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核磁共振氢谱原理解析
核磁共振氢谱原理是基于核磁共振现象的。
核磁共振是一种原子核具有自旋的现象，在外加磁场的作用下，具有不同自旋状态的原子核会在特定频率处吸收能量并发生翻转。
当外加的磁场方向改变时，吸收频率也会发生变化。
这个频率的大小与磁场强度和原子核自旋有关。
在氢谱中，利用氢原子核的自旋特性，将样品放入磁场中，通过改变磁场强度来改变吸收频率。
测量样品吸收的能量，并通过峰的数量和位置来确定样品中氢原子的种类和数量。
核磁共振氢谱原理是一种非常重要的分析方法，在化学、生物化学和医学等领域有广泛的应用。
2.2核磁共振氢谱的解析1、自旋偶合系统及分类（1）自旋－自旋偶合机理自旋核与自旋核之间的相互作用称自旋－自旋偶合（spin-spin coupling），简称自旋偶合。
下图是1,1，2－三氯乙烷的1HNMR谱。
双峰和三峰的出现是由于相邻的氢核在外加磁场B中产生不同的局部磁场且相互影响造成的。
CHCl2中有两种取向，与B同向和与B反向，粗略认为二者几率相等。
同向取向使CH2Cl的氢感受到外磁场强度稍稍增强，其共振吸收稍向低场（高频）位移，反向取向使CH2Cl的氢感受到的外磁场强度稍稍降低，其共振吸收稍向高场（低频）端位移，故CH使CH2裂分为双峰。
这种自旋－自旋偶合机理，认为是空间磁性传递的，即偶极－偶极相互作用。
对自旋－自旋偶合的另一种解释，认为是接触机理。
即自旋核之间的相互偶合是通过核之间成键电子对传递的。
根据Pauling原理（成键电子类的自旋方向相反）和Hund规则（同一原子对成键电子应自旋平行）及对应的电子自旋取向与核的自旋取向相同时，势能稍有降低，以Ha －C－C－Hb为例分析。
无偶合时Hb有一种跃迁方式，所吸收的能量为，在Ha 的偶合作用下，Hb有两种跃迁方式，对应的能量分别为E1，E2。
在Hb 的偶合作用下，Ha也被裂分为双峰，分别出现在处，峰间距等于Jab，J为偶合常数。
所以自旋－自旋偶合是相互的，偶合的结果产生谱线增多，即自旋裂分。
偶合常数（J）是推导结构的又一重要参数。
在1HNMR谱中，化学位移（δ）提供不同化学环境的氢。
积分高度（h）代表峰面积，其简化为各组数目之比。
裂分峰的数目和J值可判断相互偶合的氢核数目及基团的连接方式。
（2）n+1规律某组环境完全相等的n个核(I=1/2)，在B中共有(n+1)种取向，使与其发生偶合的核裂分为(n+1)条峰。
这就是(n+1)规律，概括如下：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）条峰。
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，且J值不等，则被裂分为(n+1)(m+1)条峰。
2.2核磁共振氢谱的解析1、自旋偶合系统及分类（1）自旋－自旋偶合机理自旋核与自旋核之间的相互作用称自旋－自旋偶合（spin-spin coupling），简称自旋偶合。
下图是1,1，2－三氯乙烷的1HNMR谱。
双峰和三峰的出现是由于相邻的氢核在外加磁场B中产生不同的局部磁场且相互影响造成的。
CHCl2中有两种取向，与B同向和与B反向，粗略认为二者几率相等。
同向取向使CH2Cl的氢感受到外磁场强度稍稍增强，其共振吸收稍向低场（高频）位移，反向取向使CH2Cl的氢感受到的外磁场强度稍稍降低，其共振吸收稍向高场（低频）端位移，故CH使CH2裂分为双峰。
这种自旋－自旋偶合机理，认为是空间磁性传递的，即偶极－偶极相互作用。
对自旋－自旋偶合的另一种解释，认为是接触机理。
即自旋核之间的相互偶合是通过核之间成键电子对传递的。
根据Pauling原理（成键电子类的自旋方向相反）和Hund规则（同一原子对成键电子应自旋平行）及对应的电子自旋取向与核的自旋取向相同时，势能稍有降低，以Ha －C－C－Hb为例分析。
无偶合时Hb有一种跃迁方式，所吸收的能量为，在Ha 的偶合作用下，Hb有两种跃迁方式，对应的能量分别为E1，E2。
在Hb 的偶合作用下，Ha也被裂分为双峰，分别出现在处，峰间距等于Jab，J为偶合常数。
所以自旋－自旋偶合是相互的，偶合的结果产生谱线增多，即自旋裂分。
偶合常数（J）是推导结构的又一重要参数。
在1HNMR谱中，化学位移（δ）提供不同化学环境的氢。
