核磁共振1H谱图解析与结构确定 ppt课件

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光谱学-核磁共振课件(共86张PPT)

第二页，共八十六页。
从核磁共振氢谱、核磁共振碳谱到核磁共振二维谱，从永久磁铁仪器、电磁铁仪器到超导磁体仪器，从连续波仪器到脉冲付里叶变换仪器，从低磁场仪器（40兆赫、60兆赫、80兆赫、90兆赫、100兆赫）到高磁场仪器（200兆赫、300兆赫、400兆赫、500 兆赫、800兆赫、900兆赫），核磁共振技术正以迅猛发展之势日新月异。核磁共振在有机化学、植物化学、药物化学、生物化学 (shēnɡ wù huà xué)和化学工业、石油工业、橡胶工业、食品工业、医药工业等方面应用越来越广泛。
核磁共振（NMR） (hé cí ɡònɡ zhèn)
Nuclear magnetic resonance(NMR)
第一页，共八十六页。
一. 简介 1. 发展概况
核磁共振（NMR）是根据有磁矩的原子核
（如1H、13C、19F、31P等），在磁场的作用下，能够
(nénggòu)产生能级间的跃迁的原理，而采用的一种新技术。这种新技术自1946年发现，中经50年代末高分辨核磁共振仪问世以来，现已有很大发展。
第十页，共八十六页。
核磁矩在外磁场方向(fāngxiàng)上的分量μz亦量子化：
z
Pz
mh 2
第十一页，共八十六页。
3、核的进动(jìn dònɡ)
将自旋核放在外磁场H0中时，自旋核的行为就像一个在重力场中做旋转(xuánzhuǎn)的陀螺，即一方面自旋，一方面由于磁场作用而围绕磁场方向旋转(xuánzhuǎn)，这种运动方式称为进动，又称为Larmor进动。其进动频率称为Larmor频率υ0， υ0∞H0
低场
向左
向右磁场强度
（增大(zēnɡ dà)）
（减小）

核磁共振波谱分析ppt课件

DE＝hν ——②
则：处于低能级态的1H就会吸收电磁波的能量，跃迁到高能级态，发生核磁共振。
11
核磁共振波谱分析
1.2.4 核磁共振的条件
发生核磁共振时，必须满足下式：
n=
g 2p
Ho
3
③式称为核磁共振基本关系式。
❖ 可见，固定H0，改变ν射或固定ν射，改变H0都可满足③ 式，发生核磁共振。
但为了便于操作，通常采用后一种方法。
• 乙酸乙酯的核磁共振氢谱
1H NMR ( 300 MHz, CDCl3 ),δ( ppm) 1.867 ( t, J= 7.2 Hz, 3H ), 2.626 ( s, 3H ), 4.716 ( q, J= 7.2 Hz, 2H )
• s—单峰；d—双峰（二重峰）；t—三峰（三重峰）；q—四峰（四重峰）；m—多峰（多重峰）
C6H5CH2CH3 C6H5
CH3
CH2
17
17
核磁共振波谱分析
核磁共振氢谱信号结构信息
信号的位置（化学位移）
信号的数目
信号的强度（积分面积）
信号的裂分（自旋偶合）
质子的化学环境化学等价质子的组数引起该信号的氢原子数目
邻近质子的数目，J（偶
合常数）单位：Hz
18
核磁共振波谱分析
（2）核磁共振数据
19
核磁共振波谱分析
§3 化学位移 (Chemical shift)
化学环境不同的1H 核在不同位置（ν）产生共振吸收
化学环境不同的1H 核在外磁场中以不同的Larmor频率进动；1H 核在分子中所处的化学环境不同导致Larmor频率位移
20
核磁共振波谱分析

