到核磁共振波譜磁共振波譜。所吸收的能量的數(shù)量級相當(dāng)于。所吸收的能量的數(shù)量級相當(dāng)于頻率為頻率為0.1到到100MHz的電磁波，屬于射頻區(qū)。的電磁波，屬于射頻區(qū)。是研究和測定是研究

3、和測定分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)的強有力工具。的強有力工具。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程第一節(jié)第一節(jié) 核磁共振基本原理核磁共振基本原理一、原子核的磁性一、原子核的磁性 原子核具有質(zhì)量并帶有正電荷。大多數(shù)核原子核具有質(zhì)量并帶有正電荷。大多數(shù)核都有都有自旋現(xiàn)象自旋現(xiàn)象，具有，具有核自旋角動量核自旋角動量，用矢量，用矢量P表表征，同時，征，同時，自旋核產(chǎn)生磁場自旋核產(chǎn)生磁場，具有，具有核磁矩核磁矩。核核磁矩磁矩和和核自旋角動量核自旋角動量P的關(guān)系為的關(guān)系為：=PYANGTZE NORMAL UN

4、IVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程式中的式中的 為為磁旋比磁旋比，不同物質(zhì)有不同的磁，不同物質(zhì)有不同的磁旋比，它是磁性核的一個旋比，它是磁性核的一個特征常數(shù)特征常數(shù)。根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核的自旋根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核的自旋角動量角動量P是量子化的，是量子化的，P與與核的自旋量子核的自旋量子數(shù)數(shù)I有下列關(guān)系：有下列關(guān)系：（13-2）（13-3）YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 即核磁矩即核磁矩 的值可由核的

5、自旋量子數(shù)決定的值可由核的自旋量子數(shù)決定。實驗表明，實驗表明，核自旋量子數(shù)與核的質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子核自旋量子數(shù)與核的質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)有關(guān)數(shù)和中子數(shù)有關(guān)，見教材，見教材P243頁表頁表13-1所示。所示。表表13-1說明，說明，I=0的原子核沒有自旋現(xiàn)象，的原子核沒有自旋現(xiàn)象，無磁性無磁性，稱為，稱為非磁性核非磁性核，這類核不會發(fā)生核磁，這類核不會發(fā)生核磁共振。共振。I不等于不等于0的核則為的核則為磁性核磁性核，I值可取整數(shù)值可取整數(shù)和半整數(shù)，這類核發(fā)生和半整數(shù)，這類核發(fā)生核磁共振核磁共振。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市

6、精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 其中其中I=1/2的原子核，核電荷球形均勻分布的原子核，核電荷球形均勻分布于核表面，如于核表面，如1H、13C、19F、31P，其核磁共振其核磁共振的譜線窄，最適宜檢測，它是核磁共振研究的的譜線窄，最適宜檢測，它是核磁共振研究的主要對象主要對象。目前研究和應(yīng)用最多的是。目前研究和應(yīng)用最多的是1H、13C核核磁共振波譜磁共振波譜。二、核自旋能級和核磁共振二、核自旋能級和核磁共振 有自旋現(xiàn)象的原子核，在外加磁場有自旋現(xiàn)象的原子核，在外加磁場B0中，中，由于由于磁矩和磁場的相互作用磁矩和磁場的相互作用，核自旋取向數(shù)有，核自旋取向數(shù)有（2I+1）個。各取向可以由

7、一個個。各取向可以由一個磁量子數(shù)磁量子數(shù)m表表示，示，m=I，I-1，I-2，-I。每個自旋取向代表每個自旋取向代表自旋核某特定的能量狀。自旋核某特定的能量狀。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程態(tài)（能級），態(tài)（能級），I=1/2的氫核和的氫核和I=1的核在的核在B0中的取向如圖中的取向如圖13-1所示。所示。PZ為為自旋角動量自旋角動量P在在Z軸上的分量，即軸上的分量，即核磁矩在核磁矩在磁場方向上的分量磁場方向上的分量亦有亦有（13-4）（13-5）YANGTZE NORMAL UNI

