第一章核磁共振氢谱解析
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核磁共振氢谱原理解析
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。
核磁共振氢谱解析
2D与1H的耦合主要出现在氘代溶剂中，J
值 约为1H和1H耦合的1/6.5。例如使用氘代丙酮 作溶剂时，常常能在2.05ppm处发现一个裂 距很小的五重峰；
13C因天然丰度仅1％左右，它与1H的耦合在一
般情况下看不到；
19F、31P与1H的耦合比较重要，19F、31P的自旋
量子数均为1/2，所以它们对1H的耦合符合n+1 规律
• 芳烃和烯烃的各向异性效应
＋ －
＋
－
－
－
＋
＋
苯环上H的＝7.27;
乙烯的＝5.23
H H H H H H H H H H
H H H H H H H H
安纽烯有18个H。
12 个环外 H ，受到强的 去屏蔽作用， 环外氢 8.9； 6 个环内 H ，受到高度 的屏蔽作用， 环内氢 -1.8。
在非极性溶剂中，浓度越稀，越不利于形成氢 键。随着浓度减小，质子共振向高场移动；
改变测定温度或浓度，观察谱峰位置改变可确 定OH或NH等产生的信号； 分子内氢键的生成与浓度无关，相应的质子总 是出现在较低场。
(6) 溶剂效应
由于溶质分子受到不同溶剂影响而引起的化 学位移变化称为溶剂效应。例如：
19F与1H之间的耦合较强，从相隔2个键到5
个键的耦合都能观测到；31P对1H的耦合相对 较弱。
4.3.3 一级谱图的解析
1H
NMR所能提供的信息 –化学位移值 –耦合（自旋裂分峰形和耦合常数） –各峰面积之比（积分曲线高度比）
1. 对下列谱图进行指认
a CH3 O b c g e d f CH2 CH2 CH2 C OH O
(3) 活泼氢的化学位移
值 约为1H和1H耦合的1/6.5。例如使用氘代丙酮 作溶剂时，常常能在2.05ppm处发现一个裂 距很小的五重峰；
13C因天然丰度仅1％左右，它与1H的耦合在一
般情况下看不到；
19F、31P与1H的耦合比较重要，19F、31P的自旋
量子数均为1/2，所以它们对1H的耦合符合n+1 规律
• 芳烃和烯烃的各向异性效应
＋ －
＋
－
－
－
＋
＋
苯环上H的＝7.27;
乙烯的＝5.23
H H H H H H H H H H
H H H H H H H H
安纽烯有18个H。
12 个环外 H ，受到强的 去屏蔽作用， 环外氢 8.9； 6 个环内 H ，受到高度 的屏蔽作用， 环内氢 -1.8。
在非极性溶剂中，浓度越稀，越不利于形成氢 键。随着浓度减小，质子共振向高场移动；
改变测定温度或浓度，观察谱峰位置改变可确 定OH或NH等产生的信号； 分子内氢键的生成与浓度无关，相应的质子总 是出现在较低场。
(6) 溶剂效应
由于溶质分子受到不同溶剂影响而引起的化 学位移变化称为溶剂效应。例如：
19F与1H之间的耦合较强，从相隔2个键到5
个键的耦合都能观测到；31P对1H的耦合相对 较弱。
4.3.3 一级谱图的解析
1H
NMR所能提供的信息 –化学位移值 –耦合（自旋裂分峰形和耦合常数） –各峰面积之比（积分曲线高度比）
1. 对下列谱图进行指认
a CH3 O b c g e d f CH2 CH2 CH2 C OH O
(3) 活泼氢的化学位移
核磁共振波谱法之氢谱解析
1.6 a峰的氢数 3H 1.6 1.0 0.5 0.6 1.0 b峰的氢数 2H 1.6 1.0 0.5 0.6
同理计算c峰和d峰各相当于1H。
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。 本题中δd10.70很容易认定为羧基氢的共振峰，因而 0.60cm相当于1个氢，因此：
a b O c CH2CH2 O C CH3
3 2
化合物 C10H12O2
2 5
8
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。
C4H7BrO2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。 （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:
②氢分布：
③ a 2.42 单峰 3H CH 3 CO 而不是与氧相连（CH3-O-的δ 为3.5~3.8）
d 7.35 单峰 5H 单取代苯，与烃基直接 相连
④由分子式中扣除CH3-CO-及C6H5-，余C2H2Br2而c、d皆 为二重峰，而化学位移δb4.91、 δc5.33，说明存在着-CHBrCHBr-基团。 ⑤结构式： 综上所述，未知物结构式为：
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；
第一章 核磁共振氢谱解析
2 芳环和芳杂环
苯环3J大于饱和碳链的3J，这是因为在苯环中耦合作用 传递比较好，典型数值为8 Hz. 由于吡啶环内有氮原子存在， 就像前面讨论的电负性基团的取代使饱和碳链的3J 减小一样， 吡啶环内靠近氮原子的3J数值下降.远离氮原子的3J则与苯环 的3J相仿.
五元杂环（呋喃、噻吩和嘧啶）靠近杂原子的3J数值下 降，远离杂原子的3J 数值则大些，但是比苯环的3J小不少。
利用对称面法则判断氢原子的化学位移数值是否相等.