《核磁共振波谱法》PPT课件

采样间隔
扫描次数
选择适当的采样间隔，以确保谱图的准确性和分辨率。
增加扫描次数可以提高谱图的信噪比，但也会增加实验时间。因此，需要权衡信噪比和实验时间，选择适当的扫描次数。
定性分析与定量分析
定性分析
通过比较已知样品和未知样品的NMR谱图，确定未知样品的组成和结构。
定量分析
通过测量样品中不同组分的峰面积或峰高，计算各组分的含量。需要建立标准曲线或使用内标法进行定量分析。
样品稳定性
确保样品在NMR实验过程中保持稳定，避免由于化学变化导致谱图失真。
样品溶剂
选择适当的溶剂，以保证样品的溶解和稳定性，同时避免对
NMR谱图产生干扰。
实验参数的选择与优化
磁场强度
脉冲宽度
根据实验需求选择适当的磁场强度，以提高检测灵敏度和分辨率。
选择合适的脉冲宽度，以获得最佳的信号强度和分辨率。
《核磁共振波谱法》ppt课件
汇报人：可编辑 2024-01-11
目录
• 核磁共振波谱法概述 • 核磁共振波谱法的基本原理 • 核磁共振波谱仪 • 核磁共振波谱法的实验技术 • 核磁共振波谱法的应用实例
01
核磁共振波谱法概述
定义与原理
定义
核磁共振波谱法是一种利用核磁共振现象进行物质结构和动力学研究的分析方法。
化学位移是由于不同化学环境中的原子核受到不同程度的磁场扰动，导致其能级分裂的差异。
通过测量化学位移，可以推断出原子核所处的化学环境，进而确定分子的结构。
耦合与裂分
当两个或多个相邻的原子核相互作用时，它们之间的能级会发生耦合，导致谱线裂分。
通过分析裂分的谱线，可以进一步解析分子内部的相互作用和结构信息。

《核磁共振氢谱》PPT课件

3. 影响化学位移的因素：
= d + p + a + s H核外只有s电子，故d 起主要作用， a 和s对也有一定的作用。
影响化学位移的因素---诱导效应
核外电子云的抗磁性屏蔽是影响质子化学位移的主要因素。
核外电子云密度与邻近原子或基团的电负性大小密切相关，电负性强的原子或基团吸电子诱导效应大，使得靠近它们的质子周围电子云密度减小，质子所受到的抗磁性屏蔽（ d）
范德华效应
当两个原子相互靠近时，由于受到范德华力作用，电子云相互排斥，导致原子核周围的电子云密度降低，屏蔽减小，谱线向低场方向移动，这种效应称为范德华效应。
这种效应与相互影响的两个原子之间的距离密切相关，当两个原子相隔 0.17nm（即范德华半径之和）时，该作用对化学位移的影响约为 0.5，距离为 0 . 2 0 nm 时影响约为 0 . 2 ，当原子间的距离大于 0.25nm 时可不再考虑。
共轭效应
在共轭效应中，推电子基使H减小，拉电子基使H增
大。
(+1.43)
H
O CH 3 H
H
(+1.29)
H
(-1.10)
H
H
(-0.59)
H
O
H
(0.00)
H
(-0.21)
H
(-0.81)
相连碳原子的杂化态影响
碳碳单键是碳原子 sp杂化轨道重叠而成的，而碳碳双键和三键分别是 sp2和 sp杂化轨道形成的。s电子是球形对称的，离碳原子近，而离氢原子较远。所以杂化轨道中 s成分越多，成键电子越靠近碳核，而离质子较远，对质子的屏蔽作用较小。
芳烃的各向异 8.9；环内H 在受到高度的屏蔽作用，故 : -1.8

