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1、核磁共振研究得最多。自旋角动量自旋角动量P原子核的磁矩原子核的磁矩和磁旋比和磁旋比自旋核相当于一个小磁体，其磁性可用核磁矩自旋核相当于一个小磁体，其磁性可用核磁矩 来描述来描述原子核的旋磁比原子核的旋磁比P P为一常数，是原子核的基为一常数，是原子核的基本属性，与核的质量、所带电荷以及朗得因子有关。不本属性，与核的质量、所带电荷以及朗得因子有关。不同的原子核的同的原子核的不同，不同，越大，核的磁性越强，在核磁越大，核的磁性越强，在核磁共振中越容易检测。共振中越容易检测。（）磁性核在外磁场中（）磁性核在外磁场中（B0）中的行为中的行为若若I0I0的磁性核处于外磁场中的磁性核处于外磁场中B B0

2、0中产生以下现中产生以下现象：象：原子核的进动原子核的进动核受到磁场力的作用围绕外磁场方向作旋核受到磁场力的作用围绕外磁场方向作旋转运动，同时保持本身的自转。这种运动方式称转运动，同时保持本身的自转。这种运动方式称为进动或拉摩进动。进动频率为进动或拉摩进动。进动频率v表示为：表示为：原子核的取向和能级分裂原子核的取向和能级分裂 自旋核在外磁场中取向是空间方向量子化的，取决于磁量自旋核在外磁场中取向是空间方向量子化的，取决于磁量子数子数m的取值（的取值（m可取可取I,I-1,I-2-I,共取共取2I+1个不连续的值）。个不连续的值）。对于对于1H,13C等等I=1/2的核，只有两种取向。现以的核

3、，只有两种取向。现以I=1/2的核为例进的核为例进行讨论。行讨论。取向为取向为m=+1/2的核，磁矩方向与的核，磁矩方向与B0方向一致，其能量为：方向一致，其能量为：E E1/21/2=-g=-gN NN NmBmB0 0=-1/2g=-1/2gN NN NB B0 0=-hB=-hB0 0/4/4 取向为取向为m=-1/2m=-1/2的核，磁矩方向与的核，磁矩方向与B B0 0方向相反，其能量为：方向相反，其能量为：E E-1/2-1/2=-g=-gN NN NmBmB0 0=1/2g=1/2gN NN NB B0 0=hB=hB0 0/4/4 磁核的两种不同取向代表两个不同的能级，磁核的两

4、种不同取向代表两个不同的能级，m=+1/2m=+1/2，核处，核处于低能级，于低能级，m=m=1/21/2，核处于高能级。，核处于高能级。E=EE=E-1/2-1/2-E-E+1/2+1/2=hB=hB0 0/2（3）核磁共振产生的条件核磁共振产生的条件 自旋量子数自旋量子数I（I0）I（I0）的磁核在外磁场的作用下的磁核在外磁场的作用下原来简并的能级分裂为原来简并的能级分裂为2I+12I+1个能级，当外界电磁个能级，当外界电磁波的能量正好等于相邻能级间的能级差即波的能量正好等于相邻能级间的能级差即E E外外E时，时，核就能吸收电磁波能量从较低能级跃迁到核就能吸收电磁波能量从较低能级跃迁到较高

5、能级。被吸收的电磁波频率为较高能级。被吸收的电磁波频率为 v=E/h=Bv=E/h=B0 0/2/2核磁共振产生的条件另一种表述：核磁共振产生的条件另一种表述：外界电磁波外界电磁波的频率正好等于核的进动频率。的频率正好等于核的进动频率。化学位移化学位移（）化学位移的产生（）化学位移的产生核外电子对原子核有屏蔽作用，用屏蔽常数核外电子对原子核有屏蔽作用，用屏蔽常数表示屏蔽作用表示屏蔽作用的大小，实际原子核在外磁场的大小，实际原子核在外磁场B B0 0中的共振频率中的共振频率v:v:v=hBv=hB0 0（1-）/2（1-）/2屏蔽作用的大小与核外电子云密度有关，核外电子云屏蔽作用的大小与核外电子