对称面法则：对于直接在同个碳原子〈以C 表示〉上的 两个相同基团〈以X表示〉来说，只有当该分子存在对称面， 且该对称面平分这个XCX 角时，这两个相同的基团才是对 映异位的.
也就是说，在测定核磁共振氢谱时，当使用非手性溶剂 时，这两个相同基团才会具有相同的化学位移数值（当使用 手性溶剂时，这两个相同基团可能具有不同的化学位移数 值) . 如果该分子存在分子内运动，则对于每一种构象来说， 都应该存在平分XCX角的对称面，这两个相同基团才是对映 异位的，在用非手性溶剂测定核磁共振谱时才会具有相同的 化学位移数值.也即化学等价.
1. 2. 1 耦合作用和耦合常数
磁性核之间才会有耦合作用.磁性核是它们的自旋量子数不 为零的原子核. 如果不是磁性核， 就不能对其他原子核产生藕合 作用， 本身也不能用核磁共振方法来测定.
由于磁性核在磁场中有不同的取向，与它(们)相邻的核(在氢 谱中指的是氢核〉的谱峰即会呈现被裂分(分裂)的多重峰.
理论上可以证明，或者从实际谱图的解析也可以知道： 只要相互耦合的基团具有不同的化学位移值，它们之间的耦 合裂分就会表现出来。反之，如果它们的化学位移数值相同 (不管是理论上应该具有相同的化学位移数值，还是它们凑巧 具有相同的化学位移数值），它们之间虽然也存在相互的耦 合作用，但是此时它们之间的耦合裂分作用表现不出来。以 上的论述对于分析核磁共振氢谱是十分重要的.
核磁氢谱解析 ppt课件
经常碰到的
与
(R＝O, Cl, F, Br, -NCOR)，此种结构的CH2的出峰位置 通常在4.5~5.5ppm。(R=NH2, -COR, -Ar)时此种结构的 CH2的出峰位置通常在3.5-4.0ppm.
单键,三键,双键,苯环由于磁各向异性都会产生屏蔽区和去 屏蔽区,所以这些也是影响饱和烷烃化学位移的因素.(后面 会介绍,详细请看仪器分析化学课本)请结合以上说明通过 下面的列表来查看不同取代基对饱和烷烃的影响。
谢谢！
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
1.影响氢谱化学位移的因素
1）诱导效应(对饱和烷烃)
与质子相连的碳原子上,如果接有电负性强的基团,则由于它们的吸电子诱导 效应,使质子周围的电子云密度减弱,使屏蔽作用减弱,质子共振吸收移向低场, 电负性越强,化学位移值越大.
还有些化合物在一种溶剂里不稳定,做出来的谱图比较杂,这时可 以换一种溶剂来做。
如 成盐后氮旁边的CH2会低场偏移0.5 ppm，同 样在CDCl3或DMSO做溶剂的谱图中没有成盐之前的氨活 泼氢在0.5－4.0ppm处，但成盐后活泼氢会出在10－ 12ppm处，并且是两个NH.HCl，这也是鉴定氨是否成盐 的一种方法。
核磁氢谱解析
氢谱是最常见的谱图。核磁共振氢 谱能提供重要的结构信息：化学位移， 耦合常数及峰的裂分情况，峰面积。 峰面积与氢的数目成正比，所以能定 量的反应氢核的信息。
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
核磁共振NMR一级氢谱解析方法
解根据分子式C6H14O2计算该未知物不饱和度为0，即它是一个饱和化合物。
7根8据fp场p峰m组的4 间峰.2的是1等水p间峰p距m。，处可盼以找多到重相邻峰的（基团对。应一个 氘氢代原试剂子不）可能显10然0%是地氘由代相，它邻的基不完团全耦氘代合（裂也就分是氘代试剂仍然残留氢原子）会产生溶剂峰。 6四产p、p生m确的定。峰待组测对所应含两的个官氢能原团子，因此是一个亚甲基。 所谓约指1认. 就6 是p对pm于推的导峰的化组合对物结应构两的每个个氢基团原都子标注，出化学位移数值，分析化学位移数值是否合理，更重要的是分析每个基团的耦 合磁因裂性此分 核的之是峰间一型才是会个否有亚合耦理合甲。作基用。。其中左面的四重 八峰、看对推得导比出的较结清构进楚行，核 右边的峰组粗看是 由因两于为重样 分品子峰可式，能仅含含看有氧得水原分子不，，清因所此以楚在两，核个磁活它共泼们振氢氢只实谱能际中是存羟上在基是相。应的水峰。 根d×据每d个的峰峰组的组化，学位只移不数值过和其所对中应一的氢个原耦子数合，常可以确定它们是什么官能团。 任对数何于比使 结氢构较谱不小的复峰杂，往的因右未移知而动物裂（，化有分学可不位能移不显数需著值要减分。小子从）式的也左作能往用确称定为它屏的蔽结效构应。； 6右5 p第pm的1-单第峰3（的对跨应两距个等氢原于子第）加2重～水第交换4后的消跨失，因此可知它对应的是活泼氢。 氢由距谱于，峰 杂组质也有的等比含较量于好比右的样定品边量本峰关身系要组。低的很多较，大因此的杂裂质峰分易间于从样品峰组中区分出来。 代距表。原子这核是之间大的的键合耦关合系、常化数学键，之应间的该夹是角二2。面角。 核进磁一共振步氢的谱的二横裂坐标分是，化学是位旁移，边化的学位CH移裂是电分子所对核自旋的屏蔽作用，代表原子核在分子中的位置。 致。
