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
δc 5.33 双峰 1H
δd 7.35 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=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。
核磁共振波谱法
核磁共振（NMR）波谱是一种基于特定原子核在外磁场中吸收了与其裂分能级
间能量差相对应的射频场能量而产生共振现象的分析方法。核磁共振波谱通过化学
位移值、谱峰多重性、偶合常数值、谱峰相对强度和在各种二维谱及多维谱中呈现
的相关峰，提供分子中原子的连接方式、空间的相对取向等定性的结构信息。核磁
共振定量分析以结构分析为基础，在进行定量分析之前，首先对化合物的分子结构
进行鉴定，再利用分子特定基团的质子数与相应谱峰的峰面积之间的关系进行定量
测定。
带正电荷的原子核在作自旋运动时，可产生磁场和角动量，其磁性用核磁矩µ表
示，角动量P的大小与自旋量子数I有关（核的质量数为奇数，I为半整数；核的质量
数为偶数，I为整数或0），其空间取向是量子化的；µ也是一个矢量，方向与P的方
向重合，空间取向也是量子化的，取决于磁量子数m的取值（m=I, I-1,……-I，共有
2I+1个数值）。对于1H、13C 等 I =1/2 的核，只有两种取向，对应于两个不同的能
量状态，粒子通过吸收或发射相应的能量在两个能级间跃迁。
当自旋量子数I≠0的磁核处于一个均匀的外磁场H0中时，磁核因受到磁场的作用
力而围绕着外磁场方向作旋转运动，同时仍然保持本身的自旋。这种运动方式称为
拉摩进动。原子核的进动频率由下式决定：
其中 γ 为旋磁比，是原子核的基本属性之一。不同原子核的 γ 值不同，其值越大，
核的磁性越强，在核磁共振中越容易被检测。如果提供一个射频场，其 ν 满足：
其中 h 为普朗克常数，则：
即射频场的频率正好等于在磁场H0中的核进动频率，那么核就能吸收这一射频场的
能量，导致在两个能级间跃迁，产生核磁共振现象。
核磁共振波谱是一专属性较好但灵敏度较低的分析技术。低灵敏度的主要原因
是基态和激发态的能量差非常小，通常每十万个粒子中两个能级间只差几个粒子（当
1
外磁场强度约为 2 T 时）。
核磁共振波谱仪
(完整版)第三章 核磁共振波谱法
1 第三章 核磁共振波谱法
核磁共振（NMR）现象的发现
1945 年，Stanford 大学F。 Bloch （波塞尔）领导的研究小组和Harvard 大学E. M. Purcell
（布洛赫)领导的研究小组几乎同时发现了核磁共振 （Nuclear Magnetic Resonance， NMR）现象，他们分别观测到水、石蜡中质子的核磁共振信号。
对NMR 作出贡献的12位Nobel得主
他们二人因此获得1952 年诺贝尔物理学奖.
Richard R。 Ernst
唯一一位因为在核磁共振方面的突出贡献获而得Nobel化学奖的科学家。
应用领域广泛
今天,核磁共振已成为鉴定有机化合物结构及研究化学动力学等的极为重要的方法。在有机化学、生物化学、药物化学、物理化学、无机化学及多种工业部门中得到广泛的应用.另外,核磁共振成像技术已经普遍应用于临床。
【基本要求】
理解核磁共振谱的基本原理，基本概念和常用术语
掌握核磁共振谱与有机化合物分子结构之间的关系
掌握运用核磁共振谱解析分子结构的方法
【重点难点】
核磁共振谱与有机化合物分子结构之间的关系
核磁共振谱解析分子结构的方法
§1 核磁共振的基本原理
1。1 原子核的自旋和自旋磁矩
量子力学和实验都证明原子核的自旋运动与自旋量子数I 有关，而自旋量子数I 取决于原(完整版)第三章 核磁共振波谱法
2 子的质量数(A）和原子序数(Z）：
原子核是由中子与质子组成。质子与中子数为偶数的核,其自旋量子数I=0,没有自旋运动,例如12C、18O、32S等核。质子数与中子数其中之一为奇数I≠0,具有自旋现象,例如1H、13C、19F、31P、14N、35Cl等核.(质子数=核电荷数=原子序数）
自旋量子数I ≠ 0 的原子核都有自旋运动，并且核带有一定的正电荷.这些电荷也围绕着自旋轴旋转，从而产生循环电流，循环电流就会产生磁场.因此凡是I ≠ 0的原子核都会产生磁矩。其自旋磁矩 μ = γ P.μ是一个矢量，其方向与自旋轴重合；γ为磁旋比，代表磁核的性质，是核的特征常数。如,1H核的γ值为26。7519×107 T—1s—1(每秒特斯拉，磁感应强度B的单位为特斯拉（T））；13C核的γ值为6。7283×107 T-1s-1。P为自旋角动量为：
1 核磁共振波谱法
一、概述
早在1924年Pauli就预见某些原子核具有自旋和磁矩的性质，它们在磁场中可
以发生能级的分裂。1946年美国科学家布洛赫(Bloch，斯坦福大学)和珀塞尔（Purcell，
哈佛大学）分别发现在射频区（频率0.1～100MHz,波长1～1000m）的电磁波能与暴
露在强磁场中的磁性原子核(或称磁性核或自旋核)相互作用,引起磁性原子核在外磁
场中发生核自旋能级的共振跃迁,从而产生吸收信号,他们把这种原子对射频辐射的吸
收称为核磁共振(nuclear magnetic resonance spectroscopy,NMR)，他们也因此分享了
1952年的诺贝尔物理奖。所产生的波谱，叫核磁共振（波）谱。通过研究核磁共振波
谱获得相关信息的方法，称为核磁共振波谱法。
NMR和红外光谱、紫外—可见光谱相同之处是微观粒子吸收电磁波后发生能级
上的跃迁，但引起核磁共振的电磁波能量很低,不会引起振动或转动能级跃迁,更不会
引起电子能级跃迁。.
1949年，Kight第一次发现了化学环境对核磁共振信号的影响，并发现了信号与
化合物结构有一定的关系。而1951年Arnold等人也发现了乙醇分子由三组峰组成，
共振吸收频率随不同基团而异，揭开了核磁共振与化学结构的关系。
1953年出现了世界上第一台商品化的核磁共振波谱仪。1956年，曾在Block实
验室工作的Varian制造出第一台高分辩率的仪器，从此，核磁共振波谱法成了化学
家研究化合物的有力工具，并逐步扩大其应用领域。 七十年代以后，由于科学技术
的发展，科学仪器的精密化、自动化，核磁共振波谱法得到迅速发展，在许多领域中
已得到广泛应用，特别在有机化学、生物化学领域中的研究和应用发挥着巨大的作用。
八十年代以来，又不断出现新仪器，如高强磁场的超导核磁共振波谱仪，脉冲傅里叶
变换核磁共振波谱仪，大大提高灵敏度和分辨率，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的采用，产生二维谱，对判断化合物的空间结构起