6、云密度有关，核外电子云密度越大，核所受到的屏蔽作用越大，而实际受到的外磁场密度越大，核所受到的屏蔽作用越大，而实际受到的外磁场强度降低越多，共振频率降低幅度越大。强度降低越多，共振频率降低幅度越大。化学位移的定义：电子云密度和核所处化学环境有关，因核电子云密度和核所处化学环境有关，因核所处化学环境改变而引起的共振条件所处化学环境改变而引起的共振条件（核的共振频率或外磁场核的共振频率或外磁场强度强度）变化的现象称为化学位移。变化的现象称为化学位移。）化学位移的表示方法）化学位移的表示方法化学位移用位移常数化学位移用位移常数 表示表示（）（）（）（）其中其中V V0（0（标准）标准），v v0（0

7、（样品）样品）为标准物中磁核和样品中为标准物中磁核和样品中磁核的共振频率，磁核的共振频率，B B标准标准，B B样品样品分别为标准物中的磁核分别为标准物中的磁核和样品中的磁核产生共振吸收时外磁场的强度。和样品中的磁核产生共振吸收时外磁场的强度。对于（）适合于固定照射电磁波频率改变外磁对于（）适合于固定照射电磁波频率改变外磁场强度的扫场式仪器，对于（）适合固定磁场改变场强度的扫场式仪器，对于（）适合固定磁场改变射频的扫频式仪器。射频的扫频式仪器。化学位移测定时，常用的标准物为四甲基硅烷，简称化学位移测定时，常用的标准物为四甲基硅烷，简称TMS，优点为：，优点为：化学性质不活泼化学性质不活泼具有对

8、称结构具有对称结构Si的电负性比的电负性比C的电负性小，的电负性小，TMS中的氢核和碳核中的氢核和碳核处在高电子密度区，产生较大的屏蔽效应处在高电子密度区，产生较大的屏蔽效应TMS沸点低沸点低在在1 1H H和和1313C C谱中规定标准物谱中规定标准物TMSTMS的化学位移值的化学位移值，位于图谱的右边，在它的左边为正值，右边为负值，绝位于图谱的右边，在它的左边为正值，右边为负值，绝大部分有机化合物的氢核或碳核的化学位移值都是正值。大部分有机化合物的氢核或碳核的化学位移值都是正值。化学位移的测定化学位移的测定测定时一般将测定时一般将TMSTMS作为内标和样品一起溶解于合适的溶作为内标和样品一

9、起溶解于合适的溶剂中，氢谱和碳谱所用溶剂一般为氘代溶剂，常用的氘代剂中，氢谱和碳谱所用溶剂一般为氘代溶剂，常用的氘代溶剂有氘代氯仿，氘代丙酮，重水等。溶剂有氘代氯仿，氘代丙酮，重水等。测定化学位移有两种实验方法：扫场扫场：固定照射电磁波频率，不断改变外磁场强度：固定照射电磁波频率，不断改变外磁场强度B0，从低场向高场变化，当，从低场向高场变化，当B0正好与分子中某一种化学环境正好与分子中某一种化学环境的核共振频率满足共振条件时，产生吸收信号，出现吸收的核共振频率满足共振条件时，产生吸收信号，出现吸收峰。峰。扫频扫频：固定磁场强度：固定磁场强度B0,改变照射频率改变照射频率v。一般仪器大多采用一

10、般仪器大多采用扫场扫场的方法的方法3.自旋自旋-自旋偶合自旋偶合 乙醇的乙醇的1HNMR在高分辨率时在高分辨率时,CH2和和CH3的的吸收峰分裂为吸收峰分裂为四重峰和三重四重峰和三重峰峰 裂分峰的产生是由于裂分峰的产生是由于CHCH2 2和和CHCH3 3两个基团上的两个基团上的1 1H H相互相互干扰引起的干扰引起的,这种磁核之间的相互干扰称为自旋这种磁核之间的相互干扰称为自旋-自自旋耦合旋耦合,由自旋耦合产生的多重谱峰现象称为自旋裂由自旋耦合产生的多重谱峰现象称为自旋裂分分.耦合常数耦合常数J J表示耦合的磁核之间的相互干表示耦合的磁核之间的相互干扰程度扰程度,以赫兹为单位。以赫兹为单位。

