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有机波谱核磁共振之级优秀课件

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《三核磁共振谱》课件

《三核磁共振谱》课件
纤维织物
应用内容 纳米粒子的合成与表征 聚合物的结构和性能分析
纤维方向、排列和纺织结构的控 制
优点 高分辨率、非破坏性、定量化 成分分析、交联度、晶型、熔融 性 纺织品性能的优化和改良
三核磁共振在环境科学中的应用
1
土壤检测
核磁共振技术可用于土壤重金属、污染物和有机物检测，实现了对土壤体系中模 态与分布的描述
分离技术
核磁共振技术可用于表征分离的化 合物，可检测含有特定结构的分子
定量分析
核磁共振技术可用于定量分析序列 质，例如定量评估含有重要元素的 化学试剂和生物标本
腐蚀研究
核磁共振技术可用于腐蚀过程动态 监测，也可用于研究腐蚀产物和腐 蚀机制
核磁共振在化学合成中的应用
反应监测
核磁共振技术可用于实时监测化 学反应进度，也可用于确定化学 反应的产物和反应路径
三核磁共振在生命科学中的应用
结构生物学
核磁共振技术可用于研究生物大分 子（如蛋白质和核酸）的结构、动 力学和相互作用
神经科学
核磁共振成像（fMRI）可用于研究 大脑的结构、功能和神经网络
代谢组学
核磁共振技术பைடு நூலகம்用于研究细胞代谢 途径的变化，特别适用于癌症的诊 断和治疗
三核磁共振在材料科学中的应用
应用领域 纳米技术 聚合物材料
组元分析法
组元分析法用于将复杂的核磁共 振谱图分解成多个组分，以便于 对特定组分进行研究
核磁共振谱的解读规则
化学位移
化学位移是指分子中某个原子核的 吸收峰位置，与附近原子的电性命 相应
峰整合
耦合常数
每个吸收峰对应着一个原子核类型， 其峰面积与该类型原子核的比例成 正比，称为峰整合
耦合常数是不同核之间的相互作用 的物理量，可用于确定核之间的化 学键

有机化合物波谱解析第三章 核磁共振(NMR)

有机化合物波谱解析第三章 核磁共振(NMR)
第三章 核磁共振（NMR）
• 目的要求 • 1. 掌握核的能级跃迁与电子屏蔽效应的关系以及
影响化学位移的主要因素，能根据化学位移值初步 推断氢或碳核的类型 • 2. 掌握磁不等同的氢或碳核、1H-NMR谱裂分情况、 偶合常数
• 3. 掌握低级偶合中相邻基团的结构特征，并能初 步识别高级偶合系统
• 4. 掌握常见13C-NMR谱的类型及其特征 • 5. 熟悉发生核磁共振的必要条件及其用于有机化
合物结构测定的基本原理
• 6. 了解脉冲傅立叶变换核磁共振测定方法的原理 • 7. 了解1H-NMR及13C-NMR的测定条件以及简化图谱
的方法，并能综合应用图谱提供的各种信息初步判 断化合物的正确结构
主要内容
• 1. 核磁共振原理 • 2. 核磁共振仪器 • 3. 氢核磁共振（1H-NMR） • 碳核磁共振（13C-NMR） •
然而，要给出尖锐的NMR峰，以提高分 辨率，需要驰豫时间长，互相矛盾，最佳 半衰期范围在0.1-1秒，相应的谱线宽度为 1cps。
4）核的进动与核的共振
质子在外加磁场作用下，产生怎样的动力方式呢？ E=μHB0
ΔE0
E=-μHB0 HB00 陀螺在与重力作用方向吸偏差时，就产生摇头动力， 称为进动。核磁矩在静磁场环境中围绕B0以ω角频 率进动，称之为拉摩尔（Larmor）进动.
• BN = B0 - ·B0
• BN = B0·(1 - ) • 氢核外围电子云密度的大小，与其相邻
原子或原子团的亲电能力有关，与化学 键 子 高 ·B的 云 场0亦类密；小C型度H；有大3-共关，O，振。·氢吸B如0核收大CH外出，3-围现共Si电振在，子吸低氢云收场核密出。外度现围小在电，
B0
二、产生核磁共振的必要条件