核磁共振氢谱PPT课件

•
m=I, I-1, I-2, ……-I
• 每种取向各对应一定能量状态
• I=1/2的氢核只有两种取向
• I=1的核在B0中有三种取向
.
10
z
z
z
m =+1
m =
B0
m = +1/2
m =
m =
m =
m = 1/2
m = 1
m = 1 m = 2
I = 1/2
I=1
I=2
I=1/2的氢核与外磁场平行，能量较低，m=+1/2, E 1/2= －B0
与外磁场方向相反, 能量较高, m= -1/2, .
E -1/2=1B1 0
• 核磁矩与外磁场相互作用而产生的核磁场作用能 E, 即各能级的能量为 E=－ZB0
E 1/2= －B0 E-1/2= B0
.
12
I=1/2的核自旋能级裂分与B0的关系
• 由式 E = －ZB0及图可知1H核在磁场中,由低能级E1向高能级E2跃迁,所需能量为 △E=E2－E1= B0 －(－B0) = 2 B0
代入上式得: h I(I1) 2
当I=0时,P=0,原子核没有自旋现象,只有I﹥0,原子核才有自旋角动量和自旋现象
.
9
二、核自旋能级和核磁共振
(一)核自旋能级
• 把自旋核放在场强为B0的磁场中,由于磁矩与磁场相互作用,核磁矩相对外加磁场有不同的取向,共有2I+1个,各取向可用磁量子数m表示
.
6
• 自旋角动量
– 一些原子核有自旋现象，因而具有自旋角动量。由于核是带电粒子，故在自旋同时将产生磁矩。核磁矩与角动量都是矢量，磁矩的方向可用右手定则确定。

[课件]核磁共振分析PPT

当I=0时,P=0,原子核没有自旋现象,只有I﹥0,原子核才有自旋角动量和自旋现象
实践证明,核自旋与核的质量数,质子数和中子数有关
质量数为原子序数自旋量子数无自旋偶数为偶数为0 质量数为原子序数自旋量子数有自旋偶数为奇数为1,2,3
自旋量子数原子序数质量数为为有自旋为奇或偶 1/2,3/2, 奇数数 5/2
二、核自旋能级和核磁共振
(一)核自旋能级把自旋核放在场强为B0的磁场中,由于磁矩与磁场相互作用,核磁矩相对外加磁场有不同的取向,共有2I+1 个,各取向可用磁量子数m表示 m=I, I-1, I-2, ……-I 每种取向各对应一定能量状态 I=1/2的氢核只有两种取向 I=1的核在B0中有三种取向
B0外加磁场
无磁场 m= -1/2 E2= B0 △E=2 B0 m= +1/2 E1= －B0
(二)核磁共振的产生
如果以一定频率的电磁波照射处于磁场B0中的核，且射频频率恰好满足下列关系时： h =ΔE ΔE=2 B0 20 （核磁共振条件式） h 自旋核的跃迁能量

（1）对自旋量子数I=1/2的同一核来说,，因磁矩为一定值，—为常数，所以发生共振时，照射频率的大小取决于外磁场强度的大小。外磁场强度增加时，为使核发生共振，照射频率也相应增加；反之，则减小。扫频法和扫场法(p224)

(2)对自旋量子数I=1/2的不同核来说，若同时放入一固定磁场中，共振频率取决于核本身磁矩的大小, 大的核，发生共振所需的照射频率也大；反之，则小。磁旋比γ 的影响（p225)
9.1 核磁共振基本原理
一、原子核的自旋运动及磁距

核磁共振H谱图解析与结构确定

δ 7.3芳环上氢，单峰烷基单取代
ab
Oc
正确结构：
CH 2CH 2OC CH 3
δ3.0 δ 4.30
δ2.1
2020/7/2
谱图解析与结构确定(2)
C7H16O3，推断其结构
9
δ 5.30 1
δ 3.38 δ 1.37 6
2020/7/2
结构确定(2)
C7H16O3，u=1+7+1/2(-16)=0 u=1+n4 + 1/2(n3-n1)
2020/7/2
1H—NMR图谱的解析大体程序为：（1）首先注意检查TMS信号是否正常；（2）根据积分曲线算出各个信号对应的H数；（3）解释低磁场处（δ10～16）出现的—COOH及
具有分子内氢键缔合的—OH基信号；（4）参考化学位移、小峰数目及偶合常数，解释低
级偶合系统；（5）解释芳香氢核信号及高级偶合系统；（6）对推测出的结构，结合化学法或利用UV、IR、
化合物 C10H12O2
3
2
2
5
8
7
6
5
4
3
2020/7/2
2
1
0
谱图解析与结构确定(1)
u=1+10+1/2(-12)=5,
u=1+n4 + 1/2(n3-n1)
δ 3.0和δ 4.30三重峰和三重峰 O—CH2CH2—相互偶合峰
δ 2.1单峰三个氢，—CH3峰结构中有氧原子，可能具有：
O C CH3
2020/7/2
一、谱图中化合物的结构信息
（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，
多少种；
（2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，