7根8据fp场p峰m组的4 间峰.2的是1等水p间峰p距m。，处可盼以找多到重相邻峰的（基团对。应一个 氘氢代原试剂子不）可能显10然0%是地氘由代相，它邻的基不完团全耦氘代合（裂也就分是氘代试剂仍然残留氢原子）会产生溶剂峰。 6四产p、p生m确的定。峰待组测对所应含两的个官氢能原团子，因此是一个亚甲基。 所谓约指1认. 就6 是p对pm于推的导峰的化组合对物结应构两的每个个氢基团原都子标注，出化学位移数值，分析化学位移数值是否合理，更重要的是分析每个基团的耦 合磁因裂性此分 核的之是峰间一型才是会个否有亚合耦理合甲。作基用。。其中左面的四重 八峰、看对推得导比出的较结清构进楚行，核 右边的峰组粗看是 由因两于为重样 分品子峰可式，能仅含含看有氧得水原分子不，，清因所此以楚在两，核个磁活它共泼们振氢氢只实谱能际中是存羟上在基是相。应的水峰。 根d×据每d个的峰峰组的组化，学位只移不数值过和其所对中应一的氢个原耦子数合，常可以确定它们是什么官能团。 任对数何于比使 结氢构较谱不小的复峰杂，往的因右未移知而动物裂（，化有分学可不位能移不显数需著值要减分。小子从）式的也左作能往用确称定为它屏的蔽结效构应。； 6右5 p第pm的1-单第峰3（的对跨应两距个等氢原于子第）加2重～水第交换4后的消跨失，因此可知它对应的是活泼氢。 氢由距谱于，峰 杂组质也有的等比含较量于好比右的样定品边量本峰关身系要组。低的很多较，大因此的杂裂质峰分易间于从样品峰组中区分出来。 代距表。原子这核是之间大的的键合耦关合系、常化数学键，之应间的该夹是角二2。面角。 核进磁一共振步氢的谱的二横裂坐标分是，化学是位旁移，边化的学位CH移裂是电分子所对核自旋的屏蔽作用，代表原子核在分子中的位置。 致。
核磁共振氢谱解析步骤
核磁共振氢谱解析步骤
核磁共振氢谱解析步骤如下：
1.观察图谱是否符合要求：如四甲基硅烷的信号是否正常、杂音大
不大、基线是否平、积分曲线中没有吸收信号的地方是否平整。
如果存在问题，需要重新测试图谱。
2.根据积分曲线，观察各信号的相对高度，计算样品化合物分子式
中的氢原子数目：可以利用可靠的甲基信号或孤立的次甲基信号为标准计算各信号峰的质子数目。
3.先解析图中CH3O、CH3N、、CH3C=O、CH3C=C、CH3-C等孤
立的甲基质子信号，然后再解析偶合的甲基质子信号。
4.解析羧基、醛基、分子内氢键等低磁场的质子信号。
5.解析芳香核上的质子信号。
氢谱解析知识点总结
氢谱解析知识点总结一、氢谱解析的原理氢谱解析是利用核磁共振(NMR)技术对物质中氢原子进行分析的一种方法。
其原理基于氢原子核在外加磁场下发生的磁共振现象，通过测量氢原子核的共振频率和强度，可以得到有关样品组成和结构的信息。
在氢谱解析中，采用的主要是质子核磁共振(1H-NMR)技术，即利用氢原子核的磁共振进行分析。
1.1 原子核的磁矩氢原子核由一个质子组成，其核自旋为1/2，因此具有磁矩。
在外加磁场下，氢原子核会产生磁偶极矩，这导致核在磁场中存在能级分裂现象，从而引起共振现象。
1.2 核磁共振现象当氢原子核处于外部磁场中时，其核磁矩会与外部磁场发生相互作用，导致核的能量发生分裂，分裂的能级差与外部磁场的强度成正比。
当外部磁场的强度等于核的共振频率时，会发生共振吸收，此时氢原子核会发生能级跃迁，产生共振信号。
通过测量共振频率，可以得到氢原子核的化学环境和结构信息。
1.3 化学位移在氢谱解析中，样品中的不同氢原子会由于其化学环境不同而呈现出不同的共振频率。
这是因为，氢原子的共振频率与其周围的化学环境有关，如化学键的种类和数目、邻近的官能团等。
这种现象称为化学位移，通过化学位移可以对不同氢原子进行识别和定量分析。
1.4 耦合效应在一些情况下，样品中的氢原子之间会发生相互耦合，使得它们的共振频率发生变化。
这种现象称为耦合效应，通过耦合效应可以得到关于氢原子之间的相互作用和化学键的信息，进一步帮助解析样品的结构和成分。
以上是氢谱解析的基本原理，了解这些知识点有助于加深对氢谱解析技术的理解，为后续的仪器分析和谱图解析打下基础。
二、氢谱解析的仪器分析氢谱解析的仪器主要是核磁共振谱仪，利用核磁共振谱仪可以对样品进行快速准确的分析。
核磁共振谱仪通常由磁体、射频系统、梯度磁场和检测器等部分组成，其工作原理是利用外部静态磁场和射频辐射来引起样品中核的共振现象。
