第3章 核磁共振氢谱
核磁共振（nuclear magnetic resonance, NMR）是近十几年来发展起来的新技术，它与元素分析、组外光谱、红外光谱、质谱等方法配合，已成为化合物结构测定的有力工具。目前核磁共振已经深入到化学学科的各个领域，广泛应用越有机化学、生物化学、药物化学、罗和化学、无机化学、高分子化学、环境化学食品化学及与化学相关的各个学科，并对这些学科的发展起着极大的推动作用。
核磁共振测定过程中不破坏样品，仪分样品可测多种数据；不但可以测定纯物质，也可以测定彼此型号不重叠的混合物样品；不但可以测定有机物，现在许多无机物的分子结构也能用核磁共振技术进行测定。
3.1 核磁共振的基本原理
3.1.1 原子核的磁矩
原子核是带正电的粒子，若其进行自旋运动将能产生磁极矩，但并不是所有的原子核都能产生自旋，只有那些中子数和质子数均为奇数，或中子数和质子数之一为奇数的原子核才能产生自旋。如1H、13C、15N、19F、31P……、119Sn等。这些能够自旋的原子核进行自旋运动时能产生磁极矩，原子核的自旋运动与自旋量子数I相关,I=0的原子核没有自旋运动。只有I≠0的原子核有自旋运动。
原子核由中子和质子所组成，因此有相应的质量数和电荷数。很多种同位素的原子核都具有磁矩，这样的原子核可称为磁性核，是核磁共振的研究对象。原子核的磁矩取决于原子核的自旋角动量P，其大小为：
P=√𝐼(𝐼+1)ℎ2𝜋
式中：I为原子核的自旋量子数。h为普朗克常数。
原子核可按I的数值分为以下三类：
（1）中子数、质子数均为偶数，则I=0，如12C、16O、32S等。此类原子核不能用核磁共振法进行测定。
（2）中子数与质子数其一为偶数，另一为奇数，则Ｉ为半整数，如
I=1/2： 1H、13C、15N、19F、31P、37Se等；
I=3/2： 7Li、9Be、11B、33S、35Cl、37Cl等；
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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，和有小峰，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。
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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。从谱图看出有三种质子，其质子比为1：6：9，δ为1－4之间有明显CH3－CH2－的峰形，δ为CH3－CH2－中甲基峰，9个质子三个等价甲基，被邻接－CH2－分裂为三重峰。δ处应为－CH2－，有6个质子三个等价亚甲基，可能连接氧原子，所以在较低场共振，同时被邻接甲基分裂为四重峰。更低场δ处为单峰，含有1个质子，说明无氢核邻接，是与氧相接的一个次甲基峰。连接各部分结构应为(CH3－CH2－O)3CH与标准谱对照相吻合。
一． 概 述
核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR ）NMR是研究原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。核磁共振是指原子核在静磁场作用下，对固定频率电磁波进行吸收而在分裂后的能级之间产生共振跃迁的物理现象。NMR是由磁性核受幅射发生跃迁所形成的吸收光谱。研究最多、应用最广的是1H核的NMR，可用PMR或1H NMR表示。
核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫和哈佛大学珀塞尔各自独立发现，两人因此获得1952年的诺贝尔物理学奖。1951年 Arnold 发现乙醇的NMR信号，及与结构的关系。1953年 Varian公司试制了第一台NMR仪器。
近二十多年发展：
高强超导磁场的NMR仪器，大大提高灵敏度和分辨率；
脉冲傅立叶变换NMR谱仪，使灵敏度小的原子核能被测定；
计算机技术的应用和多脉冲激发方法采用，产生二维谱，对判断化合物的空间结构起重大作用。
二．基本原理
1.原子核的自旋： 原子核是具有一定质量的带正电的粒子——具有自旋现象,自旋时产生核磁矩。
若原子核存在自旋，产生核磁矩：
自旋角动量： 核 磁 矩：
I：自旋量子数；h：普朗克常数；核磁子=eh/2M c；
自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，原子的自旋情况可以用（I）表征：
质量数 原子序数 自旋量子数I
偶数 偶数 0
偶数 奇数 1,2,3....
奇数 奇数或偶数 1/2;3/2;5/2....
讨论：
1. I=0的原子核O(16)；C（12）；S（22）等 ，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收；
2. I=1 或 I >0的原子核
I=1 ：2H，14N
I=3/2：11B，35Cl，79Br，81Br
顺磁化合物核磁共振氢谱
1. 引言
1.1 背景介绍
顺磁化合物核磁共振氢谱是一种常用的研究方法，被广泛应用于化学、生物和医学等领域。顺磁性是指物质中存在未成对电子的性质，这些未成对电子会对周围的原子核磁共振信号产生影响。顺磁化合物的核磁共振氢谱可以提供关于未成对电子数量、分布和环境的信息。在化学领域，顺磁化合物核磁共振氢谱常用于确定有机化合物的结构，研究分子内的键合、取代基和构象。在生物领域，顺磁化合物核磁共振氢谱可以用于分析生物分子的结构和相互作用，从而揭示生物体系的功能机制。在医学领域，顺磁化合物核磁共振氢谱被广泛应用于疾病诊断和药物研发。顺磁化合物核磁共振氢谱在科学研究和应用中扮演着重要的角色，为我们提供了深入了解物质结构和性质的重要信息。
1.2 研究意义
顺磁化合物核磁共振氢谱在化学领域具有重要的研究意义。通过对顺磁化合物的核磁共振氢谱进行研究，可以揭示这类化合物的分子结构、化学环境以及相互作用等重要信息。这些信息对于理解顺磁化合物的物理性质、化学性质以及在生物医药领域的应用具有重要意义。 顺磁化合物核磁共振氢谱的研究还可以帮助科研人员更好地了解顺磁化合物在生物体内的作用和相互作用机制。通过对顺磁化合物的核磁共振氢谱进行分析，可以为药物设计和疾病治疗提供重要参考。对顺磁化合物核磁共振氢谱的研究具有重要的现实意义和深远影响，对推动相关领域的发展和进步具有积极作用。
2. 正文
2.1 常见顺磁化合物
常见顺磁化合物包括铁离子、铬离子、锰离子等。这些离子在核磁共振氢谱中表现出特定的信号特征，可以通过谱图解析进行识别和分析。铁离子在氢谱中通常表现为多重峰，由于其参数的不同，造成了多重磁性子体系的形成。铬离子的谱图比较简单，通常表现为单一峰。锰离子在氢谱中也会表现为多重峰，但是其参数较为复杂，需要结合其他谱图参数进行分析。
这些顺磁化合物在核磁共振实验中扮演着重要角色，通过对其谱图的解析和分析，可以了解物质的结构和性质。在实际应用中，常见顺磁化合物的核磁共振氢谱数据被广泛应用于医药、化学、生物等领域的研究中，为科学研究和工程应用提供了重要的参考依据。