有机波谱解析课件核磁共振

有机波谱解析课件核磁共振
核磁共振谱
极广泛的一种物理方法
• 测定质子磁矩 • 测定原子核磁矩 • 医学研究 • 确定分子结构
1
一．核磁共振的基本知识
凡是自旋量子数(I)不等于零的原子核，都可发生核 磁共振。随着原子序数和质量数的不同，可将自旋 量子数分为３种类型：
1. 当质量数和原子序数都是偶数时I = 0，如6C12，8O16，16S32 等，这类核不发生核磁共振，不是NMR的研究对象．
12
说明：由于感应磁场的存在，实际作用1H核的磁 场强度比H0小(约百分之几)，因此外加磁场的强 度还要略微增加，补偿感应磁场，才能使1H核的 能级发生跃迁．
特点：核外电子云密度越大，感应磁场越大，共振发生在高场。 核外电子云密度越小，感应磁场越小，共振发生在低场。
CH3-CH2-OH
高场
低场
13
自旋偶合限度
(i) 邻位碳上的氢； (ii) 重键的作用比单键大； (iii) 活性(如OH，NH)，正常情况为单峰；极纯或特殊溶剂中出
现峰的裂分．
29
六. 磁等同和磁不等同的质子
磁等同质子指的是在分子中一组氢质子，其化学环境相同，化学 位移相同，对组外任何一个质子核的偶合作用相同(即J值相同)． 注意：化学等价的核，不一定磁等价。
d: 2.68 1.65
1.04
0.94
ⓒ CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 d: 3.05 5.33 7.24
19
1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来 实现功能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
N
m = 2(个)，即：+1/2 或 -1/2

波谱分析核磁共振PPT讲稿

波谱分析核磁共振PPT讲稿

• 在分子体系中，同种核所处的化学环境不同，核外电子云
密度不同，产生的屏蔽作用就不同，处于不同化学环境的 同种核的共振频率不同。
• 由于核周围分子环境不同而使其共振频率发生位移的现象
叫做化学位移。
H0 (1 ) 2
σ为原子核的屏蔽常数（数值为10-5数量级）
例：乙醇的分子式中有三种不同化学环境的氢核，甲基（-
3.影响化学位移的因素
•核外电子云密度的影响-电负性的作用
与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，价电 子偏离质子，屏蔽作用减弱，化学位移较大，信号峰在 低场出现。
磁的各向异性效应
质子在分子中所处的空间位置不同，屏蔽 作用的不同的现象称为磁各向异性效应。 在外磁场作用下，环电子流所产生的感应 磁力线是闭合的，与外磁场反向的磁力线 部位起屏蔽作用，而同向的磁力线部位起 去屏蔽作用。
三、化学位移
在有机化合物中，各种氢核 周围的电子云 密度不同（结构中不同位置）共振频率有 差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现 象称为化学位移。
但V0与H0有关，不同的仪器测得的数据难 以比较，故需引入化学位移的概念。
1.屏蔽效应产生化学位移
核外电子云在外磁场的作用下，倾向于在垂直磁场的 平面里作环流运动，从而产生一个与外磁场反向的感 应磁场，因而核实际所受到的磁场强度减弱。
波谱分析核磁共振课件
概述
• 核磁共振谱（NMR）与红外、紫外一样，都属于吸收光谱。
• 红外光谱是由分子的振动和转动能级的跃
迁产生的吸收光谱
• 紫外-可见吸收光谱来源于分子的电子能级
间的跃迁
• 核磁共振是分子中原子核自旋能级的跃迁
产生的吸收光谱。
• 在NMR中电磁辐射的频率为兆赫数量级，