2.1 磁体核磁共振谱仪中的磁体是用来产生外部静态磁场的装置，常见的磁体有永磁体和超导磁体。
核磁共振氢谱解析
磁体：提供强而均匀的磁场
样品管：直径4mm, 长度15cm,质量均匀的玻璃管 射频振荡器：在垂直于主磁场方向提供一个射频波照射样品
扫描发生器：安装在磁极上的Helmholtz线圈，提供一个附加可
变磁场，用于扫描测定 射频接受器 ：用于探测NMR信号，此线圈与射频发生器、扫描
部东 部西 部北 度季四第 度季三第 度季二第 度季一第 09 08 07 06 05 04 03 02 01 0
按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁 按交变频率分：40兆，60兆，90兆，100兆，220兆，250兆，300兆 赫兹…… 频率越高，分辨率越高
2. 核磁共振仪与实验方 法
交变频率与分辨率的关系
核磁共振波谱的测定
• • 样品：纯度高，固体样品和粘度大液体样品必须溶解。 溶剂：氘代试剂(CDCl3, C6D6 ,CD3OD, CD3COCD3, C5D5N ) • 标准：四甲基硅烷 (CH3)4Si ，缩写：TMS 优点：信号简单，且在高场，其他信号在低场， 值为正值；沸点低（26。5 C)，利于回收样品； 易溶于有机溶剂；化学惰性 实验方法：内标法、外标法 此外还有：六甲基二硅醚（HMDC, 值为0.07ppm), 4,4-二甲基-4-硅代戊磺酸钠（DSS, 水溶性，作为极性化合物的内标， 但三个CH2的 值为0.5~3.0ppm,对样品信号有影响）
化学等价质子与化学不等价质子的判断
Cl C Cl A Ha Br E Hb Br C Hb Cl B O Br C Cl F a CH 3 b H3C C OCH 3 CH 3 J Ha Hb Hc K Hb Ha Ha Cl C Hb Ha H3C a C Ha Hb CH 3 CH 3 G NO 2 Ha Hb Cl C Hc I C Hb Ha Cl Ha H3C CH C CH 3 Hb L Cl Hb H H3C H3C O CH 3 b Cl Hb D Ha Ha Cl CH 3
第一章核磁共振氢谱解析-作业报告
1. 请指出各氢对应的位置并说明
2. 请指出各氢对应的位置并说明
3. 请指出各氢对应的位置并说明，同时估计使用的是什么溶 剂？
4. 请指出各氢对应的位置并说明，同时在谱图中没有羧酸中 的氢，试说明是什么原因？
5. 请指出各氢对应的位置并说明。
6. 请指出各氢对应的位置并说明。
7. 请指出各氢对应的位置并说明。
11.3 (单峰 1H) 1.2 (三重峰 3H)
CH3CH2COOH
C7H600，730，690cm-1 4.5 (单峰 2H)
NMR 7.2 (多重峰 5H) 3.7 (宽峰 1H)
C6H5-CH2-OH
解析：两个通过氢谱难以辨别此化合物是那个结构，但用过 NOESY可以看到叔丁基只和a一个氢有NOE相关信号，所以 可以确定结构，如果不是，那么叔丁基应该与 c,b 两个氢有 NOE相关信号。
c a
b
8. 请指出各氢对应的位置并说明。
9. 下面谱图是化合物C8H7OCl的氢谱，请推测化合物的结 构并指出各氢对应的位置。
O C CH3
Cl
10. 下图与A、B、C哪个化合物的结构符合？
11：根据C7H5OCl3 的NMR写出结构
C3H6O2
IR
NMR
3000cm-1
1700cm-1
2.3 (四重峰 2H)
2. 请指出各氢对应的位置并说明
3. 请指出各氢对应的位置并说明，同时估计使用的是什么溶 剂？
4. 请指出各氢对应的位置并说明，同时在谱图中没有羧酸中 的氢，试说明是什么原因？
5. 请指出各氢对应的位置并说明。
6. 请指出各氢对应的位置并说明。
7. 请指出各氢对应的位置并说明。
11.3 (单峰 1H) 1.2 (三重峰 3H)
CH3CH2COOH
C7H600，730，690cm-1 4.5 (单峰 2H)
NMR 7.2 (多重峰 5H) 3.7 (宽峰 1H)
C6H5-CH2-OH
解析：两个通过氢谱难以辨别此化合物是那个结构，但用过 NOESY可以看到叔丁基只和a一个氢有NOE相关信号，所以 可以确定结构，如果不是，那么叔丁基应该与 c,b 两个氢有 NOE相关信号。
c a
b
8. 请指出各氢对应的位置并说明。
9. 下面谱图是化合物C8H7OCl的氢谱，请推测化合物的结 构并指出各氢对应的位置。
O C CH3
Cl
10. 下图与A、B、C哪个化合物的结构符合？
11：根据C7H5OCl3 的NMR写出结构
C3H6O2
IR
NMR
3000cm-1
1700cm-1
2.3 (四重峰 2H)