8、VERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 根據(jù)經(jīng)典電磁學(xué)理論，根據(jù)經(jīng)典電磁學(xué)理論，核磁矩核磁矩與與外磁外磁場場相互作用而產(chǎn)生的相互作用而產(chǎn)生的核磁作用能核磁作用能E，即各即各能級的能量為：能級的能量為：例如，例如，1H核，核，I=1/2，它在外磁場中它在外磁場中能量只有兩種取向，一種與外磁場平行，能量只有兩種取向，一種與外磁場平行，能量較低，以能量較低，以m=+1/2，E1=-B0表示；另表示；另一種與外磁場方向相反，能量較高，以一種與外磁場方向相反，能量較高，以m=-1/2，E2=B0表示。表示。（13-6）YANGTZE

9、NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 由式（由式（13-6）可知，）可知，核磁矩核磁矩總是力求總是力求與磁場方向平行。與磁場方向平行。I=1/2的核自旋能級裂分的核自旋能級裂分與磁場與磁場B0的關(guān)系如圖的關(guān)系如圖13-2所示。所示。由圖由圖13-2及式（及式（13-6）表明，）表明，1H核在核在磁場中，由低能級（磁場中，由低能級（E1）向高能級（向高能級（E2）躍遷時，所需要的能量（躍遷時，所需要的能量（E）為為 E與核的磁矩及外磁場強度成正比，與核的磁矩及外磁場強度成正比，外磁場愈強，能級裂分愈大，即

10、外磁場愈強，能級裂分愈大，即 E愈大。愈大。（13-6）YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程（二）核磁共振（二）核磁共振 由上所述，磁性核在磁場中，核自旋產(chǎn)生的由上所述，磁性核在磁場中，核自旋產(chǎn)生的磁場與外磁場發(fā)生相互作用，由于這中作用不在磁場與外磁場發(fā)生相互作用，由于這中作用不在同一個方向上，因此，同一個方向上，因此，磁性核一面自旋，一面又磁性核一面自旋，一面又以自旋軸以一定的角度圍繞外磁場方向進行回旋以自旋軸以一定的角度圍繞外磁場方向進行回旋運動，稱為拉莫爾（運動，稱為拉莫爾（Lar

11、mor）運動運動。拉莫爾運動。拉莫爾運動有一定的有一定的回旋頻率回旋頻率v。當(dāng)當(dāng)射頻的頻率射頻的頻率正好等于正好等于自旋自旋運動頻率運動頻率時，自旋核就會吸收射頻，從低能級躍時，自旋核就會吸收射頻，從低能級躍遷至高能級，這種現(xiàn)象稱為遷至高能級，這種現(xiàn)象稱為核磁共振核磁共振。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 當(dāng)發(fā)生核磁共振時，自旋核的躍遷能當(dāng)發(fā)生核磁共振時，自旋核的躍遷能量（量（E=2 B0）必然等于射頻輻射能量（必然等于射頻輻射能量（E=hv），），即即2 B0=hv，則有則有由式（

12、由式（13-5）和式（）和式（13-8），），對于對于I=1/2的的核發(fā)生核磁共振吸收射頻的頻率核發(fā)生核磁共振吸收射頻的頻率，即共振，即共振頻率為頻率為:（13-8）（13-9）YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 上述兩式稱為核磁共振的條件式上述兩式稱為核磁共振的條件式。例如，在外加磁場例如，在外加磁場B0=4.69T的超導(dǎo)磁體的超導(dǎo)磁體中，中，1H和和13C的共振頻率如下：的共振頻率如下：1H的共振頻率：的共振頻率：YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE N

13、ORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程13C的共振頻率：的共振頻率：三、核自旋能級分布和弛豫三、核自旋能級分布和弛豫（一）核自旋能級分布（一）核自旋能級分布YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 1H核的核的I=1/2，在沒有外磁場時，在沒有外磁場時，1H核的核的兩種自旋狀態(tài)（兩種自旋狀態(tài)（m=+1/2，-1/2）分布頻率是分布頻率是相等的。相等的。置于磁場后，處于低能態(tài)核和處于高置于磁場后，處于低能態(tài)核和處于高能態(tài)核的分布，由波爾茲曼分布定律計算能態(tài)

14、核的分布，由波爾茲曼分布定律計算。例。例如，當(dāng)如，當(dāng)B0=1.049 T，溫度為溫度為300K時，高能態(tài)和時，高能態(tài)和低能態(tài)的低能態(tài)的1H核分數(shù)之比則為核分數(shù)之比則為:YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 也就是說，低能態(tài)的核數(shù)僅比高能態(tài)核也就是說，低能態(tài)的核數(shù)僅比高能態(tài)核數(shù)多十萬分之一數(shù)多十萬分之一。而而NMR信號就是靠這極信號就是靠這極弱過量的低能態(tài)氫核產(chǎn)生的弱過量的低能態(tài)氫核產(chǎn)生的。隨著。隨著NMR吸吸收過程的進行，如果高能態(tài)核不能通過有效收過程的進行，如果高能態(tài)核不能通過有效途徑

