第2节 核磁共振与化学位移
- 格式:ppt
- 大小:393.00 KB
- 文档页数:21
NMRNMR(Nuclear Magnetic Resonance)为核磁共振。
是磁矩不为零的原子核,在外磁场作用下自旋能级发生蔡曼分裂,共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。
核磁共振波谱学是光谱学的一个分支,其共振频率在射频波段,相应的跃迁是核自旋在核蔡曼能级上的跃迁。
国内叫NMR,国外叫MR,因为国外比较避讳Nuclear这个单词。
目录基本原理核磁共振应用核磁共振发展动向二维核磁共振波谱的基本原理划分区域基本原理自旋量子数I不为零的核与外磁场 H0相互作用,使核能级发生2I+1重分裂,此为蔡曼分裂。
核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫(F.Block)和哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)各自独立发现的,两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。
50多年来,核磁共振已形成为一门有完整理论的新学科。
核磁共振应用核磁共振适合于液体、固体。
如今的高分辨技术,还将核磁用于了半固体及微量样品的研究。
核磁谱图已经从过去的一维谱图(1D)发展到如今的二维(2D)、三维(3D)甚至四维(4D)谱图,陈旧的实验方法被放弃,新的实验方法迅速发展,它们将分子结构和分子间的关系表现得更加清晰。
在世界的许多大学、研究机构和企业集团,都可以听到核磁共振这个名词,包括我们在日常生活中熟悉的大集团。
而且它在化工、石油、橡胶、建材、食品、冶金、地质、国防、环保、纺织及其它工业部门用途日益广泛。
在中国,其应用主要在基础研究方面,企业和商业应用普及率不高,主要原因是产品开发不够、使用成本较高。
但在石油化工、医疗诊断方法应用较多。
核磁共振发展动向20世纪后半叶,NMR技术和仪器发展十分快速,从永磁到超导,从60MHz到800MHz的NMR谱仪磁体的磁场差不多每五年提高一点五倍,这是被NMR在有机结构分析和医疗诊断上特有功能所促进的。
现在有机化学研究中NMR已经成为分析常规测试手段,同样,在医疗上MRI(核磁共振成像仪器)亦成为某些疾病的诊断手段。
常见的核磁共振氢谱(化学位移)1. 烷烃 (Alkanes)烷烃中的氢原子通常出现在0.81.3 ppm 的区域。
具体位置取决于烷烃的分支程度和相邻基团的影响。
例如,甲基(CH3)通常在0.9 ppm 左右,而乙基(CH2)则在1.21.4 ppm。
2. 烯烃 (Alkenes)烯烃中的氢原子由于双键的存在,其化学位移通常在 5.06.5 ppm。
双键的位置和相邻基团也会影响具体的化学位移值。
例如,乙烯基(CH=CH2)的氢原子通常在5.05.5 ppm。
3. 芳香烃 (Arenes)芳香烃中的氢原子由于芳香环的存在,其化学位移通常在7.08.5 ppm。
苯环上的氢原子根据其取代基的位置和类型,化学位移会有所不同。
例如,苯环上的甲基(CH3)通常在2.2 ppm 左右,而苯环上的氢原子则在7.27.6 ppm。
4. 醇 (Alcohols)醇中的氢原子由于羟基(OH)的存在,其化学位移通常在1.05.0 ppm。
具体位置取决于羟基与相邻基团的影响。
例如,伯醇(CH2OH)的氢原子通常在3.54.5 ppm,而仲醇(CHOH)则在4.04.5 ppm。
5. 醚 (Ethers)醚中的氢原子由于氧原子的影响,其化学位移通常在 3.04.5 ppm。
具体位置取决于醚键与相邻基团的影响。
例如,甲基醚(OCH3)的氢原子通常在3.23.5 ppm,而乙基醚(OCH2CH3)则在3.54.0 ppm。
6. 酮 (Ketones)ppm。
具体位置取决于羰基与相邻基团的影响。
例如,甲基酮(COCH3)的氢原子通常在2.02.2 ppm,而乙基酮(COCH2CH3)则在2.22.5 ppm。
7. 醛 (Aldehydes)醛中的氢原子由于羰基(C=O)的存在,其化学位移通常在9.010.0 ppm。
具体位置取决于羰基与相邻基团的影响。
例如,甲醛(CHO)的氢原子通常在9.510.0 ppm,而乙醛(CH2CHO)则在9.510.0 ppm。
核磁共振氢谱(化学位移)核磁共振氢谱 (PMR或1HNMR)核磁共振技术是20世纪50年代中期开始应用于有机化学领域,并不断发展成为有机物结构分析的最有用的工具之一。
它可以解决有机领域中的以下问题:(1)结构测定或确定,一定条件下可测定构型和构象;(2)化合物的纯度检查;(3)混合物分析,主要信号不重叠时,可测定混合物中各组分的比例;(4)质子交换、单键旋转、环的转化等化学变化速度的测定及动力学研究。
NMR的优点是:能分析物质分子的空间构型;测定时不破坏样品;信息精密准确。