《核磁共振氢谱》课件
芳烃的氢谱解析
芳烃的氢谱特征
芳烃的氢谱峰形较复杂，有多个峰，且峰与峰之间的距离较近。
芳烃的氢谱解析要点
根据峰的数量和位置，确定芳烃的类型和碳原子数；根据峰的强度 和形状，确定氢原子的类型和数量。
实例分析
以苯为例，其氢谱有多个峰，分别对应于不同位置上的氢原子。
PART 04
氢谱解析中的常见问题与 解决策略
偶合常数
当两个氢原子之间的距离足够近时， 它们的核磁共振信号会发生偶合，导 致峰分裂成双重峰。偶合常数是衡量 两个氢原子之间距离的指标。
氢谱解析的一般步骤
确定峰的位置和强度
根据核磁共振氢谱中的峰位置和强度，可以推断出分子中氢原子 的类型和数量。
确定氢原子的连接关系
通过分析峰的偶合常数，可以确定氢原子之间的连接关系，从而确 定分子的结构。
峰的简化问题
总结词
峰的简化问题是指某些情况下氢谱峰的数量过多，使得解析变得复杂。
详细描述
在某些情况下，由于分子结构中存在多个等效氢原子，会产生大量的重叠峰。这增加了氢谱解析的难 度。解决策略包括利用分子对称性来简化氢谱，以及利用去偶技术来消除某些峰的干扰，从而使得氢 谱更加简洁明了。
解析中的不确定性问题
多核共振技术
总结词
多核共振技术能够同时研究多个原子核的相 互作用和动态行为，有助于更全面地了解分 子结构和化学反应过程。
详细描述
多核共振技术是一种新兴的技术，它通过同 时研究多个原子核的相互作用和动态行为， 能够提供更全面、更深入的分子结构和化学 反应过程信息。这一技术的应用，将有助于 推动化学、生物学、物理学等领域的发展， 为解决复杂体系的研究提供新的手段。
2023-2026
ONE
《核磁共振氢谱解析》PPT课件
在解析糖类的氢谱时，需要注意 区分不同糖环类型的影响，以便 准确推断出糖类分子的结构特征 。
由于糖类分子结构的复杂性，其 氢谱信号可能会出现重叠现象， 需要仔细解析以获得准确的结论 。
05
氢谱解析的挑战与展望
复杂样品与混合物的解析
挑战
复杂样品和混合物中的多种成分可能 导致谱线重叠和干扰，增加了氢谱解 析的难度。
峰面积
表示某一峰的强度或高 度，通常与产生该峰的
质子数成正比。
积分线
对谱线进行积分，得到 积分线，可以用于定量
分析。
校正因子
由于不同化学环境对质 子自旋耦合的影响，需 要引入校正因子来准确
计算质子数。
03
氢谱解析实践
简单分子的氢谱解析
总结词
掌握基础解析方法
01
总结词
熟悉常见峰型
03
总结词
注意杂质的干扰
解决方案
采用先进的谱图解析技术和化学位移 差异法，结合分子结构和物理状态信 息，对重叠的谱线进行分离和鉴别。
高磁场下的氢谱解析
挑战
高磁场条件下，氢谱的分辨率和灵敏度得到提高，但同时也带来了谱线复杂化 和解析难度增加的问题。
解决方案
利用高磁场下的多量子跃迁和异核耦合等效应，结合计算机模拟和量子化学计 算，对高磁场下的氢谱进行解析。
氢谱解析技巧与注意事项
总结词
重视峰的归属与确认
总结词
在复杂氢谱中，应注意分辨和区分重 叠的峰，运用适当的技巧和方法进行 解析。
详细描述
在解析氢谱时，应重视每个峰的归属 与确认，确保解析结果的准确性。
详细描述
注意峰的重叠与分辨
04
氢谱解析案例分析
案例一：醇类的氢谱解析
核磁共振氢谱的解析
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。
核磁共振氢谱的解析要点
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。
核磁氢谱解析ppt课件
环状烯烃中三元环,四元环,五元环烯烃中偶 合常数较小J= 0.5-7.0Hz;在六元环以上J=8.5-13 Hz.
ห้องสมุดไป่ตู้
六元环自旋-自旋偶合(J-coupling)体系
六元环体系是一个很特殊的体系，也是经常碰到的体系。Jae(同碳)， Jaa（邻位）在8－12hz；Jae（邻位），Jee（邻位）在2－5hz特别是在刚 性体系有手性中心的六元环化合物会有明显的显示，并且通常δe大于δa,两者 有时会相差0.5-1ppm,因为偶合的关系使得a键e键的峰型比较有规律,如下:
3)磁各向异性 根据S-P杂化原理, 炔烃应该比烯烃更低场,苯环与烯烃相近.但实
际并不然.炔氢相对于烯氢是处于较高场,是因为炔氢处于叁键轴外,当 叁键与外磁场平行时, π电子环电流绕轴运动产生的感应磁场与外加磁 场相反,对质子起强烈的屏蔽作用,这是炔烃的一个很重要的特点.
芳环氢相对烯氢处于较低场，这样的现象是因为芳环π电子也有 环电流的纯在,产生与外磁场方向相同的磁场,对芳环氢有去屏蔽作用. 烯烃也有磁各向异性,但苯环的磁各向异性较强.