15、釋放能量回到低能態(tài)，那么低能態(tài)的核途徑釋放能量回到低能態(tài)，那么低能態(tài)的核數(shù)越來越少，一定時間后，數(shù)越來越少，一定時間后，N（-1/2）=N（+1/2），這時不會再有射頻的吸收，核磁共這時不會再有射頻的吸收，核磁共振信號即消失，這種現(xiàn)象叫振信號即消失，這種現(xiàn)象叫“飽和飽和”。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程（二）核自旋馳豫（二）核自旋馳豫 實際上從電子高能態(tài)實際上從電子高能態(tài)自發(fā)回到低能態(tài)的自發(fā)回到低能態(tài)的概率近似為零概率近似為零。高能態(tài)往往是通過一些非輻。高能態(tài)往往是通過一些非輻射途

16、徑回到低能態(tài)，這種過程叫射途徑回到低能態(tài)，這種過程叫核自旋馳豫核自旋馳豫。1.自旋自旋-晶格馳豫晶格馳豫 處于高能態(tài)的核自旋體系將處于高能態(tài)的核自旋體系將能量傳遞給能量傳遞給周圍環(huán)境（晶格或溶劑）周圍環(huán)境（晶格或溶劑），自己，自己回到低能態(tài)的過程，稱為自旋回到低能態(tài)的過程，稱為自旋-晶格馳豫晶格馳豫。2.自旋自旋-自旋馳豫自旋馳豫 處于高能態(tài)的核自旋體系將處于高能態(tài)的核自旋體系將能量傳遞給能量傳遞給鄰近低能態(tài)同類磁性核鄰近低能態(tài)同類磁性核的過程。的過程。稱為自旋稱為自旋-自旋馳豫自旋馳豫。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市

17、精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程第二節(jié)第二節(jié) 核磁共振波譜主要參數(shù)核磁共振波譜主要參數(shù) 核磁共振波譜用于結(jié)構(gòu)分析中的主要核磁共振波譜用于結(jié)構(gòu)分析中的主要參數(shù)有參數(shù)有化學(xué)位移、自旋偶合常數(shù)、信號強化學(xué)位移、自旋偶合常數(shù)、信號強度（峰面積）和馳豫時間度（峰面積）和馳豫時間。一、化學(xué)位移一、化學(xué)位移 YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程（一）屏蔽常數(shù)和化學(xué)位移（一）屏蔽常數(shù)和化學(xué)位移 當(dāng)當(dāng)1H核自旋時，核周圍的電子云也隨之核自旋時，核周圍的電子云也隨之轉(zhuǎn)動，在外磁場作用下，會感應(yīng)產(chǎn)生一個

18、與轉(zhuǎn)動，在外磁場作用下，會感應(yīng)產(chǎn)生一個與外加磁場方向相反的次級磁場，實際上會使外加磁場方向相反的次級磁場，實際上會使外磁場減弱，這種作用稱為外磁場減弱，這種作用稱為屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)。1H核核由于在化合物中所處的化學(xué)環(huán)境不由于在化合物中所處的化學(xué)環(huán)境不同，核外電子云的密度也不同，屏蔽作用的同，核外電子云的密度也不同，屏蔽作用的大小也不同，所以在同一大小也不同，所以在同一B0下，不同下，不同1H核的核的共振吸收峰頻率共振吸收峰頻率有差異。有差異。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 用用B0

19、代表外磁場強度，代表外磁場強度，為屏蔽常數(shù)，為屏蔽常數(shù)，B0為感應(yīng)產(chǎn)生的為感應(yīng)產(chǎn)生的次級磁場強度次級磁場強度，B為氫核真為氫核真正受到的有效外磁場強度，其關(guān)系用下式表達：正受到的有效外磁場強度，其關(guān)系用下式表達：B=B0-B0=B0（1-）將上式代入式（將上式代入式（13-8）和式（）和式（13-9）得：）得：（13-12）（13-11）（13-10）YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程或或 由（由（13-13）和（）和（13-14）可知，）可知，由由于氫核具有不同的屏蔽常數(shù)于氫核具有不