核磁共振氢谱图怎么看PPT精品文档

20
5.3 帮助分析图谱的一些辅助手段
• 例：下面的化合物的1HNMR谱: •
O
O
• 当用CDCl3做溶剂时，异丙基的两个甲基以及另一个甲基的峰重叠非常严重，不能区
分。如改用C6D6作溶剂，则三个甲基可以获得较好的分离。
21
HO
OR OH O
OMe OH R=ribo
22
5.3 帮助分析图谱的一些辅助手段
• 5.3.1 重氢交换 • 活泼氢在溶液中可以进行不断的交换。
如果样品中含有活泼氢，在作完图谱后，往样品管里滴加几滴重水，震荡，然后重新作图，则相应的谱峰由于其活泼氢已被氘交换而消失。由此可以完全确定活泼氢的存在。
16
5.3 帮助分析图谱的一些辅助手段
• 5.3.2 重氢氧化钠交换
• 重氢氧化钠交换可以把羰基的α-氢交换掉。这个方法对于测定化学结构有很大帮助。
核（被照射核）为X。
28
5.4 双照射(双共振)技术
• 在双共振实验中,当被观测核与被干扰核为同种类核时，称为同核双共振；如1H{1H}；当被观测核与被干扰核为不同种类的核时，称为异核双共振；如13C{1H}。
• 双共振技术的应用主要包括自旋去偶和核的Overhauser效应（NOE）。
29
31
5.4 双照射(双共振)技术
• 以1-溴丙烷的双共振自旋去偶1HNMR谱示意图为例：
32
33
5.4 双照射(双共振)技术
• 5.4.2 核的Overhauser效应(nuclear Overhauser effect, NOE)
• 如果分子内两组自旋核在空间的距离小于5 （不一定相互偶合），那么，在双共振实验中，当用照射射频照射其中的一组核，使其共振饱和时，则可引起另一组核的共振峰强度的增强。这种由于双共振引起的谱峰强度增强的效应，称为核的 Overhauser效应。

《核磁共振氢谱解析》PPT课件

在解析糖类的氢谱时，需要注意区分不同糖环类型的影响，以便准确推断出糖类分子的结构特征。
由于糖类分子结构的复杂性，其氢谱信号可能会出现重叠现象，需要仔细解析以获得准确的结论。
05
氢谱解析的挑战与展望
复杂样品与混合物的解析
挑战
复杂样品和混合物中的多种成分可能导致谱线重叠和干扰，增加了氢谱解析的难度。
峰面积
表示某一峰的强度或高度，通常与产生该峰的
质子数成正比。
积分线
对谱线进行积分，得到积分线，可以用于定量
分析。
校正因子
由于不同化学环境对质子自旋耦合的影响，需要引入校正因子来准确
计算质子数。
03
氢谱解析实践
简单分子的氢谱解析
总结词
掌握基础解析方法
01
总结词
熟悉常见峰型
03
总结词
注意杂质的干扰
解决方案
采用先进的谱图解析技术和化学位移差异法，结合分子结构和物理状态信息，对重叠的谱线进行分离和鉴别。
高磁场下的氢谱解析
挑战
高磁场条件下，氢谱的分辨率和灵敏度得到提高，但同时也带来了谱线复杂化和解析难度增加的问题。
解决方案
利用高磁场下的多量子跃迁和异核耦合等效应，结合计算机模拟和量子化学计算，对高磁场下的氢谱进行解析。
氢谱解析技巧与注意事项
总结词
重视峰的归属与确认
总结词
在复杂氢谱中，应注意分辨和区分重叠的峰，运用适当的技巧和方法进行解析。
详细描述
在解析氢谱时，应重视每个峰的归属与确认，确保解析结果的准确性。
详细描述
注意峰的重叠与分辨
04
氢谱解析案例分析
案例一：醇类的氢谱解析