积分高度（h）代表峰面积，其简化为各组数目之比。
裂分峰的数目和J值可判断相互偶合的氢核数目及基团的连接方式。
（2）n+1规律某组环境完全相等的n个核(I=1/2)，在B中共有(n+1)种取向，使与其发生偶合的核裂分为(n+1)条峰。
这就是(n+1)规律，概括如下：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）条峰。
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，且J值不等，则被裂分为(n+1)(m+1)条峰。
核磁共振氢谱详解核磁共振谱仪被公认为是一种非常重要的研究和测试工具，它的许多功能是其它手段无法代替的。
1945年Bloch和Purcell分别领导两个小组同时独立地观察到核磁共振（NMR），二人因此荣获1952年诺贝尔物理奖。
历经半个多世纪，NMR已从最初发现到最终发展成为成熟的医用的MRI影像学检测手段，期间6次被授予诺贝尔奖（物理、化学、生理／医学），堪称史上获奖次数最多的技术。
自1953年出现第一台核磁共振商品仪器以来，核磁共振在仪器、实验方法、理论和应用等方面有着飞跃的进步。
谱仪频率已从30MHz发展到1100MHz。
谱图已从一维谱到二维谱、三维谱甚至更高维谱。
所应用的学科已从化学、物理扩展到生物、医学等多个学科。
总而言之，核磁共振已成为最重要的仪器分析手段之一。
核磁共振技术发展较早，20世纪70年代以前，主要是核磁共振氢谱的研究和应用。
70年代以后，随着傅里叶变换波谱仪的诞生，13C—NMR的研究迅速开展。
由于1H—NMR的灵敏度高，而且积累的研究资料丰富，因此在结构解析方面1H—NMR的重要性仍强于13C—NMR。
解析图谱的步骤1.先观察图谱是否符合要求;①四甲基硅烷的信号是否正常;②杂音大不大;③基线是否平;④积分曲线中没有吸收信号的地方是否平整。
如果有问题，解析时要引起注意，最好重新测试图谱。
2.区分杂质峰、溶剂峰、旋转边峰(spinningsidebands)、13C 卫星峰(13Csatellitepeaks)(1)杂质峰：杂质含量相对样品比例很小，因此杂质峰的峰面积很小，且杂质峰与样品峰之间没有简单整数比的关系，容易区别。
(2)溶剂峰：氘代试剂不可能达到100%的同位素纯度(大部分试剂的氘代率为99-99.8%)，因此谱图中往往呈现相应的溶剂峰，如CDCL3中的溶剂峰的δ值约为7.27ppm处。
(3)旋转边峰:在测试样品时，样品管在1H-NMR仪中快速旋转，当仪器调节未达到良好工作状态时，会出现旋转边带，即以强谱线为中心，呈现出一对对称的弱峰，称为旋转边峰。
核磁共振氢谱解析方法核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种广泛应用于化学、生物化学、医学等领域的分析技术。
其中，核磁共振氢谱分析是最常见也是最重要的核磁共振技术之一、通过测定样品中氢原子的核磁共振现象，可以获得关于物质结构、分子运动、相互作用等方面的信息。
核磁共振氢谱的解析方法包括信号强度的归属和信号位置的解读等方面。
首先，核磁共振氢谱的解析方法通常涉及信号强度的归属。
在核磁共振氢谱中，不同化学环境下的氢原子会表现出不同的化学位移，并以峰的形式出现在谱图中。
根据这些峰的积分强度可以推测化学位移的数量关系。
因为化学位移受到化学键的极性和电子云密度的影响，不同化学环境下的氢原子会有不同的化学位移。
通过和参考标准物质的化学位移进行比较，可以准确确定样品中各个峰的归属。
其次，核磁共振氢谱的解析方法还涉及信号位置的解读。
不同化学环境下的氢原子在核磁共振谱图中会出现在不同的位置。
一般来说，氢原子所在的官能团会对化学位移产生明显的影响。
因此，通过分析氢原子在谱图中的位置，可以初步判断物质中存在的官能团。
此外，还可以通过同位素效应、溶剂效应等对信号位置进行解读。
通过综合这些信息，可以进一步确定分子的结构。
除了以上两个方面，核磁共振氢谱的解析方法还包括对耦合常数和峰形的解析。
在核磁共振谱图中，不同化学位移的氢原子之间会发生磁耦合。
耦合常数可以提供关于化学键的数目和相互作用方式的信息。
通过检测氢原子之间的耦合模式，可以推测出分子中的基团。
此外，峰的形状也可以提供有关官能团之间相互作用的信息。
通过对峰形的解析，可以了解分子的动力学行为和分子内的相互作用等。
