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1、2022-2-25第十一章第十一章 核磁共振波譜核磁共振波譜分析法分析法一、核磁共振與化學(xué)位移一、核磁共振與化學(xué)位移nuclear magnetic resonance and chemical shift二、影響化學(xué)位移的因素二、影響化學(xué)位移的因素factors influenced chemical shift第二節(jié)第二節(jié) 核磁共振與化學(xué)位移核磁共振與化學(xué)位移nuclear magnetic resonance spectroscopynuclear magnetic resonance and chemical shift2022-2-25一、核磁共振與化學(xué)位移一、核磁共振與化學(xué)位移 n
2、uclear magnetic resonance and chemical shift1.1.屏蔽作用與化學(xué)位移屏蔽作用與化學(xué)位移 理想化的、裸露的氫核;滿足共振條件:理想化的、裸露的氫核;滿足共振條件: 0 = H0 / (2 ) 產(chǎn)生單一的吸收峰;產(chǎn)生單一的吸收峰; 實(shí)際上,氫核受周圍不斷運(yùn)動(dòng)著的電子影響。在外磁場作用下,運(yùn)動(dòng)著的電子產(chǎn)生相對于外磁場方向的感應(yīng)磁場,起到屏蔽作用屏蔽作用,使氫核實(shí)際受到的外磁場作用減小:使氫核實(shí)際受到的外磁場作用減?。?H=(1- )H0 :屏蔽常數(shù)。屏蔽常數(shù)。 越大,屏蔽效應(yīng)越大。越大,屏蔽效應(yīng)越大。 0 = / (2 ) (1- )H0 屏蔽的存在,共
3、振需更強(qiáng)的外磁場屏蔽的存在,共振需更強(qiáng)的外磁場(相對于裸露的氫核相對于裸露的氫核)。2022-2-25 化學(xué)位移:化學(xué)位移: chemical shift 0 = / (2 ) (1- )H0 由于屏蔽作用的存在,氫核產(chǎn)生共振需要更大的外磁場強(qiáng)度(相對于裸露的氫核),來抵消屏蔽影響。 在有機(jī)化合物中,各種氫核 周圍的電子云密度不同(結(jié)構(gòu)中不同位置)共振頻率有差異,即引起共振吸收峰的位移,這種現(xiàn)象稱為化學(xué)位移化學(xué)位移。2022-2-252. 2. 化學(xué)位移的表示方法化學(xué)位移的表示方法(1)(1)位移的標(biāo)準(zhǔn)位移的標(biāo)準(zhǔn)沒有完全裸露的氫核,沒有絕對的標(biāo)準(zhǔn)。相對標(biāo)準(zhǔn):四甲基硅烷Si(CH3)4 (TMS
4、)(內(nèi)標(biāo)) 位移常數(shù) TMS=0(2) 為什么用為什么用TMS作為基準(zhǔn)作為基準(zhǔn)? a. 12個(gè)氫處于完全相同的化學(xué)環(huán)境,只產(chǎn)生一個(gè)尖峰; b.屏蔽強(qiáng)烈,位移最大。與有機(jī)化合物中的質(zhì)子峰不重迭; c.化學(xué)惰性;易溶于有機(jī)溶劑;沸點(diǎn)低,易回收。2022-2-25位移的表示方法位移的表示方法 與裸露的氫核相比,TMS的化學(xué)位移最大,但規(guī)定 TMS=0,其他種類氫核的位移為負(fù)值,負(fù)號(hào)不加。 = ( 樣 - TMS) / TMS 106 (ppm) 小,屏蔽強(qiáng),共振需要的磁場強(qiáng)度大,在高場出現(xiàn),圖右側(cè); 大,屏蔽弱,共振需要的磁場強(qiáng)度小,在低場出現(xiàn),圖左側(cè);2022-2-25二、影響化學(xué)位移的因素二、影
5、響化學(xué)位移的因素 factors influenced chemical shift1 1電負(fù)性電負(fù)性-去屏蔽效應(yīng)去屏蔽效應(yīng) 與質(zhì)子相連元素的電負(fù)性越強(qiáng),吸電子作用越強(qiáng),價(jià)電子偏離質(zhì)子,屏蔽作用減弱,信號(hào)峰在低場出現(xiàn)。-CH3 , =1.62.0,高場;-CH2I, =3.0 3.5,-O-H, -C-H, 大 小低場 高場2022-2-25電負(fù)性對電負(fù)性對化學(xué)位移的影響化學(xué)位移的影響H3C ClH2C ClHC ClClClCl3.055.337.24CH3CH3CH3CH3FClBrI4.263.052.682.60碳雜化軌道電負(fù)性:碳雜化軌道電負(fù)性:SPSP2SP3H3C Br2.68H
