核磁共振氢谱-04

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：

82 Univ. Chem. 2019, 34 (1), 82−88

 收稿：2018-06-08；录用：2018-06-29；网络发表：2018-07-11 *通讯作者，Email: baiyinjuan@ 基金资助：陕西省精品资源共享课程；西北大学本科教育质量提升计划项目(JX17111) •师生笔谈• doi: 10.3866/PKU.DXHX201806008

活泼氢的核磁共振氢谱

杨婕，张世平，孙伟，白银娟*

西北大学化学与材料科学学院，合成与天然功能分子化学教育部重点实验室，西安 710127

摘要：核磁共振氢谱是有机化合物结构表征中最常使用的波谱方法之一，提供了有机化合物质子的化学位移、积分

面积和耦合裂分等信息。常见的活泼氢是与氧、氮和硫共价相连的氢原子，存在着快速交换机制，与碳上的氢有显

著的差异。在不同条件下活泼氢化学位移不固定、峰形多变并且耦合裂分情况复杂。本文探讨了如何通过核磁共振

氢谱解析活泼氢，培养学生对谱图进行观察、分析以及结构推导的能力。

关键词：核磁共振氢谱；活泼氢；

中图分类号：G64；O656

Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy of Active

Hydrogen

YANG Jie, ZHANG Shiping, SUN Wei, BAI Yinjuan *

Key Laboratory of Synthetic and Natural Functional Molecule Chemistry of Ministry of Education, College of Chemistry and Materials Science, Northwest University, Xi’an 710127, P. R. China. Abstract: Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy is one of the most commonly used spectral methods for the characterization of organic compounds. It provides proton information on chemical shifts, integral areas, and coupling splits of organic compounds. The common active hydrogen is a hydrogen atom covalently linked to oxygen, nitrogen, or sulfur. There is rapid active proton exchange which makes significant difference from other carbon-linked hydrogen. Under different conditions, the chemical shift of active hydrogen is not fixed, the peak shape is variable and the coupling split is complicated. In order to cultivate students' practical ability on observing, analyzing and structure characterizing, active hydrogen identification by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy was discussed in the article. Key Words: Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy; Active hydrogen

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。

发展历史

1．1946 年美国斯坦福大学的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：

4.3.3 解析谱图的步骤

i.由分子式求不饱合度

ii.由积分曲线求1H

核的相对数目

iii.解析各基团

首先解析：

再解析：H3CO,H3CNAr,H3CCO,H3CC,H3C

( 低场信号)

最后解析：芳烃质子和其它质子

•活泼氢D2O交换，解析消失的信号

•由化学位移，偶合常数和峰数目用一级谱解析

•参考IR，UV，MS和其它数据推断解构

•得出结论，验证解构COOH,CHO核磁共振氢谱解析及应用

1HNMR谱解析实例某化合物的分子式为C3H7Cl，其NMR谱图如下图所示：试推断该化合物的结构。

3

2

2解：由分子式可知，该化合物是一个饱和化合物；由谱图可知：(1)有三组吸收峰，说明有三种不同类型的H 核；(2)该化合物有七个氢，有积分曲线的阶高可知a、b、c各组吸收峰的质子数分别为3、2、2；(3) 由化学位移值可知：Ha 的共振信号在高场区，其屏蔽效应最大，该氢核离Cl原子最远；而Hc的屏蔽效应最小，该氢核离Cl原子最近。

结论：该化合物的结构应为：

CH3CH2CH2Clabc

一个化合物的分子式为C10H12O2, 其NMR谱图如下图所示，试推断该化合物的结构。解：1）已知其分子式为C10H12O2。

2）计算不饱和度：Ω＝5。

可能有苯环存在，从图谱上也可以看到δ7.25

处有芳氢信号。此外，还应有一个双键或环。

3）根据积分曲线算出各峰的相对质子数。

积分曲线总高度＝26＋9＋9＋15＝59（格）

据分子式有12个氢，故每个氢平均约5（格）。按

每组峰积分曲线高度分配如下：

a=26/5≈5个质子，

b≈2个质子，

c≈2个质子，

d≈3个质子

4）从3）中可知，各峰知子数之和正好与分子式中氢

原子数目符合，所以分子无对称性。

5）解析特征性较强的峰：

①a 峰为单峰，是苯环单取代信号，可能是苯环与

烷基碳相连。因为：ⅰ.化学位移在芳氢范围之内，

δ7.2～7.5 ；ⅱ.不饱和度为5，说明有芳环存在

的可能性；ⅲ.有5个质子；ⅳ单峰说明与苯环相连的