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分析化学核磁共振波谱法分析化学核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR）是一种非常重要的分析技术，广泛应用于有机化学、生物化学等领域。
本文将从基本原理、仪器设备、样品制备和应用等方面对NMR进行分析。
基本原理核磁共振波谱法是基于核磁共振现象的，核磁共振是指在外加静磁场和射频磁场的作用下，原子核能级的分裂现象。
当样品中的核磁共振活性核被置于静磁场中时，它会分裂成若干个子能级，对应着不同的共振频率。
这些频率可以测量并转换为核磁共振谱图，从而确定样品中不同核的化学环境和相对位置。
仪器设备核磁共振仪包括主磁场、射频系统和梯度线圈等部分。
主磁场是核磁共振仪的核心组成部分，它通过产生一个稳定且均匀的静磁场使样品中的核磁共振现象能够发生。
射频系统用于产生能与样品中核的共振频率相匹配的射频脉冲，从而激发样品中的核磁共振信号。
梯度线圈用于产生梯度磁场，使样品中不同位置的核有不同的共振频率，从而可以对核的位置进行定位。
样品制备样品的制备是进行核磁共振分析的关键步骤，其中要求样品的纯度和浓度都需要达到一定的要求。
通常，为了提高样品的分析效果，可以进行特定的样品制备，例如通过标记原子核来增强信号强度，或者通过选择性的核磁共振脉冲来增强特定核的信号。
应用核磁共振波谱法在许多领域具有重要的应用价值。
在有机化学中，核磁共振波谱法常用于确定分子的结构和化学环境，从而帮助确定分子的组成和结构。
在生物化学中，核磁共振波谱法可以用于研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的结构和功能，从而帮助理解生物反应的机理。
此外，核磁共振波谱法还可以应用于材料科学、医学和环境科学等领域。
总结通过分析化学核磁共振波谱法的基本原理、仪器设备、样品制备和应用等方面，可以看出核磁共振波谱法是一种重要而常用的分析技术。
它可以提供关于化合物结构、分子环境和分子动力学等方面的信息，对于解决化学和生物化学中的许多问题具有不可替代的作用。
1、解释下列名词（1）屏蔽效应和去屏蔽效应屏蔽效应：绕核电子在外加磁场的诱导下，产生与外加磁场方向相反的感应磁场，使原子核实受磁场强度稍有降低，这种核外电子及其他因素对抗外加磁场的现象称为~。
去屏蔽效应：当次级磁场的磁力线与外磁场一致时，使得处于此空间的质子实受外磁场强度增加，这种效应为~。
（不定）（2）自旋偶合和自旋分裂自旋偶合是核自旋产生的核磁矩间的相互干扰，又称为自旋-自旋偶合。
自旋分裂是由自旋偶合引起共振峰分裂的现象，又称为自旋-自旋分裂。
（3）化学位移和偶合常数由于屏蔽效应的存在，不同化学环境的氢核的共振频率（进动频率，吸收频率）不同，这种现象称为化学位移。
当自旋体系存在自旋-自旋偶合时，核磁共振谱线发生分裂。
由分裂所产生的裂距反映了相互偶合作用的强弱，称为偶合常数。
（4）化学等价核和磁等价核在核磁共振谱中，有相同化学环境的核具有相同的化学位移，这种有相同化学位移的核称为化学等价。
分子中一组化学等价核（化学位移相同）与分子中的其他任何一个核都有相同强弱的偶合，则这组核为磁等价核。
2、略3、为什么强照射波照射样品，会使NMR信号消失，而UV与IR吸收光谱法则不消失？4、为什么用δ值表示峰位，而不用共振频率的绝对值表示？为什么核的共振频率与仪器的磁场强度有关，而偶合常数与磁场强度无关？由于屏蔽常数很小，不同化学环境的氢核的共振频率相差很小，要精确测量其绝对值较困难，并且屏蔽作用引起的化学位移的大小与外磁场强度成正比，在磁场强度不同的仪器中测量的数据也不同，因此，用共振频率的相差值来表示化学位移，符合为δ。
有两种表达P286。
因为核磁矩在外磁场中产生能级分裂，高能级与低能级的能量差随着外磁场强度的增大而增大，跃迁时所吸收的能量增大。
根据ν=γ·Ho/2π可知，核磁共振频率与外磁场强度成正比。
由于原子核间的自旋偶合起源于磁核间的干扰，是通过成键电子传递的，所以偶合常数的大小只与偶合核间距离、角度、电子云密度有关，与外磁场强度无关。
第十四章核磁共振波谱法- 经典习题1．试对照结构指出图14-1上各个峰的归属。