单键,三键,双键,苯环由于磁各向异性都会产生屏蔽区和去 屏蔽区,所以这些也是影响饱和烷烃化学位移的因素.(后面 会介绍,详细请看仪器分析化学课本)请结合以上说明通过 下面的列表来查看不同取代基对饱和烷烃的影响。
2)S－P杂化 从sp3（碳碳单键）到sp2（碳碳双键）s 电子的成分从25％增加到33％，键电子 更靠近碳原子，因而对相连的氢原子有 去屏蔽作用，即共振位移移向低场. (芳 环与烯烃比饱和烷烃的化学位移低场的 原因)
下面是我们比较常见的两种结构的互变异构.在有些化合物中只表现一种 构型.有些化合物中两种构型皆有，此时在核磁管里面加入浓盐酸1－2滴，会 发现变为单一的构型，这样的方法比升温要方便。
ห้องสมุดไป่ตู้
六元环自旋-自旋偶合(J-coupling)体系
六元环体系是一个很特殊的体系，也是经常碰到的体系。Jae(同碳)， Jaa（邻位）在8－12hz；Jae（邻位），Jee（邻位）在2－5hz特别是在刚 性体系有手性中心的六元环化合物会有明显的显示，并且通常δe大于δa,两者 有时会相差0.5-1ppm,因为偶合的关系使得a键e键的峰型比较有规律,如下:
3)磁各向异性 根据S-P杂化原理, 炔烃应该比烯烃更低场,苯环与烯烃相近.但实
际并不然.炔氢相对于烯氢是处于较高场,是因为炔氢处于叁键轴外,当 叁键与外磁场平行时, π电子环电流绕轴运动产生的感应磁场与外加磁 场相反,对质子起强烈的屏蔽作用,这是炔烃的一个很重要的特点.
芳环氢相对烯氢处于较低场，这样的现象是因为芳环π电子也有 环电流的纯在,产生与外磁场方向相同的磁场,对芳环氢有去屏蔽作用. 烯烃也有磁各向异性,但苯环的磁各向异性较强.
单键,三键,双键,苯环由于磁各向异性都会产生屏蔽区和去 屏蔽区,所以这些也是影响饱和烷烃化学位移的因素.(后面 会介绍,详细请看仪器分析化学课本)请结合以上说明通过 下面的列表来查看不同取代基对饱和烷烃的影响。
2)S－P杂化 从sp3（碳碳单键）到sp2（碳碳双键）s 电子的成分从25％增加到33％，键电子 更靠近碳原子，因而对相连的氢原子有 去屏蔽作用，即共振位移移向低场. (芳 环与烯烃比饱和烷烃的化学位移低场的 原因)
下面是我们比较常见的两种结构的互变异构.在有些化合物中只表现一种 构型.有些化合物中两种构型皆有，此时在核磁管里面加入浓盐酸1－2滴，会 发现变为单一的构型，这样的方法比升温要方便。
核磁共振氢谱的解析 - 核磁共振氢谱的解析
单峰
10H 4.86H O
CH3 C
5H
• b δ=5.0 单峰 • c δ=7.0 单峰
O CH2
可能结构
O
CH3 C O CH2
(1) U=(2+2×4-8)/2=1
(2)H分布
a峰含H数=
1.6
7 3
1.6 1 0.5 0.6
b峰含2H；c峰含1H；d峰含1H
a:b:c:d=3:2:1:1
(3) 10.7（s)表示有-COOH。
Ha和Hb均与Hc偶合，且a和b氢核均分裂为2重 峰，说明Hc为次甲基。 a为3H，有-CH3 ;b为2H，有CH2,连接方式为:
(4)由分子式扣除解析基团，还剩-Br
或
例2：分子式为C10H12O2，NMR谱如下，推测结构并 解释峰归属。
d（5H）
a（3H）
c（2H） b（2H）
876来自543
0
2
1
① U=5 ② d： d7.11， 5H 单峰
a： d1.9， 3H 单峰
b： d2.8，2H，三重峰 c： d=3.9，2H， 三重峰
• （1） U 2 2 9 10 5 可能有苯环 • （2）H分布：2
• a峰： 1.1
10H 2.97H 3H
1.1 0.7 1.8
• b峰：
0.7
10H 1.89H 2H
1.1 0.7 1.8
• •
c峰： a δ=2.0
1.8
1.1 0.7 1.8
活泼H，重水交换后峰消失 相邻C—H与—OH不发生偶合
单峰
1H-NMR谱图给出信息
（1）峰的数目：表示H核种类。 （2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)。
10H 4.86H O
CH3 C
5H
• b δ=5.0 单峰 • c δ=7.0 单峰
O CH2
可能结构
O
CH3 C O CH2
(1) U=(2+2×4-8)/2=1
(2)H分布
a峰含H数=
1.6
7 3
1.6 1 0.5 0.6
b峰含2H；c峰含1H；d峰含1H
a:b:c:d=3:2:1:1
(3) 10.7（s)表示有-COOH。
Ha和Hb均与Hc偶合，且a和b氢核均分裂为2重 峰，说明Hc为次甲基。 a为3H，有-CH3 ;b为2H，有CH2,连接方式为:
(4)由分子式扣除解析基团，还剩-Br
