应精典课件化 第八章 波谱法.pptVIP

内容提要 §8-1 有机化合物的结构和吸收光谱 §8-2 红外光谱 一、基本原理简介 二、红外光谱在有机物结构鉴定中的应用 §8-3 核磁共振谱 一、基本原理简介 二、1H NMR谱图的组成及表示方法 三、化学位移 四、自旋-自旋偶合和裂分 五、1H NMR图谱解析 第八章 波谱法 §8-1 有机化合物的结构和吸收光谱 电磁波谱与光谱方法 上例中—CH2—的质子在外场作用下 自旋组合： Ha Ha? ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓ ↓ 氢核的局部磁场 2H 0 0 2H Hb 实际所受到的磁场 H0 +2H H0 H0 H0 -2H 裂 分 三重峰 δ 低场 不变 不变 高场 谱线强度 比例 1 2 1 2,3,4-三氯苯甲醚的1H NMR谱 2. 偶合常数及表示 自旋裂分产生的共振吸收位置之差称为自旋偶合常数（Hz，J）。J值的大小代表了偶合作用的强弱，是自旋偶合的量度。邻近核的这种相互作用只与核磁矩有关，与两核之间的相互作用大小有关，而与外磁场无关。即J与外磁场无关。 J = Kppm裂分峰间距 ? 仪器兆数 = 常数 3JH－C－C－H 2JH－C－H Jab ≥4J 质子a被质子b裂分 邻碳 偶合 同碳 偶合 远程偶合 一、基本原理简介(p201) 1.原子核的自旋 核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的，原子核的运动状态可以用核的自旋量子数 I 描述。 (1)自旋量子数 I=0，属非自旋的球体，没有磁矩，即μ=0，不产生核磁共振信号。凡质量数A和电荷数Z均为偶数的原子核都属此类，例如：12C，16O，32S等。 (2)自旋量子数 I=1/2，属自旋的球体，可当作一种电荷均匀分布的球体，并能象陀螺一样自旋。因而具有循环的电荷，从而产生磁场，μ≠0。例如： 1H，13C，19F，31P等，常作为核磁共振实验研究的对象，特别是1H和13C。本章只讨论1H谱。 (3)自旋量子数 I＞1，可当作一种绕轴自旋的椭圆体，μ≠0。例如：2H，14N，10B，11B，35Cl等，这类核的核磁共振信号较复杂。 2.核磁共振现象 (1)自旋态和能级的分裂 I=1/2的自旋核，在外磁场中只有两种取向：m = +1/2和m = -1/2。前者相当于核与外磁场顺向排列，处于能量较低的状态；后者相当于核与外磁场逆向排列，处于能量较高的状态。从低能态跃迁到高能态所需的能量对应的波长相当于无线电波。 E 无外磁场 有外磁场 简并能态 I=1/2 m = +1/2 m = -1/2 ?E 质子两种自旋态的能量差与外磁场强度关系 (2)回旋（旋进） 由于自旋轴与外磁场方向（H0）成一定角度，自旋核就会受到外磁场的作用，企图使它的自旋轴与H0方向完全平行。也就是说自旋核受到一定的扭力，扭力与自旋轴垂直方向的分量有使这个夹角度减少的趋势。但实际上角度并不减少，而是自旋轴围绕磁场方向发生回旋，回旋轴与磁场方向一致或逆向。 自旋陀螺在重力场中的回旋 原子核在外磁场中 的运动情况 (3)核磁共振的条件 ν回旋 = (γ/2π) H0 γ：磁旋比，为各种核的特征值。 ΔE = hν回旋 = (hγ/2π) H0 若射频振荡器产生的外加辐射能 ΔE射频 = hν射频 = (hγ/2π) H0 即 ν射频 =ν回旋 = (γ/2π) H0 辐射能被自旋核磁吸收发生跃迁，也就是发生所谓核磁共振现象。 900兆超导核磁共振仪 核磁共振基本原理示意图 调节外加磁场，使磁场强度数值由小到大扫过共振（吸收能量）之点。当自旋核受磁场强度（H0）扫到某一定值，恰好使ν射频=ν回旋=(γ/2π) H0值时，能量即被吸收。此时振荡器便产生电流，显示于所串联的电流计上。进一步增强H0，使ν射频明显小于(γ/2π) H0值时，电流计读数就降至原有水平，这就是所谓能量吸收曲线——核磁共振谱。 二、1H NMR谱图的组成及表示方法 氢谱有四部分组成： 化学位移；一组组的峰； 积分曲线（或积分值）；偶合常数。 →H0↑，→ ? ↓ 2,2-二甲基-1-丙醇的1H NMR谱 例 如上图所示，横坐标是1H核磁共振吸收峰的位置，用?表示，?TMS=0。纵坐标是峰强度，用峰面积表示。峰面积大小与质子数成正比，由阶梯式积分曲线求出。所以积分