解：δ1.2 三重峰3H-CH2-CH3δ2.0 单峰3H-CO-CH3δ4.0 四重峰2H-O-CH2-CH3δ6.8～7.6 4H-C6H4-δ9.8 单峰1H-NH-图14-1 例题1的1H-NMR谱2．由下述1H-NMR图谱，进行波谱解析，给出未知物的分子结构及自旋系统。
（1）已知化合物的分子式为C4H10O，1H-NMR谱如图14-2所示。
图14-2 C4H10O的1H-NMR谱解：u=(2+2×4-10)/2=0δ1.13 三重峰6H -CH2-CH3（2个）δ3.38 四重峰4H -O-CH2-CH3（2个）可能结构式为：CH3-CH2-O-CH2-CH3自旋系统：2个A2X3（2）已知化合物的分子式为C9H12，1H-NMR谱如图14-3所示。
图14-3 C9H12的1H-NMR谱解：u=(2+2×9-12)/2=4δ1.22 二重峰3H -CH-CH3δ2.83 七重峰1H -CH-(CH3)2δ7.09 单峰5H C6H5-可能结构式为：自旋系统：A6X，A5（3）已知化合物的分子式为C10H10Br2O，1H-NMR谱如图14-4所示。
图14-4 C10H10Br2O的1H-NMR谱解：u=(2+2×10-12)/2=5δa 2.42 单峰3H -CO-CH3δb 4.88 双峰1Hδc 5.33 双峰1Hδd 7.35 单峰5H C6H5-可能结构式为：自旋系统：A5、AB、A33．某化合物分子式为C8H12O4，NMR图谱如图14-6所示，δa=1.31（三重峰，）δb=4.19（四重峰），δc=6.71（单峰），Jab=7Hz，峰面积积分值比a:b:c=3:2:1，试推断其结构式。
图14-6 C8H12O4的氢核磁共振谱解：（1）计算不饱和度u=(2+2×8-1)/2=3（2）由积分值比计算氢分布：a:b:c=3:2:1分子式有12个H，可知分子具有对称结构为a:b:c=6H:4H:2H（3）偶合系统（ab）为一级偶合A2X3系统（二个质子的四重峰与三个质子的二重峰）（4）根据δa=1.31，δb=4.19及偶合系统可以推测有-CH２CH3存在，并均向低场移动，故为-OCH２CH3型结构。
第十四章核磁共振波谱法思考题和习题1下列哪一组原子核不产生核磁共振信号，为什么？并不是是所有原子核都能产生核磁共振信号，原子核能产生核磁共振是因为具有核自旋，其自旋量 子数须不等于0。
质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为 0，质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数，质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数。
由此, 原子核都不产生核磁共振信号 2.单取代苯的取代基为烷基时，苯环上的芳氢(5个)为单峰，为什么？两取代基为极性基团(如卤素、-NH 2、 -OH 等)，苯环的芳氢变为多重峰，试说明原因，并推测是什么自旋系统。
单取代苯若取代基为饱和烷基，则构成 A 5系统，呈现单峰；取代基不是饱和烷基时，可能构成 ABB C C'系统；如苯酚等。
双取代苯若对位取代苯的两个取代基 X 工丫，苯环上四个氢可能形成AA BB 系统，如对氯苯胺。
对取代苯 的谱图具有鲜明的特点，是取代苯谱图中最易识别的。
它粗看是左右对称的四重峰，中间一对峰强，外面一对峰 弱，每个峰可能还有各自小的卫星峰。
3 •在质子共振谱中，可以看到HF 质子的双峰，而只能看到HCI 的质子单峰。
为什么？HF 中1H 与19F 的自旋分裂氟(19F)自旋量子数I 也等于1/2，与1H 相同，在外加磁场中也应有2个方向相反 的自旋取向。
这2种不同的自旋取向将通过电子的传递作用，对相邻1H 核实受磁场强度产生一定的影响。
所以 HF 中1H 核共振峰分裂为2个小峰(二重峰)。
同理，HF 中19F 核也会因相邻5核的自旋干扰，偶合裂分为2个 小峰。
并非所有的原子核对相邻氢核都有自旋偶合干扰作用。
如35CI 、79Br 核，虽然，I 工0,预期对相邻氢核有 自旋偶合干扰作用，但因它们的电四极矩很大，会引起相邻氢核的自旋去偶作用，因此看不到偶合干扰现象。
4. 一个未知物的分子式为 C 9H 10N 。