有机波谱的核磁共振氢谱优秀课件

有机波谱的核磁共振氢谱优秀课件
核在能级之间的定向分布和跃迁：通常情况下， 低能态核数目比高能态数目稍多，低能态的核吸收 外部能量跃迁到高能态，并给出相应的吸收信号-核 磁共振信号。
饱和(saturated)-低能态的核全部跃迁到高能态，不 能在吸收能量。
弛豫(relaxtion)-高能态的核以非辐射的方式回到低 能态，该特性使得核磁共振的连续信号称为可能。
常见结构单元化学位移范围
O
H
C OH C O
O ~2.1
H3C C
~3.0
~1.8
H 3C N H3C C C
~3.7 H H3C O
H CC
~0.9 H3C C
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 化学位移 δ(ppm)
3.4 影响化学位移的因素
3.4.1 诱导效应
③与磁场强度无关。
但磁场强度增大可以提高分辨率。如CH3CCl2CH2Cl
Δ=106HZ Δ=134HZ
Δ=177HZ
Δ=223HZ
0
200
100
0
400
200
0
60MHz：
CH2=[240/ (60×106)]×106=4.00 (ppm) CH3=[134/ (60×106)]×106=2.23 (ppm)
UV 分子吸收 IR 分子吸收 NMR 分子吸收
200~800 nm 辐射 2.5~25 m 辐射 106~109m 辐射
电子跃迁 振动能级跃迁 磁能级跃迁
106~109 m辐射与暴露在强磁场中的磁性原子核相 互作用，引起磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共 振跃迁，从而产生信号。
根据NMR图上吸收峰的位置、强度和精细结构可以 了解特定原子(1H、13C等)的化学环境、原子个数、邻 接基团的种类及分子的空间构型。

《有机化合物波谱解析》第三章核磁共振(NMR)3剖析

《有机化合物波谱解析》第三章核磁共振(NMR)3剖析

3、图谱复杂，在有机物的NMR中，常见的偶合C-H， H-H，C-C之间的偶合作用。在PMR中，通常只能观 察到 H-H 之间的偶合。因 13C 核的天然丰度很低， 其对H的偶合作用常被忽略。
•
但碳谱中，由于 13C-13C 之间的偶合作用出现的几 率很小（10--4），通常观察不到，主要是13C-1H之间的 偶合，不仅有1JC-H的偶合作用，而且有2JC-H，3JC-H的远 程偶合作用。这些偶合导致复杂的多峰，且相互重叠， 很难进行解析，经常有峰淹没于噪声中，这种复杂的 碳谱，很难进行解析，为解决这一问题，采用噪声去 偶和偏共振去偶技术，使图谱简化，以便于分析。
• 取代基位移(SCS):改变13C核上的化学环 境或电子云密度,如在化合物上引入取代 基,则相应的13C信号发生位移. • α β γ • Me-CH2-CH2-CH2• +9.1 +9.4 -2.5
24.3 26.6 O 27.4 68.8
24.9 26.8 N 46.9
26.6 27.8 S 29.1
• (11) 对推出的结构进行指认 每个官能团均应在谱图上找到相应 的峰组，峰组的δ值及偶合裂分（峰形和 J值大小）都应该和结构式相符。如存在 较大矛盾，则说明所设结构式是不合理 的，应予以去除。通过指认校核所有可 能的结构式，进而找出最合理的结构式。 必须强调：指认是推结构的一个必不可 少的环节。
CH3 ,CH2 , CH, C
CH3 ,CH2 , CH
CH CH2 CH3 , CH
camphor C10H16O
CH3:3个 CH2:3个 CH :1个 C: 3个
四、13C的化学位移
• 与氢谱一样，以 TMS 为标准，以 TMS 的化学位移为0。δ值与照射频率无关的 相对值。 • •

