《分析化学》第十四章-核磁共振波谱法Word版
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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。
《分析化学》第十四章核磁共振波谱法
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-CH3
δ2、0 单峰3H-CO-CH3
δ4、0 四重峰2H-O-CH2-CH3
δ6、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=0
δ1、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=4
δ1、22 二重峰3H -CH-CH3
δ2、83 七重峰1H -CH-(CH3)2
δ7、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=5
δa 2、42 单峰3H -CO-CH3 δb 4、88 双峰1H。
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。
(5)δc=6.71一个质子单峰,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δ1.3(三重峰),δ3.45(单峰),δ4.25(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=3Hb峰相当的氢数=10/(15+10+10)×7=2Hc峰相当的氢数=10/(15+10+10)×7=2Hδ分裂峰质子数可能基团相邻基团1.3 三重峰 3 CH3CH23.45 单峰 2 CH2CO4.25 四重峰 2 CH2O、CH3δ4.25说明该基团与氧相连,使δ值移至低场;δ3.45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δ1.30(二重峰),δ3.01(单峰),δ3.82(单峰),δ4.45(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+3.3+3.3)×12=3.3≈3Hb峰相当的氢数=(20/10+20+3.3+3.3)×12=6.6≈6Hc峰相当的氢数=(3.3/10+20+3.3+3.3)×12=1.1≈1Hd峰相当的氢数=(3.3/10+20+3.3+3.3)×12=1.1≈1H(3)结构推测:δ分裂峰质子数可能基团相邻基团1.30 二重峰 3 CH3CH3.01 单峰 6 (CH3)2N3.82 单峰 1 OH4.45 四重峰 1 CH O可能结构式为:CH3CH(OH)CON(CH3)26.一个分子式为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+7.5)×16=6Hb峰相当的氢数=(5/9+5+3+7.5)×16=3Hc峰相当的氢数=(3/9+5+3+7.5)×16=2Hd峰相当的氢数=(7.5/9+5+3+7.5)×16=5H(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1.1 单峰 6 (CH3)2 C1.95 单峰 3 CH3CO3.1 单峰 2 CH2O7.1 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=2Hb峰相当的氢数=(5/5+5+13+3)×10=2Hc峰相当的氢数=(13/5+5+13+3)×10=5Hd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2.9 三重峰 2 CH2C6H5-4.1 三重峰 2 CH2O7.1 单峰 5 C6H5-8.0 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=(0.51/0.51+0.51+1.3+0.25)×10=2Hb峰相当的氢数=(0.51/0.51+0.51+1.3+0.25)×10=2Hc峰相当的氢数=(1.3/0.51+0.51+1.3+0.25)×10=5Hd峰相当的氢数=(0.25/0.51+0.51+1.3+0.25)×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2.9 三重峰 2 CH2CO4.2 三重峰 2 CH2O7.1 多重峰 5 C6H5-11.3 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73.5%,H为6%,N为9.5%,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:147×73.5%/12=9含H数:147×6%/1=9含N数:147×9.5%/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=2Hb峰相当的氢数=(11/7+11+6+6)×9=3Hc峰相当的氢数=(6/7+11+6+6)×9=2Hd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3.5 单峰 2 CH2C6H5-3.7 单峰 3 CH2Oδ6.9和δ7.2 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1.2 三重峰 3 CH3CH22.2 单峰 3 CH3CO3.6 单峰 2 CH2-CO-CH2-CO-4.2 四重峰 2 CH2CH3-O-(注:可编辑下载,若有不当之处,请指正,谢谢!)。