20、同的屏蔽常數(shù)，引起，引起外外磁場磁場或或共振頻率共振頻率的移動，這種現(xiàn)象稱為的移動，這種現(xiàn)象稱為化學(xué)位移化學(xué)位移。（13-14）（13-13）YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程（二）影響化學(xué)位移的因素（二）影響化學(xué)位移的因素1.元素電負性影響元素電負性影響 如果與氫相連的原子或如果與氫相連的原子或原子團的電負性較強，使氫核周圍電子云密原子團的電負性較強，使氫核周圍電子云密度降低，即產(chǎn)生了度降低，即產(chǎn)生了去屏蔽效應(yīng)去屏蔽效應(yīng)。元素的電負。元素的電負性越大，或者取代基團的吸電子作用越強，性

21、越大，或者取代基團的吸電子作用越強，去屏蔽效應(yīng)越大，去屏蔽效應(yīng)越大，氫核的化學(xué)位移氫核的化學(xué)位移 值越大值越大；電負性大的元素距離氫越遠，去屏蔽效應(yīng)越電負性大的元素距離氫越遠，去屏蔽效應(yīng)越小，化學(xué)位移小，化學(xué)位移 值越小。詳見教材值越小。詳見教材P248。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程2.化學(xué)鍵的磁各向異性效應(yīng)化學(xué)鍵的磁各向異性效應(yīng) 在外加磁場的在外加磁場的作用下，分子中處于某一化學(xué)鍵（單鍵、作用下，分子中處于某一化學(xué)鍵（單鍵、雙鍵、三鍵和大雙鍵、三鍵和大 鍵）的不同空間位置的氫鍵

22、）的不同空間位置的氫核，核，受到不同的屏蔽作用受到不同的屏蔽作用，這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為化學(xué)鍵的化學(xué)鍵的磁各向異性效應(yīng)磁各向異性效應(yīng)。原因是電子構(gòu)原因是電子構(gòu)成的化學(xué)鍵，在外磁場作用下產(chǎn)生一個各成的化學(xué)鍵，在外磁場作用下產(chǎn)生一個各向異性的次級磁場，使得某些位置上的氫向異性的次級磁場，使得某些位置上的氫核受到屏蔽效應(yīng)，而另一些位置上的氫核核受到屏蔽效應(yīng)，而另一些位置上的氫核受到去屏蔽效應(yīng)受到去屏蔽效應(yīng)。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程3.氫鍵和溶劑的影響氫鍵和溶劑的影響 鍵合在雜原

23、子上的質(zhì)鍵合在雜原子上的質(zhì)子易形成氫鍵。氫鍵質(zhì)子比沒有形成氫鍵的子易形成氫鍵。氫鍵質(zhì)子比沒有形成氫鍵的質(zhì)子有較小屏蔽效應(yīng)。形成氫鍵傾向越強烈，質(zhì)子有較小屏蔽效應(yīng)。形成氫鍵傾向越強烈，質(zhì)子受到的屏蔽效應(yīng)就越小，因此，質(zhì)子受到的屏蔽效應(yīng)就越小，因此，在較低在較低場發(fā)生共振，即化學(xué)位移值較大場發(fā)生共振，即化學(xué)位移值較大。形成氫鍵。形成氫鍵的傾向受溶液的濃度影響，如在極稀的甲醇的傾向受溶液的濃度影響，如在極稀的甲醇溶液中，平衡向非氫鍵方向移動，故羥基中溶液中，平衡向非氫鍵方向移動，故羥基中質(zhì)子的化學(xué)位移范圍在質(zhì)子的化學(xué)位移范圍在0.51.0；而在濃溶液；而在濃溶液中，化學(xué)位移卻是中，化學(xué)位移卻是4.0

24、5.0。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 同一試樣在不同溶劑中由于受到不同同一試樣在不同溶劑中由于受到不同溶劑分子的作用，化學(xué)位移發(fā)生變化，稱溶劑分子的作用，化學(xué)位移發(fā)生變化，稱為為溶劑效應(yīng)溶劑效應(yīng)。溶劑的這種影響是通過。溶劑的這種影響是通過溶劑溶劑的極性、形成氫鍵、形成分子復(fù)合物以及的極性、形成氫鍵、形成分子復(fù)合物以及屏蔽效應(yīng)而發(fā)生作用屏蔽效應(yīng)而發(fā)生作用。教材表。教材表13-3是部分是部分分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)位移的關(guān)系。分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)位移的關(guān)系。二、偶合常數(shù)二、偶合常數(shù)J（一）自旋偶合常