《核磁共振氢谱》课件

《核磁共振氢谱》课件课程目标：1. 理解核磁共振氢谱的基本原理2. 学会分析核磁共振氢谱图3. 掌握核磁共振氢谱在有机化学中的应用第一部分：核磁共振氢谱的基本原理1. 核磁共振现象核磁共振的定义核磁共振的产生条件核磁共振的物理过程2. 核磁共振氢谱的化学位移化学位移的定义化学位移的影响因素化学位移的计算方法3. 核磁共振氢谱的耦合常数耦合常数的定义耦合常数的影响因素耦合常数的计算方法4. 核磁共振氢谱的积分强度积分强度的定义积分强度的影响因素积分强度的计算方法第二部分：核磁共振氢谱的解析1. 核磁共振氢谱图的解读谱线的数量和位置谱线的形状和积分强度谱线的耦合情况2. 等效氢的判断等效氢的定义等效氢的判断方法等效氢的例外情况3. 核磁共振氢谱的应用实例简单有机化合物的分析复杂有机化合物的分析手性化合物的分析第三部分：核磁共振氢谱的实验操作1. 核磁共振氢谱的样品制备样品的选择和制备方法样品的纯化和干燥样品的装载和测试2. 核磁共振氢谱的仪器操作核磁共振仪的基本结构核磁共振仪的操作步骤核磁共振氢谱的获取和保存3. 核磁共振氢谱的数据处理核磁共振氢谱的数据分析核磁共振氢谱的峰拟合核磁共振氢谱的定量分析第四部分：核磁共振氢谱的实践练习1. 练习题目简单有机化合物的核磁共振氢谱分析复杂有机化合物的核磁共振氢谱分析手性化合物的核磁共振氢谱分析2. 练习解答分析过程和思路核磁共振氢谱的解析步骤最终答案和讨论总结：核磁共振氢谱是一种重要的有机化学分析方法，通过对氢原子的核磁共振现象进行研究，可以得到有机化合物的结构和性质信息。

