材料特性表征学习资料:第16 节 第七章 核磁共振波谱.ppt
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1、,第七章 核磁共振光谱,7.1 核磁共振的基本原理 7.2 化学位移 7.3自旋偶合以及自旋裂分 7.4 化学位移与分子结构的关系 7.5 13C-核磁共振谱,从化学位移的讨论可推测:样品中有几种化学环境不同的磁核,NMR谱上就应该有几个吸收峰。 但是有些核的共振吸收会出现分裂。,1,1,2-三氯乙烷,两组多重峰,=3.95 ppm为中心的二重峰和=5.77 ppm为中心的三重峰,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,多重峰的出现是由于分子中氢核自旋互相偶合造成的。 质子能自旋,相当于一个小磁铁,产生局部磁场。在外磁场中,氢核有两种取向,与外磁场同向的起增强外磁场的作用,与外磁场反向的起减弱外磁场的作
2、用。质子在外磁场中两种取向的比例近于1。 在1,1,2-三氯乙烷中,-CH2-的两个质子的自旋组合方式可以有四种。,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,-CH2-自旋组合结果产生三种不同的局部磁场:H0+2H,H0,H0-2H,使-CH-上的质子实受三种磁场作用,因而NMR谱中呈三重峰。这三重峰是对称分布的,各峰的面积比是1:2:1。 同样-CH-质子也出现两种取向,产生H0+H及H0-H两种不同的磁场,使-CH2-的质子峰产生分裂,呈现面积比为1:1的二重峰。,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,在同一分子中,这种核自旋与核自旋间相互作用的现象叫“自旋-自旋偶合”。 由自旋-自旋偶合产生谱线分裂的现象叫
3、“自旋-自旋裂分”。,注意:在核磁共振中,一般相邻碳上的氢才可发生偶合。,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,由自旋偶合产生的分裂的谱线间距叫偶合常数,用J表示,单位为Hz。 偶合常数是核自旋裂分强度的量度。它只是化合物分子结构的属性,即只随核磁环境不同而有不同的数值。,J = , 所用仪器频率,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,峰裂分数与裂分峰面积之比,峰的数目 = n + 1 n:为相邻碳上H核的数目,某组环境相同的氢,若与 n 个环境相同的氢发生偶合,则被裂分为( n+1 )重峰。 某组环境相同的氢,若分别与 n 个 和 m 个环 境不同的氢发生偶合,则被裂分为( n+1 )(m+1)重峰。,CH
4、3CH2CH3,两组峰,裂分峰的数目分别为3和7,CH3CH2CH2NO2,三组峰,裂分峰的数目分别为3、12、3,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,溴乙烷的1HNMR谱,Hb:三重峰,3H,Ha:四重峰,2H,分子中有两种氢,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,例:,分子中有三种氢,(单峰, 9H),(四重峰, 2H),(三重峰, 3H),( s , 9H),( q , 2H),( t , 3H),7.3 自旋偶合以及自旋裂分,例:,(三重峰, 6H),( t , 6H),(多重峰, 4H),( m , 4H),(三重峰, 4H),( t , 4H),分子中有三种氢,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,s,
5、singlet,d,doublet,t,triplet,q,quartet,m,multiplet,b,broad,单峰,二重峰,三重峰,四重峰,多重峰,宽峰,注意:,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,裂分峰强度比(面积比) 等于二项式的展开式系数之比,1 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,图谱提供的信息,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,从质子共振谱图上,可得到下述信息: (1)吸收峰的组数 说明分子中化学环境不同的质子有几组。三组峰说明有三组化学环境不同的质子:甲基质子、次甲基质子和芳环质子 (2)质子吸收峰出现的频率
6、 即化学位移值。它说明分子中基团化学环境的情况。化学位移是由核外电子云产生的对抗磁场引起的,凡是使核外电子云密度改变的因素,都能影响化学位移。如与氢核相连的原子或基团的电负性的强弱直接影响电子云密度的大小(电负性),在分子中,质子与某一基团的空间关系(各向异性效应),芳环、氢键的存在等,7.3 自旋偶合以及自旋裂分,(3)峰的分裂个数 说明基团间的连接关系 (4)阶梯式积分曲线高度 说明各基团的质子比。共振谱图中吸收峰下面包围的面积与引起该吸收峰的氢核数目成正比,吸收峰的面积用积分曲线来表示。积分曲线的画法是由低磁场移向高磁场,积分曲线的起点到终点的总高度,与分子中所有质子的数目成正比。每一个
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