有机波谱分析—核磁共振

有机波谱分析—核磁共振

没有改变，全体核的总量也不改变。自 旋-自旋弛豫时间用T2来表示，对于固体 样品或黏稠液体，核之间的相对位臵较 固定，利于核间能量传递转移，T2约为 10-3s。非黏稠液体样品，T2约1s。 自旋-自旋弛豫虽然与体系保持共振 条件无关，但却影响谱线的宽度。核磁 共振谱线宽度与核在激发状态的寿命
成反比。对于固体样品来说，T1很长， T2却很短，T2起着控制和支配作用，所 以谱线很宽。而在黏稠液体样品中，T1 和T2一般为1s左右。所以要得到高分辨的 NMR谱图，通常把固体样品配成溶液进 行测定。
vC C o / 2 6.728 4.6910 /(2 3.14)
7
而在7.05T的磁场中，1H的共振频率为 300MHz，13C的共振频率为75.45MHz。 同样可以根据所用仪器的频率（兆赫数） 算出其磁场强度的大小。 3.1.4 核的自旋弛豫 前面讨论的是单个自旋核在磁场中的行 为,而实际测定中,观察到的是大量自旋核 组成的体系。
的分子或溶剂。自旋-晶格弛豫的结果使 高能态的核数减少，低能态的核数增加， 全体核的总能量下降。 一个体系通过自旋-晶格弛豫过程达到热 平衡状态所需要的时间，通常用半衰期 T1表示，T1是处于高能态核寿命的一个量 度。T1越小，表明弛豫过程的效率越高， T1越大则效率越低，容易达到饱和。 T1 值的大小与核的种类，样品的状态,温度 有关。固体样品的振动、转动频率较
弛豫过程可分为两种类型：自旋-晶 格弛豫和自旋-自旋弛豫。 自旋-晶格弛豫（spin-latticerelaxation）：自旋-晶格弛豫也称为纵向 弛豫，是处于高能态的核自旋体系与其 周围的环境之间的能量交换过程。当一 些核由高能态回到低能态时，其能量转 移到周围的粒子中去，对固体样品，则 传给晶格，如果是液体样品 ，则传给周围
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磁场（磁铁）、射频发生器、信号检测器、信号处 理器、控制系统（计算机工作站），分析软件
连续波核磁仪(Continuous-Wave NMR)
永久磁铁或电磁铁（不超过100MHz），水冷,信号采集费时，信 号分辨率低且可能漂移（基本淘汰），不适合测定13C谱
脉冲傅立叶变换核磁仪(Pulse & Fourier Transform NMR Spectrum)
核的实受磁场BN=外加磁场B0—屏蔽磁场σ B0， σ为屏 蔽常数，BN=B0(1- σ)。
I>0的核自旋产生磁矩, = P, 为磁旋比，是 原子核的重要属性，核不同， 不同，P为原子核 总角动量，对于给定的原子核， 、 P和是定值
虽然I>0的核都有NMR信号，但目前的通用 NMR仪器一般只测定I=1/2的原子核！主要测定 1H、13C、19F、 31P
概述 回旋轨道
能量获得
核磁矩
'
超导磁铁 =>液氦+液氮冷却，快速、分辨率高，能测定多种NMR 谱
概述
FT-NMR: 不是通过扫场或扫频产生共振； 恒定磁场，施加全频脉冲，产生共振，采集产生
的感应电流信号，经过傅立叶变换获得一般核磁共振 谱图。
概述
化学位移
二. 化学位移
2
B0
化学位移的产生
核相同，磁旋比相同，固定射频，则共振频率应相 同.
81Br I=5/2：17O，127I
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均 匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3)Ｉ＝1/2 的原子核 1H，13C，19F，31P, 77Se, 113Cd,
119Sn, 195Pt, 199Hg等
概述
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样 自旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象; C、 H是有机化合物的主要组成元素。
T太大，弛豫效率低，信号弱； T太小，谱线展宽， 谱图分辨率降低(质量差) 自旋晶格弛豫（纵向弛豫，T1）：核与环境(溶液 T1 合适) 自旋-自旋弛豫（横向弛豫， T2 ）：核与核(固体 T2 太小，峰展宽) 铁磁性和其他顺磁性物质可降低T1，样品中不应 含有(降低T1，展宽)