S a 1.22 (d )、S b 2.80 (sep)、S c 3.44 (s )、S d 6.60 ( m ,多重峰)及① U=4,结构式中可能具有苯环。
第十四章核磁共振波谱法- 经典习题1．试对照结构指出图14-1上各个峰的归属。
解：δ 三重峰 3H-CH2-CH3
δ 单峰 3H-CO-CH3
δ 四重峰 2H-O-CH2-CH3
δ～ 4H-C6H4-
δ 单峰 1H-NH-
图14-1 例题1的1H-NMR谱
2．由下述1H-NMR图谱，进行波谱解析，给出未知物的分子结构及自旋系统。
（1）已知化合物的分子式为C4H10O，1H-NMR谱如图14-2所示。
图14-2 C4H10O的 1H-NMR谱
解：u=(2+2×4-10)/2=0
δ 三重峰 6H -CH2-CH3（2个）
δ 四重峰 4H -O-CH2-CH3（2个）
可能结构式为：CH3-CH2-O-CH2-CH3
自旋系统：2个A2X3
（2）已知化合物的分子式为C9H12，1H-NMR谱如图14-3所示。
图14-3 C9H12的1H-NMR谱解：u=(2+2×9-12)/2=4 δ 二重峰 3H -CH-CH3
δ 七重峰 1H -CH-(CH3)2δ 单峰 5H C6H5-
可能结构式为：
自旋系统：A6X，A5
（3）已知化合物的分子式为C10H10Br2O，1H-NMR谱如图14-4所示。
图14-4 C10H10Br2O的1H-NMR谱
解：u=(2+2×10-12)/2=5
δa 单峰 3H -CO-CH3
δb 双峰 1H
δc 双峰 1H
δd 单峰 5H C6H5-
可能结构式为：
自旋系统：A5、AB、A3
3．某化合物分子式为C8H12O4，NMR图谱如图14-6所示，δa=（三重峰，）δb=（四重峰），δc=（单峰），Jab=7Hz，峰面积积分值比a:b:c=3:2:1，试推断其结构式。
图14-6 C8H12O4的氢核磁共振谱
解：（1）计算不饱和度u=(2+2×8-1)/2=3
（2）由积分值比计算氢分布：a:b:c=3:2:1
分子式有12个H，可知分子具有对称结构为a:b:c=6H:4H:2H
（3）偶合系统（ab）
为一级偶合A2X3系统（二个质子的四重峰与三个质子的二重峰）
（4）根据δa=，δb=及偶合系统可以推测有-CH２CH3存在，并均向低场移动，故为-OCH２CH3型结构。
（5）δc=一个质子单峰，由不饱和度可知不是芳环质子峰，在如此低场范围内的质子，可能为烯烃质子旁连接一个去屏蔽基团，使烯烃质子进一步去屏蔽，又因分子式中含有4个氧原子，可能有羰基，因此推测有型结构。
（6）根据以上提供的信息，化合物种可能有以下结构
以上正好为分子式的一半，故完整的结构式为
烯烃质子为等价质子（化合物结构对称呈现单峰），二个乙氧基峰重叠，此化合物有二种构型。
（7）查Sadtler(10269M)为反式丁烯二酸二乙酯。
该化合物结构式为
4．某化合物的分子式为C5H7NO2，红外光谱中2230cm-1，1720cm-1有特征吸收峰，1H-NMR谱数据为δ（三重峰），δ（单峰），δ（四重峰），a、b、c的积分高度分别为15，10，10格，求出该化合物的结构式。
图14-5 C5H7NO2的1H-NMR谱
解：u=(2+2×5+1-7)/2=3
红外光谱数据分析。
该化合物含有
（γC=O=1720cm-1），和-C≡N（γC≡N=2230cm-1）
氢分布：a峰相当的氢数=15/(15+10+10)×7=3H
b峰相当的氢数=10/(15+10+10)×7=2H
c峰相当的氢数=10/(15+10+10)×7=2H
δ分裂峰质子数可能基团相邻基团
三重峰 3 CH3CH2
单峰 2 CH2CO
四重峰 2 CH2O、CH3
δ说明该基团与氧相连，使δ值移至低场；δ的CH2为单峰，说明该基团与其他质子没有偶合，邻接羰基。
因此，该化合物可能结构式为：
5．某化合物的分子式为C5H11NO2，核磁共振氢谱如图14-6所示，1H-NMR谱数据为δ（二重峰），δ（单峰），δ（单峰），δ（四重峰），试推测其结构式。
图14-6 C5H11NO2的核磁共振氢谱
解：（1）计算不饱和度：U=(2+2×5+1-11)/2=1
（2）氢分布：
a峰相当的氢数=(10/10+20++×12=≈3H
b峰相当的氢数=(20/10+20++×12=≈6H
c峰相当的氢数=10+20++×12=≈1H
（3）结构推测：