总之，核磁共振谱图中的信号强度、位置、耦合常数和峰形等都可以提供关于物质结构和性质的重要信息。
通过对这些信息的解析，可以确定分子的结构和官能团的存在，为进一步研究物质的性质和反应机制提供重要的线索。
核磁共振氢谱解析方法的应用，对于化学、生物化学和医药等领域的研究具有重要的意义。
核磁共振氢谱解析第五节核磁共振氢谱的解析要求：1、掌握核磁共振氢谱中峰⾯积与氢核数⽬的关系；2、掌握核磁共振氢谱的解析步骤；3、熟悉并会解析⼀些简单的核磁共振氢谱。
⼀、谱图中化合物的结构信息1、核磁共振氢谱提供的信息：由化学位移、偶合常数及峰⾯积积分曲线分别提供含氢官能团、核间关系及氢分布等三⽅⾯的信息。
具体如下：（1）峰的数⽬：标志分⼦中磁不等价质⼦的种类，多少种；（2）峰的强度(⾯积)：每类质⼦的数⽬(相对)，多少个；（3）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；（5）偶合常数(J )：确定化合物构型。
不⾜之处：仅能确定质⼦（氢谱）。
2、峰⾯积和氢核数⽬的关系：在1H-NMR谱上，各吸收峰覆盖的⾯积与引起该吸收的氢核数⽬成正⽐。
峰⾯积常以积分曲线⾼度表⽰。
积分曲线的画法由左⾄右，即由低磁场向⾼磁场。
积分曲线的总⾼度（⽤cm或⼩⽅格表⽰）和吸收峰的总⾯积相当，即相当于氢核的总个数。
⽽每⼀相邻⽔平台阶⾼度则取决于引起该吸收峰的氢核数⽬。
当知道元素组成时，即知道该化合物总共有多少个氢原⼦时，根据积分曲线便可确定图谱中各峰所对应氢原⼦数⽬，即氢分布；如果不知道元素组成，但图谱中有能判断氢原⼦数⽬的基团（如甲基、羟基、取代芳环等），以此为基准也可以判断化合物中各种含氢官能团的氢原⼦数⽬。
5223 CH2CH2O COCH3a b c化合物C10H12O28 7 6 5 4 3 2 1 0例1计算下图中a、b、c、d各峰的氢核数⽬。
C 4H7BrO2的核磁共振氢谱测量各峰的积分⾼度，a 为 1.6cm ，b 为 1.0cm ，c 为0.5cm ，d 为0.6cm 。
氢分布可采⽤下⾯两种⽅法求出。
同理计算c 峰和d 峰各相当于1H 。
H 36.05.00.16.16.1=+++=峰的氢数a H 26.05.00.16.10.1=+++=峰的氢数b （1）由每个（或每组）峰⾯积的积分值在总积分之中所占的⽐例求出:依已知含氢数⽬的峰的积分值为准，求出⼀个氢相当的积分值，⽽后求出氢分布。
2.3核磁共振氢谱解析方法1、核磁共振氢谱谱图的解析方法a.检查整个氢谱谱图的外形、信号对称性、分辨率、噪声、被测样品的信号等。
b.应注意所使用溶剂的信号、旋转边带、C卫星峰、杂质峰等。
c.确定TMS的位置，若有偏移应对全部信号进行校正。
d.根据分子式计算不饱和度u。
e.从积分曲线计算质子数。
f.解析单峰。
对照附图I是否有－CH3-O-、CHCOCH3N=、CH3C、RCOCH2Cl、RO-CH2-Cl等基团。
g.确定有无芳香族化合物。
如果在6.5-8.5范围内有信号，则表示有芳香族质子存在。
如出现AA`BB`的谱形说明有芳香邻位或对位二取代。
h.解析多重峰。
按照一级谱的规律，根据各峰之间的相系关系，确定有何种基团。
如果峰的强度太小，可把局部峰进行放大测试，增大各峰的强度。
i.把图谱中所有吸收峰的化学位移值与附图I相对照，确定是何官能团，并预测质子的化学环境。
j.用重水交换确定有无活泼氢。
k.连接各基团，推出结构式，并用此结构式对照该谱图是否合理。
再对照已知化合物的标准谱图。
2、核磁共振氢谱谱图解析举例例1：已知某化合物分子式为C3H7NO2。
测定氢谱谱图如下所示，推定其结构。
解析计算不饱和度u=1,可能存在双键，1.50和1.59ppm有小峰，峰高不大于1个质子，故为杂质峰。
经图谱可见有三种质子，总积分值扣除杂质峰按7个质子分配。
从低场向高场各峰群的积分强度为2：2：3，可能有－CH2－、－CH2－、－CH3－基团。
各裂分峰的裂距（J），低场三重峰为7Hz，高场三重峰为8Hz，所以这两个三峰没有偶合关系，但它们与中间六重峰有相互作用。
这六重峰的质子为2个，所以使两边信号各裂分为三重峰。
则该化合物具有CH3－CH2－CH2－结构单元。
参考所给定的分子式应为CH3－CH2－CH2－NO2，即1－硝基丙烷。
例2：已知某化合物分子式为C7H16O3，其氢谱谱图如下图所示，试求其结构。
解析计算不饱和度u=0，为饱和化合物。
