實驗4.利用核磁分析物質(zhì)的結(jié)構(gòu)實驗報告

1、湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生生實驗報告課程名稱實驗項目專業(yè)班級姓名學(xué)號現(xiàn)代高分子實驗核磁共振法測聚合物的結(jié)構(gòu)和構(gòu)型2008 應(yīng)用化學(xué)袁婷婷8一、實驗?zāi)康?了解 NMR核磁共振法的測試原理及核磁共振的基本結(jié)構(gòu)。2掌握核磁共振圖譜的分析方法。3了解核磁共振在化學(xué)分析中的應(yīng)用。4掌握試樣的制備方法。二、實驗原理（摘選）核磁共振譜 (NMR)與紅外、紫外一樣，實際上都是吸收光譜，它的頻率范圍是兆周(MC)或兆赫茲 (MHz)，屬于無線電波范圍。紅外光譜來源于分子振動 - 轉(zhuǎn)動能級間的躍遷，紫外可見吸收光譜來源于分子的電子能級間的躍遷。在NMR中電磁輻射的頻率為兆赫數(shù)量級，屬于射頻區(qū)，但是射頻輻

2、射只有置于強磁場 F 的原子核才會發(fā)生能級間的躍遷，即發(fā)生能級裂分。當(dāng)吸收的輻射能量與核能級差相等時，就發(fā)生能級躍遷，從而產(chǎn)生核磁共振信號。 核磁共振譜常按測定的核分類， 測定氫核的稱為氫譜 ( 1HNMR)；測定碳 -13 的稱為碳譜 ( 13CNMR)。核磁共振譜不僅給出基團的種類，而且能提供基團在分子中的位置。 在定量上 NMR也相當(dāng)可靠。高分辨 1HNMR還能根據(jù)磁偶合規(guī)律確定核及電子所處環(huán)境的細小差別，從而研究高分子構(gòu)型和共聚序列分布等結(jié)構(gòu)問題的有力手段。而 13CNMR主要提供高分子碳碳骨架的結(jié)構(gòu)信息。1. 1HNMR的測試原理 ：當(dāng)測定 1H1 核磁共振譜時， 將磁鐵線圈通電，

3、使磁場達到 23847Gs(100MHz的儀器 ) ，射頻振蕩器產(chǎn)生的 100MHz無線電波，通過發(fā)射線圈照射樣品，掃描線圈中通人電流且改變 其強度，即改變外磁場強度，當(dāng)三個互相垂直的線圈不滿足共振條件時，接受線圈沒有電流 通過，如果滿足共振條件時，則有電流通過，將它放大記錄下來就得到了核磁共振譜圖。 lH_ 核磁共振 ( 1H-NMR)也稱為質(zhì)子核磁共振，是研究化合物中 1H1 原子核 ( 即質(zhì)子 ) 的核磁共振。可提供化合物分子中氫原子所處的不同化學(xué)環(huán)境和它們之間相互關(guān)聯(lián)的信息，依據(jù)這些信息可確定分子的組成、連接方式及其空間結(jié)構(gòu)。1.1 屏蔽作用與化學(xué)位移 ：依照核磁共振產(chǎn)生的條件，由于

4、1H1 核的磁旋比是一定的，所以當(dāng)外加磁場一定時，所有的質(zhì)子的共振頻率應(yīng)該是一樣的，但在實際測定化合物中處于不同化學(xué)環(huán)境中的質(zhì)子時發(fā)現(xiàn)，其共振頻率是有差異的。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是由于原子核周圍存1在電子云，在不同的化學(xué)環(huán)境中，核周圍電子云密度是不同的。當(dāng)原子核處于外磁場中時，核外電子的運動要產(chǎn)生感應(yīng)磁場，核外電子對原子核的這種作用就是屏蔽作用。實際作用在原子核上的磁場為 H0（ 1 ），屏蔽常數(shù)。在外磁場 Ho 的作用下核的共振頻率為：=Ho(1- )/2 當(dāng)共振頻率發(fā)生了變化，在譜圖上反映出了譜峰位置的移動，這稱為化學(xué)位移。由于質(zhì)子所處的化學(xué)環(huán)境不同，值也不同，在譜圖的不同位置上會出現(xiàn)了