6、3CH2CCH3(CH2)2CH3(CH2)3BrBrBr1.651.040.90O CH3N CH3C CH33.53.02.53.42-4.022.12-3.100.77-1.882022-2-25影響化學(xué)位移的因素影響化學(xué)位移的因素-磁各向異性效應(yīng)磁各向異性效應(yīng) 價(jià)電子產(chǎn)生誘導(dǎo)磁價(jià)電子產(chǎn)生誘導(dǎo)磁場,質(zhì)子位于其磁力線場,質(zhì)子位于其磁力線上,與外磁場方向一致,上,與外磁場方向一致,去屏蔽。去屏蔽。2022-2-25影響化學(xué)位移的因素影響化學(xué)位移的因素3 價(jià)電子產(chǎn)生誘導(dǎo)磁價(jià)電子產(chǎn)生誘導(dǎo)磁場,質(zhì)子位于其磁力線場,質(zhì)子位于其磁力線上,與外磁場方向一致,上,與外磁場方向一致,去屏蔽。去屏蔽。2022
7、-2-25影響化學(xué)位移的因素影響化學(xué)位移的因素4 苯環(huán)上的6個(gè)電子產(chǎn)生較強(qiáng)的誘導(dǎo)磁場,質(zhì)子位于其磁力線上,與外磁場方向一致,去屏蔽。2022-2-252.2.氫鍵效應(yīng)氫鍵效應(yīng)形成氫鍵后形成氫鍵后1H核屏蔽作用減少,氫鍵屬于去屏蔽效應(yīng)。核屏蔽作用減少,氫鍵屬于去屏蔽效應(yīng)。H3CH2C OHCH2CH3OH5.72ppm3.7ppmCCl4OHOH7.45ppm4.37ppmCCl4OHOCH32022-2-253.3.空間效應(yīng)空間效應(yīng)HCOH3CCOCH3HOHHHHO 3.75 1.77 2.31 3.552022-2-25空間效應(yīng)空間效應(yīng) Ha=3.92ppm Hb=3.55ppm Hc=0
8、.88ppm Ha=4.68ppm Hb=2.40ppm Hc=1.10ppm去屏蔽效應(yīng)去屏蔽效應(yīng)HCHbHaOHHCHbHaHO0.883.553.921.104.682.40(A)(B)2022-2-254.4.各類有機(jī)化合物的化學(xué)位移各類有機(jī)化合物的化學(xué)位移飽和烴飽和烴-CH3: CH3=0.79 1.10ppm-CH2: CH2 =0.98 1.54ppm-CH: CH= CH3 +(0.5 0.6)ppmO CH3N CH3C CH3C CH3OCCH3 H=3.24.0ppm H=2.23.2ppm H=1.8ppm H=2.1ppm H=23ppm2022-2-25各類有機(jī)化合物
9、的化學(xué)位移各類有機(jī)化合物的化學(xué)位移烯烴烯烴 端烯質(zhì)子:端烯質(zhì)子: H=4.85.0ppm 內(nèi)烯質(zhì)子:內(nèi)烯質(zhì)子: H=5.15.7ppm 與烯基,芳基共軛:與烯基,芳基共軛: H=47ppm芳香烴芳香烴 芳烴質(zhì)子:芳烴質(zhì)子: H=6.58.0ppm 供電子基團(tuán)取代供電子基團(tuán)取代-OR,-NR2 時(shí):時(shí): H=6.57.0ppm 吸電子基團(tuán)取代吸電子基團(tuán)取代-COCH3,-CN,-NO2 時(shí):時(shí): H=7.28.0ppm2022-2-25各類有機(jī)化合物的化學(xué)位移各類有機(jī)化合物的化學(xué)位移-COOH: H=1013ppm-OH: (醇)醇) H=1.06.0ppm (酚)酚) H=412ppm-NH2
10、:(:(脂肪)脂肪) H=0.43.5ppm (芳香)芳香) H=2.94.8ppm (酰胺)酰胺) H=9.010.2ppm-CHO: H=910ppm2022-2-25常見結(jié)構(gòu)單元化學(xué)位移范圍常見結(jié)構(gòu)單元化學(xué)位移范圍0123456789101112131415化學(xué)位移HCCHCOHCOOHH3CO3.7H3CN3.0H3CC2.1OH3CC1.8CH3CC0.9(ppm)2022-2-25 內(nèi)容選擇:內(nèi)容選擇: 第一節(jié)第一節(jié) 核磁共振基本原理核磁共振基本原理 principle of nuclear magnetic resonance 第二節(jié)第二節(jié) 核磁共振與化學(xué)位移核磁共振與化學(xué)位移 nuclear magnetic resonance and chemical shift 第三節(jié)第三節(jié) 自旋偶合與自旋裂分自旋偶合與自旋裂分 spin coupling an
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