NMR通常与IR并用,与MS、UV及化学分析方法等配合解决有机物的结构问题,还广泛应用于生化、医学、石油、物理化学等方面的分析鉴定及对微观结构的研究。
一、基本概念核磁共振(简称为NMR)是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率(兆赫数量级的射频)的电磁波作用时,在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。
检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。
因此,就本质而言,核磁共振波谱是物质与电磁波相互作用而产生的,属于吸收光谱(波谱)范畴。
根据核磁共振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子结构。
发展1.1946 年斯坦福大学的F. Bloch 和哈佛大学E.M .Purcell领导的两个研究组首次独立观察到核磁共振信号,由于该重要的科学发现,他们两人共同荣获1952 年诺贝尔物理奖。
NMR发展最初阶段的应用局限于物理学领域,主要用于测定原子核的磁矩等物理常数。
2.1950 年前后W .G. Proctor等发现处在不同化学环境的同种原子核有不同的共振频率,即化学位移。
接着又发现因相邻自旋核而引起的多重谱线,即自旋—自旋耦合,这一切开拓了NMR 在化学领域中的应用和发展。
3.20 世纪60 年代,计算机技术的发展使脉冲傅里叶变换核磁共振方法和谱仪得以实现和推广,引起了该领域的革命性进步。
随着NMR 和计算机的理论与技术不断发展并日趋成熟,NMR 无论在广度和深度方面均出现了新的飞跃性进展,具体表现在以下几方面:1)仪器向更高的磁场发展,以获得更高的灵敏度和分辨率,现己有300、400、500、600MHz,甚至1000MHz的超导NMR 谱仪;2)利用各种新的脉冲系列,发展了NMR 的理论和技术,在应用方面作了重要的开拓;3)提出并实现了二维核磁共振谱以及三维和多维核磁谱、多量子跃迁等NMR 测定新技术,在归属复杂分子的谱线方面非常有用。
核磁共振氢谱之化学位移
当外界给予的能量恰为E时,原子核则可吸收该能量,从低能级运动方式跃迁到高能级运动方式,即发生核磁共振。
氢谱在核磁共振内有一个峰值,其出现化学位移是因为连接的官能团的影响,极性官能团与非极性官能团对氢谱的影响是一向左移,一向右移。
在有机化学书上,常见的吸电子基团(吸电子诱导效应用-I表示)NO2>CN>F>Cl>Br>I>C三C>OCH3>OH>C6H5>C=C>H羟基的吸电子效应比苯环稍大。
化学位移值是对某个原子的周围的化学环境的专一性的表示,化学环境不同,化学位移值就不同,通过数值,可以知道其周围的原子或者基团有哪些,推测其结构。
核磁共振氢谱中,甲基的和乙基的基本化学位移值分别为多少,咖啡因属于甲基黄嘌呤的生物碱.它的化学式是C8H10N4O2.分子量,194.19.它的化学名是1,3,7-三甲基黄嘌呤或3,7-二氢-
1,3,7-三甲基-1H-嘌呤。
有机化学基础知识点质子核磁共振光谱与化学位移的解释质子核磁共振(Proton Nuclear Magnetic Resonance,简称1H NMR)光谱是有机化学中常用的一种结构分析方法。
通过测量样品中质子核吸收和辐射特定频率的能量,可以获得有机物分子的结构信息。
在1H NMR光谱中,化学位移是一个重要的参数,用于描述质子核在磁场中的环境。
一、质子核磁共振光谱的原理质子核磁共振光谱是利用核磁共振现象进行分析的方法。
核磁共振现象是指在外加静磁场下,原子核的磁矩在射频电磁波作用下发生共振吸收和辐射的现象。
对于质子核磁共振光谱而言,主要关注的是质子核在磁场中的行为。
在质子核磁共振现象中,质子核具有自旋,并且自旋可以分为两个方向,即向上自旋和向下自旋。
外加静磁场下,向上自旋和向下自旋的能量存在微小差异,这就是质子核的磁性差异。
当样品受到射频电磁波的照射时,如果射频频率与样品中的质子核发生共振吸收,质子核就会从向下自旋跃迁到向上自旋,同时吸收特定频率的能量。
二、化学位移的概念及其解释化学位移是质子核磁共振光谱中的一个重要参数,用于描述质子核在磁场中的环境。
化学位移通常以δ值表示,单位为ppm(parts permillion)。
化学位移的数值与质子核所处的环境相关,不同化学环境的质子核在磁场中的吸收和辐射频率有所差异。
对于有机化合物而言,质子核所处的化学环境可以通过相邻原子、化学键的电性质以及分子的立体构型来揭示。
质子核所处的化学环境越不同,其化学位移数值差异就越大。
因此,化学位移提供了有机化合物中不同质子核的定位信息,有助于推断分子的结构。
三、影响化学位移的因素1. 直接影响化学位移的因素包括化学环境、相邻原子和共价键的电性质等。
例如,醛基(-CHO)和甲基(-CH3)的化学位移通常位于较低场,而酮基(-C=O-R)的化学位移则位于较高场。
2. 磁场强度也会影响化学位移。
在不同磁场强度下,质子核的共振吸收频率发生变化,从而导致化学位移出现差异。