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；
核磁共振氢谱总结(总12页)
-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页- 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。
核磁共振的基本原理
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：
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；
2.2核磁共振氢谱的解析
1、自旋偶合系统及分类
（1）自旋－自旋偶合机理
自旋核与自旋核之间的相互作用称自旋－自旋偶合（spin-spin
coupling），简称自旋偶合。下图是1,1，2－三氯乙烷的1HNMR谱。
双峰和三峰的出现是由于相邻的氢核在外加磁场B0中产生不同的局部磁场且相互影响造成的。CHCl2中有两种取向，与B0同向和与B0反向，粗略认为二者几率相等。同向取向使CH2Cl的氢感受到外磁场强度稍稍增强，其共振吸收稍向低场（高频）位移，反向取向使CH2Cl的氢感受到的外磁场强度稍稍降低，其共振吸收稍向高场（低频）端位移，故CH使CH2裂分为双峰。
这种自旋－自旋偶合机理，认为是空间磁性传递的，即偶极－偶极相互作用。
对自旋－自旋偶合的另一种解释，认为是接触机理。即自旋核之间的相互偶合是通过核之间成键电子对传递的。
根据Pauling原理（成键电子类的自旋方向相反）和Hund规则（同一原子对成键电子应自旋平行）及对应的电子自旋取向与核的自旋取向相同时，势能稍有降低，以Ha－C－C－Hb为例分析。无偶合时Hb有一种跃迁方式，所吸收的能量为，在Ha的偶合作用下，Hb有两种跃迁方式，对应的能量分别为E1，E2。
在Hb的偶合作用下，Ha也被裂分为双峰，分别出现在处，峰间距等于Jab，J为偶合常数。
所以自旋－自旋偶合是相互的，偶合的结果产生谱线增多，即自旋裂分。
偶合常数（J）是推导结构的又一重要参数。在1HNMR谱中，化学位移（δ）提供不同化学环境的氢。积分高度（h）代表峰面积，其简化为各组数目之比。裂分峰的数目和J值可判断相互偶合的氢核数目及基团的连接方式。
（2）n+1规律
某组环境完全相等的n个核(I=1/2)，在B0中共有(n+1)种取向，使与其发生偶合的核裂分为(n+1)条峰。这就是(n+1)规律，概括如下：
某组环境相同的氢若与n个环境相同的氢发生偶合，则被裂分为（n＋1）条峰。
核磁共振氢谱练习题
1. 分子式为C2H6O的两种有机化合物的1H核磁共振谱，你能分辨出哪一幅是乙醇的核磁共振氢谱图吗?
2. 下图是某有机物的核磁共振谱图，则该有机物可能是 ( )
A. CH3CH2OH
B. CH3CH2CH2OH
C. CH3—O—CH3
D. CH3CHO
3.下列有机物在核磁共振谱图上只给出一组峰的是( )
A、HCHO B、CH3OH
C、HCOOH D、CH3COOCH3
4.下列有机物中有几种H原子以及个数之比？
CH3-CH-CH3
CH3
CH3
CH3-C-CH3
CH3
CH3-CH2-OH
CH3-CH2-CH-CH3
CH3
5.下列各物质中各有几种不同环境的氢（ ）
6.分子式为C3H6O2的二元混合物，分离后,在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为1︰1；第二种情况峰给出的强度为3︰2︰1。由此推断混合物的组成可能是（写结构简式）。
3∶3 _____________
3∶2∶1 _______________ ________________
__________________
1：2:2:1 _________________
7.某仅碳、氢、氧三种元素组成的有机化合物，经测定其相对分子质量为46。取该有机化合物样品4.6g ，在纯氧中完全燃烧，将产物先后通过浓硫酸和碱石灰，两者分别增重8.8g和5.4g。
（1）试求该有机化合物的分子式。
（2）若该有机化合物的核磁共振谱图只有一种峰，请写出该有机化合物的结构简式。
8.一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳碳双键和C＝O的存在，核磁共振氢谱列如下图：
①写出该有机物的分子式
②写出该有机物的可能的结构简式：
9.下列化合物中，核磁共振氢谱只出现两组峰且峰面积之比为3∶2的是(双选)(