25、數(shù)和自旋裂分一）自旋偶合常數(shù)和自旋裂分YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 化學(xué)位移是磁性核所處化學(xué)環(huán)境的表征，化學(xué)位移是磁性核所處化學(xué)環(huán)境的表征，但是在核磁共振譜中化學(xué)位移等同的核，其但是在核磁共振譜中化學(xué)位移等同的核，其共振峰并不總表現(xiàn)為一個單峰。例如我們教共振峰并不總表現(xiàn)為一個單峰。例如我們教材圖材圖13-5為碘乙烷的核磁共振譜圖，可以看為碘乙烷的核磁共振譜圖，可以看到，到，=1.62.0處的處的-CH3峰有一個三重精細結(jié)峰有一個三重精細結(jié)構(gòu)；在構(gòu)；在=3.03.4處的處的-CH2

26、峰有一個四重精細峰有一個四重精細結(jié)構(gòu)；在結(jié)構(gòu)；在=7.27.4處小峰是溶劑氘代氯仿處小峰是溶劑氘代氯仿CDCl3的殘留氫核峰。的殘留氫核峰。氫核吸收峰的裂分是因為分子中相鄰氫氫核吸收峰的裂分是因為分子中相鄰氫核之間發(fā)生了核之間發(fā)生了自旋相互作用自旋相互作用，自旋核與自旋，自旋核與自旋核的相互作用稱為核的相互作用稱為自旋自旋-自旋偶合自旋偶合。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 這種作用雖然這種作用雖然沒有影響化學(xué)位移沒有影響化學(xué)位移，但，但 會會使共振峰形發(fā)生變化，使共振峰形發(fā)生變化，

27、引起峰的裂分引起峰的裂分，使譜，使譜線增多，簡稱線增多，簡稱自旋裂分自旋裂分。舉例教材的舉例教材的CH3CH2I的兩種氫的相互影響而裂分的兩種氫的相互影響而裂分。自旋偶合和裂分一般規(guī)律有如下規(guī)律：自旋偶合和裂分一般規(guī)律有如下規(guī)律：1.裂分峰數(shù)目由相鄰偶合氫核數(shù)目裂分峰數(shù)目由相鄰偶合氫核數(shù)目n決定，即決定，即遵守遵守n+1重峰規(guī)律重峰規(guī)律。2.一組氫核多重峰的位置，是以化學(xué)位移值一組氫核多重峰的位置，是以化學(xué)位移值為中心左右對稱，并且各裂分峰間距相等為中心左右對稱，并且各裂分峰間距相等。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品

28、課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程3.把分子中化學(xué)位移相同的氫稱為等價核把分子中化學(xué)位移相同的氫稱為等價核，如例：如例：CH3CH2I中中-CH3三個三個1H和和-CH2-中中兩個兩個1H。把化學(xué)位移相同，核磁性也相同把化學(xué)位移相同，核磁性也相同的核稱為磁等價核的核稱為磁等價核。磁等價核之間雖然有。磁等價核之間雖然有偶合作用，但無裂分現(xiàn)象，在偶合作用，但無裂分現(xiàn)象，在NMR譜圖中譜圖中為單峰。例如，為單峰。例如，Cl-CH2-CH2-Cl分子中，分子中，-CH2上的氫核皆是磁等價核，出現(xiàn)的信號強上的氫核皆是磁等價核，出現(xiàn)的信號強度相當(dāng)于度相當(dāng)于4個個1H核的單峰。即核的單峰。即磁不等價的氫磁不

29、等價的氫核之間才能發(fā)生自旋偶合裂分核之間才能發(fā)生自旋偶合裂分。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 如下情況的氫核是磁不等價氫核：如下情況的氫核是磁不等價氫核：（1）化學(xué)環(huán)境不同的氫核；）化學(xué)環(huán)境不同的氫核；（2）與不對稱碳原子相連的）與不對稱碳原子相連的-CH2上的氫核；上的氫核；（3）固定在環(huán)上的）固定在環(huán)上的-CH2中的氫核；中的氫核；（4）單鍵帶有雙鍵性質(zhì)時，會產(chǎn)生磁不等價氫）單鍵帶有雙鍵性質(zhì)時，會產(chǎn)生磁不等價氫 核；核；（5）單鍵不能自由旋轉(zhuǎn)時，也會產(chǎn)生磁不等價）單鍵不能自由旋