或
例2：分子式为C10H12O2，NMR谱如下，推测结构并 解释峰归属。
d（5H）
a（3H）
c（2H） b（2H）
876来自543
0
2
1
① U=5 ② d： d7.11， 5H 单峰
a： d1.9， 3H 单峰
b： d2.8，2H，三重峰 c： d=3.9，2H， 三重峰
• （1） U 2 2 9 10 5 可能有苯环 • （2）H分布：2
• a峰： 1.1
10H 2.97H 3H
1.1 0.7 1.8
• b峰：
0.7
10H 1.89H 2H
1.1 0.7 1.8
• •
c峰： a δ=2.0
1.8
1.1 0.7 1.8
活泼H，重水交换后峰消失 相邻C—H与—OH不发生偶合
单峰
1H-NMR谱图给出信息
（1）峰的数目：表示H核种类。 （2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)。
《核磁共振氢谱》课件
《核磁共振氢谱》课件课程目标：1. 理解核磁共振氢谱的基本原理2. 学会分析核磁共振氢谱图3. 掌握核磁共振氢谱在有机化学中的应用第一部分：核磁共振氢谱的基本原理1. 核磁共振现象核磁共振的定义核磁共振的产生条件核磁共振的物理过程2. 核磁共振氢谱的化学位移化学位移的定义化学位移的影响因素化学位移的计算方法3. 核磁共振氢谱的耦合常数耦合常数的定义耦合常数的影响因素耦合常数的计算方法4. 核磁共振氢谱的积分强度积分强度的定义积分强度的影响因素积分强度的计算方法第二部分：核磁共振氢谱的解析1. 核磁共振氢谱图的解读谱线的数量和位置谱线的形状和积分强度谱线的耦合情况2. 等效氢的判断等效氢的定义等效氢的判断方法等效氢的例外情况3. 核磁共振氢谱的应用实例简单有机化合物的分析复杂有机化合物的分析手性化合物的分析第三部分：核磁共振氢谱的实验操作1. 核磁共振氢谱的样品制备样品的选择和制备方法样品的纯化和干燥样品的装载和测试2. 核磁共振氢谱的仪器操作核磁共振仪的基本结构核磁共振仪的操作步骤核磁共振氢谱的获取和保存3. 核磁共振氢谱的数据处理核磁共振氢谱的数据分析核磁共振氢谱的峰拟合核磁共振氢谱的定量分析第四部分：核磁共振氢谱的实践练习1. 练习题目简单有机化合物的核磁共振氢谱分析复杂有机化合物的核磁共振氢谱分析手性化合物的核磁共振氢谱分析2. 练习解答分析过程和思路核磁共振氢谱的解析步骤最终答案和讨论总结：核磁共振氢谱是一种重要的有机化学分析方法，通过对氢原子的核磁共振现象进行研究，可以得到有机化合物的结构和性质信息。
通过对核磁共振氢谱的基本原理、解析方法和实验操作的学习，可以更好地理解和应用核磁共振氢谱，为有机化学研究和教学提供有力的工具。
科学性：1. 内容准确：课件中的概念、原理和实验操作应基于有机化学和核磁共振氢谱的现有科学知识，确保无误。
2. 信息更新：课件中所引用的文献和数据应是最新的，以保证教学内容的时效性。
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碳碳三键是直线构型，π电子云围绕碳碳σ键呈筒型分布，形
成环电流，它所产生的感应磁场与外加磁场方向相反，故三 键上的H质子处于屏蔽区，屏蔽效应较强，使三键上H质子的
共振信号移向较高的磁场区，其δ= 2～3。
2 取代基的影响
（ 1 ）对脂肪氢来说，电负 性基团将使其 a- 氢的化学 位移值增 加 ， β-H 的 化学 位移值也稍有增加 . 诱导 效应导致：电负性基团吸 引电子导致氢原子的电子 密度将下降 . 从而会增加其 化学位移数值.
1. 2 耦合常数J
1. 2. 1 耦合作用和耦合常数 磁性核之间才会有耦合作用 .磁性核是它们的自旋量子数不 为零的原子核. 如果不是磁性核， 就不能对其他原子核产生藕 合作用， 本身也不能用核磁共振方法来测定. 由于磁性核在磁场中有不同的取向，与它 ( 们 ) 相邻的核 ( 在 氢谱中指的是氢核〉的谱峰即会呈现被裂分(分裂)的多重峰. 采用归纳的方法，可以得到2nI+1的规律，其中 I为产生耦 合裂分的磁性核的自旋量子数，n为该磁性核的数目. 如果产生耦合裂分的磁性核的自旋量子数为1/2, 2nI + 1 的 规律就简化为n+ 1 的规律. 在解析氧谱的耦合裂分时，经常遇见的是自旋量子数为1/2 的磁性核的耦合作用，因此一般情况是用n+ 1 规律分析.
第三类取代基：含不饱和杂原子的基团 . 它们与苯环形成大 的共轭体系，但由于杂原子的电负性。苯环剩余氢原子的电 子密度下降，即它们的氢谱谱峰都往低场移动.其中邻位氢的 峰往低场的移动最远 . 属于第三类取代基的有 -CHO，-COR， -COOR，-COOH， -CONHR，-NO2，-N=NR 等.