11、J J和外加磁场无关和外加磁场无关,而与两个核在分子中相隔的化学键数目和种而与两个核在分子中相隔的化学键数目和种类有关。所以通常在类有关。所以通常在J J的左上角标以两核相的左上角标以两核相距的化学键数目距的化学键数目,在键的右下角标明相互耦在键的右下角标明相互耦合的两个核的种类。如合的两个核的种类。如1 1H-C-C-H-C-C-1 1H H中两个中两个1 1H H之之间相隔三个键间相隔三个键,其耦合常数表示为其耦合常数表示为3 3J JH-HH-H。核磁共振氢谱l横坐标为化学位移值横坐标为化学位移值，代表谱峰位置；，代表谱峰位置；l台阶状的积分曲线高度表示对应峰的面积。台阶状的积分曲线高度

12、表示对应峰的面积。在在1 1H H谱中峰面积与相应的质子数目成正比；谱中峰面积与相应的质子数目成正比；l谱峰呈现出的多重峰形是自旋自旋耦合引谱峰呈现出的多重峰形是自旋自旋耦合引起的谱峰裂分。起的谱峰裂分。高场高场低场低场乙苯的乙苯的1HNMR第一节第一节 1 1H H 的化学位移的化学位移1影响化学位移的因素影响化学位移的因素2.各类各类1H的化学位移的化学位移1影响化学位移的因素影响化学位移的因素 （1）（1）诱诱导导效效应应 核核外外电电子子云云的的屏屏蔽蔽作作用用是是影影响响质子化学位移的主要因素。质子化学位移的主要因素。l邻近原子或基团的电负性大小邻近原子或基团的电负性大小CH3X C

13、H3F CH3OCH3 CH3Cl CH3Br 4.26 4.26 3.24 3.24 3.05 2.68 3.05 2.68X X电负性电负性 4.04.0 3.5 3.5 3.1 3.12.82.8 CH3X CH3CH3 CH3H CH3Li 0.88 0.88 0.2 0.2 1.951.95 X X电负性电负性 2.52.5 2.1 2.1 0.98 0.98l相邻电负性基团的个数相邻电负性基团的个数 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 3.05 5.30 7.27l与电负性基团相隔的距离（键数）与电负性基团相隔的距离（键数）CH3OH CH3CH2OH CH3CH2CH2OH C

14、H3 3.39 1.18 0.93（2）（2）各向异性效应各向异性效应 非球形对称的电子云，如非球形对称的电子云，如 电子，对邻近质电子，对邻近质子附加一个各向异性的磁场，即该磁场在某些子附加一个各向异性的磁场，即该磁场在某些区域与外磁场区域与外磁场B B0 0的方向相反，使外磁场强度减的方向相反，使外磁场强度减弱，起弱，起抗磁性屏蔽作用（）抗磁性屏蔽作用（）,简称屏蔽作用简称屏蔽作用，而在另一些区域与外磁场而在另一些区域与外磁场B B0 0方向相同，对外磁方向相同，对外磁场起增强作用，产生场起增强作用，产生顺磁性屏蔽作用顺磁性屏蔽作用,简称去简称去屏蔽作用（）屏蔽作用（）。芳烃和烯烃的各向异性效应芳烃和烯烃的各向异性效应苯环上苯环上H H的的 7.27;7.27;乙烯的乙烯的 5.235.23 安纽烯有安纽烯有1818个个H H。l1212个个环环外外H H，受受到到强强的的去去屏屏蔽蔽作作用用，环环外外氢氢 8.98.9；l6 6个个环环内内H H，受受到到高高度度的的屏屏蔽蔽