5、不同的峰，所以在核磁共振中，可用化學(xué)位移的大小來測定化合物的結(jié)構(gòu)。1.2 影響化學(xué)位移的主要因素：電負性的影響： 在外磁場中， 繞核旋轉(zhuǎn)的電子產(chǎn)生的感應(yīng)磁場是與外磁場方向相反的，因此質(zhì)子周圍的電子云密度越高屏蔽效應(yīng)就越大，核磁共振就發(fā)生在較高場，化學(xué)位移值減小，反之同理。與質(zhì)子相連的強電負性基團會使自治的電子云密度減小，使吸收峰移向低場由電負性基團而引發(fā)的誘導(dǎo)效應(yīng)，隨間隔鍵數(shù)的增多而減弱。電子環(huán)流效應(yīng)： 實際發(fā)現(xiàn)的有些現(xiàn)象是不能用上述電負性的影響來解釋的， 例如乙炔質(zhì)子的化學(xué)位移 ( = 2 35) 小于乙烯的質(zhì)子 ( = 4 60) ，而乙醛中的質(zhì)子的值卻達到 979，這需要由鄰近基團電子環(huán)

6、流所引起的屏蔽效應(yīng)來解釋， 其強度比電負性原子與質(zhì)子相連所產(chǎn)生的誘導(dǎo)效應(yīng)弱，但由于對質(zhì)子是附加了各向異性的磁場，因此可提供空間立構(gòu)的信息。2. 耦合常數(shù) ：在高分辨的儀器上可以觀察到更精細的結(jié)構(gòu)， 譜峰發(fā)生分裂， 這種現(xiàn)象稱為自旋自旋分裂。這是由于在分子內(nèi)部相鄰碳原子上氫核自旋也會相互干擾。通過成鍵電子之間的傳遞，形成相鄰質(zhì)子之間的自旋自旋耦合，而導(dǎo)致自旋自旋分裂。分裂峰之間的距離稱為耦合常數(shù)，一般用 J 表示，單位為 Hz，是核之間耦合強弱的標志，說明了它們之間相互作用的能量，因此是化合物的結(jié)構(gòu)屬性，與磁場強度的大小無關(guān)。分裂峰數(shù)是由相鄰碳原子上的氫數(shù)決定的，若鄰碳原子氫數(shù)為n，則分裂峰數(shù)為

7、n+1。三、儀器和試劑VARIAN公司 INOVA 600 型核磁共振儀，由磁體、探頭、 CONSOLE機柜、 SUN工作站、空壓機幾大部分組成。四、實驗步驟1 取有機物樣品 3mg 左右放入核磁管中，加入CDCl 3 溶解。2 進入核磁測試區(qū)前，先檢查身上有無金屬物品，磁卡等，確保沒有后打開換氣扇，使室內(nèi) N2，He 等排出。3 選用 1H 譜探頭，調(diào)節(jié)儀器參數(shù)，使之工作穩(wěn)定（鎖場，勻場，調(diào)諧） 。4 將裝有樣品的核磁管放入金屬套管中，再從儀器上部將套管送入儀器測試區(qū)。25 打開計算機控制軟件，調(diào)節(jié)設(shè)定合適的參數(shù)，進行樣品的測試。3五、實驗結(jié)果由 I n1n=1.00/(0.12*4)=2.08I 4 n4n4六、實驗問題1、什么叫核磁共振？答：所謂核磁共振，就是指處在某個磁場中的物質(zhì)的原子核系統(tǒng)受到相應(yīng)頻率的電磁輻射作用時，在他們的磁能級之間發(fā)生的共振躍遷現(xiàn)象。2、具備什么樣條件的化合物才能通過核磁共振譜法測定其分子量？答：端基峰與聚合物鏈中其它基團的峰彼此分開的聚合物才能通過核磁共振譜法測定其分子量，因為通過核磁共振譜法測定分子量是基于端基分析的。3、單位 Hz 和 ppm 有什么聯(lián)系？答： HZ 是頻率的單位，ppm 是化學(xué)位移的單位。它們滿足下列關(guān)系：（試標）106/標（試標）106/ 0式