30、轉(zhuǎn)時，也會產(chǎn)生磁不等價 氫核。氫核。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程（二）偶合常數(shù)（二）偶合常數(shù)J 由自旋偶合作用產(chǎn)生的多重峰，裂分峰間由自旋偶合作用產(chǎn)生的多重峰，裂分峰間的間距稱為偶合常數(shù)，以的間距稱為偶合常數(shù)，以J表示，單位為表示，單位為HZ。J值大小表示氫核間相互偶合作用的強弱，偶合值大小表示氫核間相互偶合作用的強弱，偶合常數(shù)具有以下規(guī)律：常數(shù)具有以下規(guī)律：（1）J值的大小與值的大小與B0無關(guān)。影響無關(guān)。影響J值的因素是值的因素是原原子核的磁性和分子結(jié)構(gòu)以及構(gòu)象子核的磁性和分子

31、結(jié)構(gòu)以及構(gòu)象。（2）簡單自旋偶合體系）簡單自旋偶合體系J值等于值等于多重峰的間距多重峰的間距，復(fù)雜自旋偶合體系復(fù)雜自旋偶合體系J值需要通過復(fù)雜的計算求得。值需要通過復(fù)雜的計算求得。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程（3）自旋偶合作用力通過成鍵的價電子傳遞，）自旋偶合作用力通過成鍵的價電子傳遞，因此，因此，偶合常數(shù)偶合常數(shù)J值的大小與兩組不同類型氫值的大小與兩組不同類型氫核之間相隔的化學(xué)鍵有關(guān)核之間相隔的化學(xué)鍵有關(guān)。（4）兩組氫核相互偶合的）兩組氫核相互偶合的J值必然相等，即值必然相等，

32、即Jab=Jba。（5）一般來說，氫核相互偶合的一般來說，氫核相互偶合的J值變化范圍值變化范圍很大，為很大，為120 HZ。通過雙數(shù)鍵偶合的通過雙數(shù)鍵偶合的J為負值為負值，用用2J，4J，表示；表示；通過單數(shù)鍵偶合的通過單數(shù)鍵偶合的J為正為正值值，用，用1J，3J，表示。表示。1H與與1H的偶合常數(shù)分的偶合常數(shù)分為為同碳偶合常數(shù)同碳偶合常數(shù)、鄰碳偶合常數(shù)鄰碳偶合常數(shù)等。等。YANGTZE NORMAL UNIVERSITYYANGTZE NORMAL UNIVERSITY重慶市精品課程建設(shè)課程重慶市精品課程建設(shè)課程 由于偶合常數(shù)的大小與外磁場強度無關(guān)，由于偶合常數(shù)的大小與外磁場強度無關(guān)，主要與

33、主要與原子核的磁性原子核的磁性和和分子結(jié)構(gòu)及構(gòu)象有關(guān)分子結(jié)構(gòu)及構(gòu)象有關(guān)（如氫核之間的（如氫核之間的化學(xué)鍵數(shù)目、化學(xué)鍵的性質(zhì)、化學(xué)鍵數(shù)目、化學(xué)鍵的性質(zhì)、取代基的電負性、分子立體結(jié)構(gòu)等取代基的電負性、分子立體結(jié)構(gòu)等）。）。因此因此，可以根據(jù)，可以根據(jù)J值大小及其變化規(guī)律，推斷分子值大小及其變化規(guī)律，推斷分子的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象。教材表。教材表13-5列出了一些典型的列出了一些典型的氫核的自旋偶合常數(shù)?？梢钥闯?，氫核的自旋偶合常數(shù)?？梢钥闯?，通過單鍵傳通過單鍵傳遞的氫核偶合隨鍵數(shù)的增加很快變?nèi)酰ㄟ^雙遞的氫核偶合隨鍵數(shù)的增加很快變?nèi)?，通過雙鍵、三鍵傳遞的偶合比單鍵有效的多。環(huán)上引鍵、三鍵傳遞的偶合比單鍵有效的多。環(huán)上引入雜原子之后偶合常數(shù)變化較大。偶合常數(shù)大入雜原子之后偶合常數(shù)變化較大。偶合常數(shù)大小明顯的取決于分子的空間構(gòu)象小明顯的取決于分子的空間構(gòu)象。YANGTZE NORMAL UNIV