δ分裂峰质子数可能基团相邻基团
二重峰 3 CH3CH
单峰 6 (CH3)2N
单峰 1 OH
四重峰 1 CH O
可能结构式为：
CH3CH(OH)CON(CH3)2
6．一个分子式为C12H16O2的化合物，试根据核磁共振氢谱图14-7推测其结构式。
图14-6 C12H16O2的核磁共振氢谱
解：（1）计算不饱和度：U=(2+2×12-16)/2=5
（2）氢分布：（从右到左排列为a、b、c、d 峰）
a峰相当的氢数=(9/9+5+3+×16=6H
b峰相当的氢数=(5/9+5+3+×16=3H
c峰相当的氢数=(3/9+5+3+×16=2H
（提示：可以用尺子直接量取积分高度后求氢分布）
（3）结构推测：
δ分裂峰质子数可能基团相邻基团
单峰 6 (CH3)2 C
单峰 3 CH3CO
单峰 2 CH2O
单峰 5 C6H5-
可能结构式为：
7．化合物分子式为C9H10O2，红外光谱图中在1735cm-1左右有一强吸收。
试根据核磁共振波谱（图14-8）推测其结构式。
图14-8 C9H10O2的核磁共振谱
解：（1）计算不饱和度：U=(2+2×9-10)/2=5 （2）氢分布：（从右到左排列为a、b、c、d 峰）a峰相当的氢数=(5/5+5+13+3)×10=2H
b峰相当的氢数=(5/5+5+13+3)×10=2H
c峰相当的氢数=(13/5+5+13+3)×10=5H
d峰相当的氢数=(3/5+5+13+3)×10=1H
（提示：可以用尺子直接量取积分高度后求氢分布）（3）结构推测：
δ分裂峰质子数可能基团相邻基团三重峰 2 CH2C6H5-
三重峰 2 CH2O
单峰 5 C6H5-
单峰 1 CHO
可能结构式为：
8．化合物分子式为C9H10O3，红外光谱图中在3000～2500cm-1有较宽的吸收带，1710cm-1左右有一强吸收。
试根据其核磁共振谱（图14-9）推测该化合物的分子结构。
图14-9 C9H10O3的核磁共振谱
解：（1）计算不饱和度：U=(2+2×9-10)/2=5
（2）氢分布：（从右到左排列为a、b、c、d 峰）
a峰相当的氢数=+++×10=2H
b峰相当的氢数=+++×10=2H
c峰相当的氢数=+++×10=5H
d峰相当的氢数=+++×10=1H
（提示：可以用尺子直接量取积分高度后求氢分布）
（3）结构推测：
δ分裂峰质子数可能基团相邻基团
三重峰 2 CH2CO
三重峰 2 CH2O
多重峰 5 C6H5-
单峰 1 CHOH
可能结构式为：
9．某一含有C、H、N和O的化合物，其相对分子质量为147，C为%，H为6%，N为%，O为11%，核磁共振谱如图14-10。
试推测该化合物的结构。
图14-10 相对分子质量为147的化合物的核磁共振谱解：（1）求相对分子质量
含C数：147×%/12=9
含H数：147×6%/1=9
含N数：147×%/14=1
含O数：147×11%/16=1
相对分子质量为：C9H9NO
（1）计算不饱和度：U=(2+2×9+1-9)/2=6
（2）氢分布：（从右到左排列为a、b、c、d 峰）a峰相当的氢数=(7/7+11+6+6)×9=2H
b峰相当的氢数=(11/7+11+6+6)×9=3H
c峰相当的氢数=(6/7+11+6+6)×9=2H
d峰相当的氢数=(6/7+11+6+6)×9=2H
（提示：可以用尺子直接量取积分高度后求氢分布）（3）结构推测：
δ分裂峰质子数可能基团相邻基团
单峰 2 CH2C6H5-
单峰 3 CH2O
δ和δ 为苯环对双取代典型峰型，即直观感觉为左右对称的四重峰，中间一对峰强，外侧一对峰弱。
解析时，可以把它看成2个峰（c峰和d峰），每个峰各相当于2个质子，所以，可能基团为：-C6H5-可能结构式为：
10．指出图14-10中所示是哪个结构式。
图14-10 某化合物的1H-NMR图谱
解析：如果是结构式②或结构式③，与CH3相联的CH2应在δ2~3之间出现四重峰，而在图谱中无此峰，所以，不是结构式②或③；如果是结构式④，与O相联的CH3应在δ3~4之间出现单峰，而在图谱中无此峰，所以，也不是结构式④。
应为结构式①。
其理由如下：
δ分裂峰质子数可能基团相邻基团
三重峰 3 CH3CH2
单峰 3 CH3CO
单峰 2 CH2-CO-CH2-CO-
四重峰 2 CH2CH3-O-。