δ 1.10 HCδ
2.40
δ HbHa
4.68
δ
OH
0.88
HC
δ
3.55
HbHO
δ3Leabharlann 92Ha(A)(B)
H =4.68ppm H =2.40ppm H =1.10ppm
a b c
H =3.92ppm H =3.55ppm H =0.88ppm
a b c
3) 环状共轭体系的环电流效应 以苯环为例，在外加磁场的作用下，环状共轭体系的离 域π电子将产生环电流。其磁力线在苯环的上、下方与外加 磁力线的方向相反，但是在侧面与外加磁力线的方向相同， 因而对于苯环的氢〈在苯环的侧面〉有去屏蔽作用. 由于这 个原因，苯环氢的化学位移数值比烯氢大.
原子的化学位移数值增大.
例如：烯烃双键碳上的质子位于π键环流电子产生的感生磁 场与外加磁场方向一致的区域（称为去屏蔽区），去屏蔽效 应的结果，使烯烃双键碳上的质子的共振信号移向稍低的磁 场区，其 δ = 4.5～5.7。
2) 空间因素的影响： 当氢核和邻近的原子间距小于范德华 半径之和时，氢的核外电子被排斥，电子云密度下降，化学 位移数值增加.
3 介质和氢键的影响 溶剂影响官能团的化学位移数值之外，还影响峰型，必 须考虑溶剂的因素. 形成氢键后1H核屏蔽作用减少，氢键属于去屏蔽效应。
H H3CH2C O H O CH2CH3 CCl 4 5.72ppm 3.7ppm O H O H H O O CH3 CCl 4 7.45ppm 4.37ppm
从图 1.1 可知氢谱的
横坐标为化学位移，
峰组的下面标注有准 确的化学位移数值， 纵坐标为谱峰的强度， 峰组的上面际注有峰
组面积的积分数值.
图1.1 为化合物C1-1 的氢谱.
1. 1 化学位移
1.1.1 化学位移的概念 化学位移（ ）：指的是出峰位置相对于基准物质的出峰位
置会产生一定的移动，即化学位移表征官能团出峰的位置 . 基准物质：四甲基硅烷(TMS,单峰)，其位置定为零. 化学位移数值的大小反映了所讨论的氢原子核外电子云密度 的大小。由于氢原于核外只有s 电子，s 电子的电子云密度 越大，化学位移的数值越小，相应的峰越位于核磁共振氧谱 谱图的右方，反之亦然 . 任何使氢谱的峰往右移动 ( 化学位 移数值减小 ) 的作用称为屏蔽效应；反之，任何使氢谱的峰 往左移动(化学位移数值增大)的作用称为去屏蔽效应.
芳环随着共轭体系的增大，
环电流增强，即环平面上、 下的屏蔽效应增强，环平面 上的去屏效应增强。
4) 化学键的各向异性屏蔽作用 化学键都具有各向异性的屏蔽作用 . 但对于不同方向的 屏蔽作用不同：某方向是屏蔽作用，某方向是去屏蔽作用. 六元环如不能快速翻转， 直立氢的化学位移数值大约 比平伏氢小0.5ppm. 这就是单键各向异性屏蔽作用的结果. 碳碳三键中由于 电子只能绕键轴转动，沿键轴方向屏 蔽作用很强， 因此炔氢在这个区域受到很强的屏蔽作用， 所以炔氢相对于烯氢远在高场方向出峰.
• 常见官能团的化学位移 值(变化范围〉如表1. 1 所示.
1.1.2 影响化学位移的因素
核磁共振氢谱中影响化学位移的因素可以从官能团本身的性 质、取代基的影响和介质的影响等几个方面来进行讨论. 1 化学位移数值首先决定于官能团本身的性质 不饱和基团的值较大(苯环的值更大些) . 影响因素有： 1)官能团所含碳原子的s- p 电子杂化情况 与氢原子相连的碳原子如果从 sp3杂化到Sp2 杂化，键电 子更靠近碳原子，对于相连的氢原子有去屏蔽作用，即该氢
第一章 核磁共振氢谱的解析
核磁共振氢谱的主要参数有 3个：化学位移、峰的裂分和偶合 常数J、峰面积. 核磁共振氢谱的横坐标是化学位移，也就是说化学位移是官 能团出峰位置的表征；核磁共振氢谱的纵坐标是谱峰的强度， 由于氢谱中的谱峰都有一定的宽度，因此以谱峰的面职的积 分数值来量度峰的大小. 从各峰组的积分数值比可以找到各峰组所对应的氢原子数目 比.如果测试的样品是混合物，用这种定量关系则可确定各组 分的定量比.
(2) 对芳香氢来说，取代基的作用和上面所讨论的不一样.
此时需要同时考虑诱导效应和共轭效应. 取代基分为三类
第一类取代基：烃基和卤素(电负性不强)对苯环的电子密度 改变不大，因而对苯环化学位移数无大的影响。第 - 类取代 基有 -CH3 ， -CH2- ， -CH- ， -CH=CH- ， -C 三 CR ， -Cl ， -Br 等。 第二类取代基：含饱和杂原子的基团 . 由于饱合杂原子和苯 环有 p-π 共轭作用，苯环的电子密度增加，氢原子的峰往高 场位移. 对于邻、对位氢比较明显，尤其对于邻位氢。属于 第二类取代基的有-OH，-OR，-NH2，-NHR，-NR2等.