大学有机化合物波谱解析课件3核磁共振(NMR)

正确结构： H3CO
O CH
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练习：
C7H16O3，推断其结构
δ 3.38
δ 5.30 6 1
9 δ 1.37
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解：
C7H16O3， U=（2＋2×7－16）/2=0
a. δ3.38和δ 1.37 四重峰和三重峰 —CH2CH3相互偶合峰
b. δ 3.38含有—O—CH2结构 结构中有三个氧原子，可能具有(—O—CH2)3
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甲基氢、亚甲基氢与次甲基氢δ值计算
c
O
CH3
CH3－ CH2 －C －O －CH －CH2 －CH3
be
f da
CH3：
δa =0.87+0=0.87
(0.90)
δb =0.87+0.18（β-COR）=1.05 (1.16)
δc =0.87+0.38（β-OCOR）=1.25 (1.21)
n+1规律只适用于I=1/2，且△ν/J >10 的初级谱。 对于其它I≠1/2，该规律可改为2nI+1。
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n+1规律示例
2-溴丙烷的NMR谱
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偶合常数－偶合类型
偕偶（genminal coupling）：
同碳偶合，常用2J表示。烷烃2J大，但在谱 图上常见不到峰分裂。烯烃2J小，但能见 到分裂。
多少碳原子；它们各属于哪些基团；伯、 仲、叔、季碳原子各有多少等。
弛豫时间T1较长，能准确测定，推测结构 可以直接观测不带氢的各碳官能团的信息，
如羰基、氰基等。 灵敏度低，信号需累加，速度慢。 峰面积与碳数不成正比。

1）峰的化学位移值（δ值）--各类型H所处的化学环 境； 2） 峰的裂分数目或偶合常数--相邻H核的数目； 3）峰的面积--H的相对数目。
例1.分子式为C3H6O的某化合物的核磁共振谱如下，试确定其结构。
O CH3CCH3
计算 不饱和度；谱图上只有一个单峰，说明分子中所有氢核 的化学环境完全相同。结合分子式可断定该化合物
等位氢种类
1
2
CH3CH2OH
3
CH3
H
CC
Cl
H
3
有几组峰，则表示样品中有几种不同类型的质子。 每一组峰的强度(面积)，与质子的数目成正比。 各个阶梯的（积分）高度比表示不同化学位移的质子数之比。
一个化合物究竟有几组吸收峰，取决于分 子中H核的类型，有几种不同类型的H核，就有 几组吸收峰。
CH3 CH2 O H ab c
1）峰的裂分数目符合n+1规律 2）各峰强度比符合二项式（a+b）n展开系 数之比
➢偶合常数 J
自旋-自旋偶合裂分后，两峰之间的距离，即两峰的
频率差：
2.偶V的合a-强常V弱数b (。。J)单位:HZ 。J的大小反映核自旋相互干扰
Jab
Jab
偶合常数与化学键性质有关，与外加磁场强度、使用仪器 的频率无关。数值依 赖于偶合氢原子的结构关系。
注 意：
❖ 非邻位碳上的氢，不发生自旋裂分，J值趋于零。
O
CH3CH2CCH3 ab c
Ha与Hc, Hb与Hc 均不发生偶合
❖ 等位H核之间不发生自旋裂分。如CH3CH3； BrCH2CH2Br只有一个单峰。
四. 1H-NMR 的谱图解析
参数：
化学位移 裂分数目或偶合常数 峰的积分面积/高度

两个相邻能级的能级差为E= ħ B0 所以E正比于BO
E
m=-½ ()
0
E
E2
m=+½ ()
B1
B2
B0
核磁共振NMR波谱学原理和其应用
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2.17 能级的布居数(population)
在宏观的样品中，在热平衡时，在不同的能级中， 磁性核是如何分布的呢？这可用Boltzmann来回答
N = e-2
6
8
16
奇
奇
H F P N I=½ 1
19
1
9
31
15
15
7
偶
奇
半整数
C 13 6
I=½
B 11 5
I=³/²
奇
偶 整数
H2
1
N 14
7
I=1
核磁共振NMR波谱学原理和其应用
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► 核自旋为零的核，其I=0，因此不能用NMR来检测。
核磁共振NMR波谱学原理和其应用
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2.1.3 核自旋的多重度
核磁共振NMR波谱学原理和其应用
4
1.2 仪器的基本构造
Data processing
rf console
Transmitter Receiver
核磁共振NMR波谱学原理和其应用
Magnet Sample tube Probe
5
B0 FT
rf pulse
FID
Sample tube inside coil
2.1.2 核自旋
► 质子是一种转动着的带电荷的粒子(Z=1)，故有磁 矩。
► 磁矩只有两种可能的取向，在无外磁场时，这两种 取向的能量是简并的，习惯上采用核自旋量子数m 来表征。如对一个质子， m=+½ 或-½ 。把这种核 描述为1/2的核自旋(I)。

5.5.3 5.5.4
13C-NMR谱图参数 13C-NMR谱图解析
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5.5 核磁共振13C谱 5.5.1
13C-NMR谱的特点
1 信号弱，灵敏度低 同位素丰度：1.1% (13C) ; 99.9% (1H) (13C) 1/4 (1H)
灵敏度：丰度 3
13C-NMR为1H
-NMR的1/6000
o-NO2:1.0; m-NO2: 0.3 o-NH2: 0.8; m-NH2: 0.15 HA = 7.27-0.8+0.3 = 6.77 HB = 7.27+1.0-0.15 = 8.12
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3 常见官能团的氢谱 b.邻位二取代
* *
相同取代基时，谱图左右对称 不同取代基时，谱图复杂
c.间位二取代
5.4.2 氢谱谱图解析 解析步骤：
1.区分溶剂峰，杂质峰和旋转边带峰 2.计算不饱和度 3.根据峰面积积分曲线计算各组峰所对应的氢原子数 4.指认单重谱峰 CH3O-, CH3CO-, CH3C 5.确认芳香族化合物峰
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, RO-CH2-CN等
5.4.2 氢谱谱图解析 解析步骤：
6.对简单多重峰进行解析，找出相互耦合的基团
=9.7
H O R
=10.0
H O
=8.0
H O RO
=7.8
H O R2 N
8

烯烃与羰基化合物

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5.4.1 化学位移与分子结构的关系 1-3 炔烃的磁各向异性
•叁键C上的氢受屏蔽作用
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5.4.1 化学位移与分子结构的关系
3 常见官能团的氢谱 (1) 烷基：02 ppm (烷烃) A) CH3 0.9 ppm (饱和)