通过对核磁共振氢谱的基本原理、解析方法和实验操作的学习，可以更好地理解和应用核磁共振氢谱，为有机化学研究和教学提供有力的工具。

科学性：1. 内容准确：课件中的概念、原理和实验操作应基于有机化学和核磁共振氢谱的现有科学知识，确保无误。

2. 信息更新：课件中所引用的文献和数据应是最新的，以保证教学内容的时效性。

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b
CH2 C O CH2CH3 A
a
Ob
正确：B
为什么? CH2 O C CH2CH3 B
2020/11/13
16
谱图解析与结构确定(4)
化合物 C8H8O2，推断其结构
10 9 8 7 6 5 4 3
2020/11/13
17
结构确定(4)
化合物 C8H8O2， u=1+8+1/2(-8)=5
7-8芳环上氢，四个峰对位取代 •δ 9.87—醛基上上氢，低场 O
6
谱图解析（ 2 ）
质子a与质子 b所处的化学环境不同，两个单峰。
单峰：没有相邻碳原子（或相邻碳原子无质子）
质子b直接与吸电子元素相连，产生去屏蔽效应，峰在低场（相对与质子a ）出现。
质子b也受其影响，峰也向低场位移。
2020/11/13
7
谱图解析（ 3 ）
裂分与位移
2020/11/13
2H
δ2.3 δ1.2 2H 3H
2020/11/13
15
结构确定(3)
化合物 C10H12O2， u=1+10+1/2(-12)=5
1) δ 2.32和δ 1.2—CH2CH3相互偶合峰 2) δ 7.3芳环上氢，单峰烷基单取代 3) δ 5.21—CH2上氢，低场与电负性基团相连
哪个正确? a O
u=1+n4 + 1/2(n3-n1)
δ 3.0和δ 4.30三重峰和三重峰 O—CH2CH2—相互偶合峰
δ 2.1单峰三个氢，—CH3峰结构中有氧原子，可能具有：
O C CH3
δ 7.3芳环上氢，单峰烷基单取代
ab
Oc
正确结构：
CH 2CH 2OC CH 3
δ3.0 δ 4.30
δ2.1
2020/11/13
1700cm-1, C=0, 醛, 酮，排除羧酸，醇，酚 <3000 cm-1, -C-H 饱和烃，无芳环
20
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
c. δ 5.3CH上氢吸收峰，低场与电负性基团相连
O CH2CH3
正确结构： HC O CH2CH3
O CH2CH3
2020/11/13
14
谱图解析与结构确定(3)
化合物 C10H12O2，推断结构
δ7.3
δ 5.21 5H
19
谱图解析（2）C8H14O4
( 1) 三种质子 4：4：６ (2) 裂分，有相邻质子；
(3) =1.3(6H) 两个 CH3 裂分
为3,相邻C有2H; CH3-CH2-
(4) =2.5(4H) ,单峰,
CO-CH2CH2-CO-
(5) =4.1(4H) 低场(吸电子),
两个2020-/1O1/1-3CH2-
CH
δ 3.87 CH3峰，向低场位移,与电负性基团相连
正确结构： H3CO
O CH
2020/11/13
18
三、联合谱图解析
（1）C6H12O
1700cm-1, C=0, 醛,酮
<3000 cm-1, -C-H 饱和烃
两种质子 1：3或3：9
-CH3 ：-C(CH3)3 无裂分，无相邻质子
2020/11/13
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
1H—NMR图谱的解析大体程序为：
（1）首先注意检查TMS信号是否正常；
（2）根据积分曲线算出各个信号对应的H数；
（3）解释低磁场处（δ10～16）出现的—COOH及具有分子内氢键缔合的—OH基信号；
第十一章核磁共振波谱分析法
第四节谱图解析与化合物
结构确定
一、谱图中化合物的结构信息二、谱图解析三、谱图联合解析
2020/11/13
1
一、谱图中化合物的结构信息
（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，
多少种；
（2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，
多少个；（3）峰的位移( )：每类质子所处的化学环境，
（4）参考化学位移、小峰数目及偶合常数，解释低级偶合系统；
（5）解释芳香氢核信号及高级偶合系统；
（6）对推测出的结构，结合化学法或利用UV、IR、
MS等提供的信息进行确定。
2020/11/13
5
二、谱图解析
1. 谱图解析
2020/11/13
6个质子处于完全相同的化学环境，单峰。
没有直接与吸电子基团（或元素）相连，在高场出现。
12
谱图解析与结构确定(2)
C7H16O3，推断其结构
9
δ 5.30 1
δ 3.38 δ 1.37 6
2020/11/13
13
结构确定(2)
C7H16O3，u=1+7+1/2(-16)=0 u=1+n4 + 1/2(n3-n1)
a. δ3.38和δ 1.37 四重峰和三重峰 —CH2CH3相互偶合峰
8
谱图解析（ 4 ）
苯环上的质子在低场出现。为什么？为什么1H比6H的化学位移大？
2020/11/13
9
对比
2020/11/13
10
2. 谱图解析与结构确定
化合物 C10H12O2
3
2
2
5/11/13
2
1
0
11
谱图解析与结构确定(1)
u=1+10+1/2(-12)=5,
化合物中位置；（4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数；（5）偶合常数(J)：确定化合物构型。
不足之处：仅能确定质子（氢谱）。
2020/11/13
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