概述
核磁共振仪简介 基本要件
应用 NMR技术: 在一个分子中，化学环境不同的原子， 其外层电子对核的屏蔽程度不同，核与外加磁场 的共振信号不同，通过核磁共振信号揭示分子结 构信息
MRI技术: 利用不同组织、同一组织的不同位置 的水分子分布差异，通过成像技术揭示组织的结 构信息
概述
MRS技术: MR Sounding, 磁共振探测，勘测地下水 分布情况、地质灾害预防
概述
自旋量子数为半整数或整数的原子核才有自旋运动， 原子核是带正电的粒子，其自旋运动将产生核磁矩。在 静磁场中，具有核磁矩的原子存在不同能级，运用某一 特定频率的电磁波来照射被测样品，并使供给的能量满 足于能级之间的能量差，原子核即可进行能级之间的跃 迁，这就是核磁共振。
原子核的自旋
核自旋与电子自旋的区别 与核外电子的四个量子数(n, l, m, ms)的概念区 别
E ，原子核就会从其低能级的核磁能级跃迁至高
能级：
E
h
h
2
B0
2
B0
概述
为磁旋比，是原子核的重要属性，核不同， 不同 B0为外加静磁场，为在B0 磁场中磁旋比为的核发 生核磁共振的频率。
E
E = h
B0
B
教材p127末段 (1) (1H)=4 (13C) => (1H)= (13C), 如果在 100MHz核磁仪上测13C谱，其频率只有25MHz，
原子核有自旋现象，自旋量子数I, 见教材p126 表4-1 核的自旋与核磁共振
概述
(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 32 S等 ，无自旋，没有磁 矩，不产生共振吸收
(2) I>1/2 的原子核 I=1 ：2H， 6Li， 14N I=3/2： 7Li， 9Be， 11B， 23Na， 35Cl，79Br，
自旋核
Ho Ho
概述
核磁共振
用磁量子数m描绘核的自旋状态 磁量子数m 取决于自旋量子数I: m=I-1,I-2,…, -I I=1/2, 则m=1/2, -1/2, 核有两种自旋取向
在静磁场中，具有磁矩的原子核存在不同能级，能
级间能量差为E，如果用特定频率（）的电磁波
来照射静磁场的原子核，只要电磁波的能量等于
有机波谱核磁共振之级
概述
１９４５年以F. Bloch 和 E. M. Purcell为首的两个小 组同时发现了核磁共振现象 (nuclear magnetic resonance, NMR)。他们二人因此获得了１９５２年 诺贝尔物理学奖。
1991年化学，瑞士人Richard R．Ernst：发展傅 立叶变换核磁共振(PFT-NMR)波谱方法
今天核磁共振已经成为坚定有机化合物结构以及研究 化学动力学极为重要的方法，在各种领域中得到广泛的应 用。
优点： 信息齐全、准确、可靠 不破坏样品，可回收 可以测定混合样品
缺点： 样品量较大(>1mg for HNMR, >10mg for CNMR; 0.01mg for MS) 不常用于定量分析( HPLC for quantity analysis) 仪器昂贵：仪器~200万，正常维护2万/年，氘代溶剂（15-150元 /样品）
在同一分子中，处于不同化学环境的同种元素的核 (如1H)，核外电子对核的屏蔽(σ)不同，核对外磁场感 应到的强度不同，于是核的共振频率不同，用化学位 移(δ)表示核的共振频率的相对值.
化学位移
核磁共振的研究对象是带有磁矩的原子核，带正电的核 的自旋运动，其在磁场中的能级跃迁产生核磁共振。但是 完全裸露的原子核是不存在的，而核外电子在外部磁场垂 直的平面上绕核旋转产生环形电流，由此产生一个与外部 磁场向对抗的第二磁场。对于氢核来讲等于增加了一个免 受外加磁场影响的防御措施。这种作用叫电子屏蔽效应。
300MHz~75MHz (2)B0越大， 越大，不同化学环境中核的共振频率 差异越大，信号越容易分辨 (分辨率越高)
概述
饱和与驰豫 饱和：粒子从低能级跃迁到高能级和从高能级返回低 能级的速度相同，没有净能量吸收，就没有吸收信号
弛豫：粒子从高能级以非辐射方式返回低能级的现象， 以半衰期(T)表示，T越小，驰豫效率越高